工程光学第一章.ppt概要.ppt

　一、基本概念与符号规则 主要讨论：①像的虚实，②成像的位置、③正倒和大小问题我们先讨论计算公式。 　 光线经过单个折射球面的情况如图所示。 包含光轴和物点的平面称为含轴面（纸面）或子午面。 计算的目的：光从何处来，经何处到哪里去（由此得出由物点发出的光线经过系统后能否交到一点完善成像）？ 首要问题：用什么量（怎样）来决定光线在空间中的位置？ 　　我们用两个量来表示一条光线： 　　（1）A到O的距离OA，记作L，称为截距。 　　（2）光轴到光线的夹角，记作U，称为孔径角。 L、U 两量唯一地确定了一条光线在子午面内（纸内）的位置。 　　计算的目的： 就是已知 L、Ｕ（光线从何处来） 经过已知的r、 、 ，求出像方截距 、像方孔径角 （光线到何处去） 正负号规定： 为什么要规定正负号？ 如果r=100，则可能是 也可能是 　　所以应该规定正负号 　符号规则： 1线段：? 沿光轴方向线段（如 L（ ）、r） 光线传播由左向右，以折（反）射面顶点 为原点（起点）， 顺光线传播方向为正； 逆光线传播方向为负。 　? 垂轴线段 光轴以上为正； 光轴以下为负。 课堂练习：判断光线如何折射 空气 n=1 水 n=1.33 I1 I2 玻璃 n=1.5 空气 n=1 I1 空气 n小 玻璃 n大 c I1 空气 n小 玻璃 n大 4. 光路的可逆性 若光线在折射率为　的介质中沿CO方向入射，由折射定律可知，折射光线必沿OA方向出射。同样，如果光线在折射率为n的介质中沿BO方向入射，则由反射定律可知，反射光线也一定沿OA方向出射。由此可见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性。 5. 全反射现象 光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。下面就来研究产生全反射的条件。 　　通常，我们把分界面两边折射率较高的介质称为光密介质，而把折射率较低的介质称为光疏介质。当光从光密介质射向光疏介质且入射角　增大到某一程度时，折射角　达到 ，折射光线沿界面掠射出去，这时的入射角称为临界角，记为 。 由折射定律公式 若入射角继续增大，入射角大于临界角的那些光线不能折射进入第二种介质，而全部反射回的一种介质，即发生了全反射现象。 发生全反射的条件可归结为: （1）光线从光密介质射向光疏介质； （2）入射角大于临界角。 光纤光纤通常用d = 5-60μm的透明丝作芯料，为光密介质；外有涂层，为光疏介质。只要满足光线在其中全反射，则可实现无损传输。 光纤按折射率随r分布特点可分为均匀光纤和非均匀光纤两种。其中非均匀光纤具有光程短，光能损失小，光透过率高等优点。 把大量光纤集成束，并成规则排列即形成传像束，它可把图像从一端传递到另一端。目前生产的传像束可在每平方厘米中集5万像素。 光纤具有抗干扰性强，容量大，频带宽，必威体育官网网址性好，省金属等优点而广泛用于通讯、国防、医疗、自控领域。 光纤的类型（阶跃折射率和渐变折射率光纤） 全反射棱镜 主要用于改变光传播方向并使像上下左右转变。一般玻璃的折射率1.5，则入射角42°即可。 加屋脊棱镜转像光学系统 加Porro棱镜转像的光学系统（望远镜） 三、费马原理 光从空间的一点到另一点的实际路径是沿着光程为极值的路径传播的。或者说,光沿着光程为极大、极小或常量的路径传播。 数学表达式： 费马原理的应用 前面讲的反射定律和折射定律均可由费马原理导出 1、由费马原理导出反射定律 AM+MB=(AB)= (AM+MB`)=(AB`) I入射角=I`反射角 2、费马原理导出折射定律 光程为极大、常值的实例 研究一个凹球面镜和一个椭球面： 凹球面镜反射是一个光程为极大值的例子：APBAQB； 椭球面是光程为常数的例子 第二节 成像的基本概念与完善成像条件一、光学系统及成像的概念 人们在研究光的各种传播现象的基础上，设计和制造了各种各样的光学仪器为生产和生活服务，如显微镜、望远镜。 所有的光学仪器中都是应用不同形状的曲面和不同介质做各种光学 零件——反射镜、透镜和棱镜等，如图所示。 下图是望远镜的典型光路图。由两个透镜组（物镜和目镜）和两个棱镜构成的。 绝大多数的透镜系统都有一条对称轴线，这样的系统称为“光轴”。无对称轴的光学系统称为“非共轴系统”。