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光学基本知识座
光学基本知识 第一部分 几何光学 几何光学基本知识 一.基本概念 发光点 光线 光束 二.光线传播的基本定律 1.光的直线传播定律 2.光的独立传播定律 3.光的折射定律 4.光的反射定律 1.光的直线传播定律 在各向同性的均匀介质中,光在两点之间沿直线传播 2.光的独立传播定律 以不同途径传播的光,同时在空间某点相遇时,彼此互不影响,各自独立地传播 3.光的折射定律 折射光线与入射光线在同一平面内,折射角与入射角的正弦之比与入射角的大小无关,仅由两介质的性质决定,当压力、温度和光的波长一定时,其比值为常数: nSin(I)=n’Sin(I’) 4.光的反射定律 反射光线与入射光线和法线在同一平面内,入射光线与反射光线分别位于法线的两侧,与法线夹角相同 I”=-I 光的全反射 当光线由光密介质向光疏介质传播时,根据折射定律可知,因n’n 则 I’I,当 SinIm=n’/n时,这些光线不再折射到另一介质,而按反射定律在界面上被全部反射 三.物像的基本概念 1.光学仪器和激光头的光学系统都由一系列折射面和反射面组成 2.光轴:各个表面的曲率中心均在同一直线上的光学系统称为共轴光学系统,这条直线称为光轴 物像的基本概念 3.成像:以A为顶点的入 射光束经光学系统一系列表面折射和反射后,变为以A’点为顶点的出射光束,称A为物点,A’为像点,A’为物点A的像; 物所在的空间称为物空间 像所在的空间称为像空间 物像基本概念 4.同心光束与光程 ★ 一个发光点或实物点总是发出同心光束, 它与球面波相对应 ★ 一个像点如果由对应的同心光束汇聚而成,这样的像点称为完善像点 ★ 要成为完善像点,必须使入射波面与出射波面之间光程是相等的:Σ n× d=const n 介质折射率 d 光线所经过的实际长度 四.材料与色散 光学成像要通过光学零件的折射和反射来实现的。 1.透射材料:光学玻璃和光学塑料。材料主要特性有: 各特征谱线的折射率 各谱线的透过率 光学稳定性 化学稳定性 另外,还有均匀性、气泡、条纹、划伤、麻点等 2.反射材料:在反射表面镀上高反射率的薄膜 主要的反射膜材料:铝、银 光的色散 介质的折射率对不同波长(颜色)的光波是不同的 目视仪器用人眼观察, 黄光(Na) D 589.3nm 青光 (H) F 486.1nm 红光(H) C 656.3nm D对人眼最敏感 F、C位于人眼灵敏极限的两端 由于白光是各色光混合而成,经棱镜折射,因不同波长的折射率不同而出现分光现象。长波的红光在上,短波的紫光在下。这就是色散。 五.理想光学系统 1.定义:理想光学系统就是能对任意宽空间内的点,以任意宽的光束成完善像的光学系统,理想系统是能与系统等价的抽象模型。它主要描述为: 1)物空间的中的一点对应与像空间中唯一的一点,这一对点称为共轭点; 2)物空间中的一条直线对应与像空间中唯一的一条直线,这一对直线称为共轭线; 3)如物空间中一点位于直线上,其在像方空间中的共轭点必位于该直线的共轭线上。 此假设1841年由高斯建立,故称为高斯光学。 2.理想光学系统的基点、焦距 平行于光轴的入射光线AE,经系统后,沿G’F’方向射出,交于像方F’点,沿光轴入射的光线经系统后仍沿光轴出射。由于像方的出射光线G’F’和OkF’分别与物方的入射光线AE1和FO1共轭,故像方F’点在物方的共轭点必是光线AE1、和FO1的交点,它位于左方无穷的光轴上,故F’即为无穷远轴上点的像,称为光学系统的像方焦点。 理想光学系统的基点、焦距 如以相反方向作一平行于光轴的光线,可得到一个与光轴的焦点F,称为光学系统的物方焦点。 理想光学系统的基点、焦距 像方焦平面:过像方焦点F’的垂 轴平面 物方焦平面:过物方焦点F’的垂 轴平面 像方主点:像方主面与光轴的交 点 物方主点:物方主面与光轴的交 点 像方焦距:像方主点到像方焦点 的距离 物方焦距:物方主点到物方焦点 的距离
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