北京化工大学测控技术与仪器几何光学基本定律和成像概念.ppt

工 程 光 学 信息科学与技术学院 授课教师：王 颖 一、绪论 工程光学的意义及其应用 工程光学的分类 工程光学内容 作业及考试 参考书目 联系方式 参考书目 教材：工程光学 机械工业出版社（一、二、三版均可） 现代光学测试技术及应用 光电检测技术 激光原理及应用 作业及考试 平时作业和实验：30%，期末考试：70% E-mail：wangying@ 答疑地点：科技大厦610房间 作业邮箱： US ID：ck_1001@126.com; PS:1001jy 实验安排： 第八周：10/17 第十一周：11/07 第十四周：11/28 1.工程光学的应用 光学仪器 棱镜、望远镜、显微镜、照相机，光纤、激光器等 医学领域 医学领域应用B超、CT 、MRI等影像学手段进行疾病诊断。 航空航天领域 雷达图像、红外图像、遥感图像，月球火星探测机器人 传感元件 光敏电池、光电二级管等 数字化技术 CCD摄像机、机器视觉和图像处理 1.工程光学的应用 其它应用 激光、光纤、色谱 光学测量 光学器件测量，光学特性参数测量，相关光学衍生测量技术。 光电测量 光学和电子学以及计算机结合起来，发展成为新的检测手段，作为对传统检测手段的扩充，可以测量以往测试手段难以测量的量，提高测量的精度，进一步拓展人们改造自然和认识自然的领域。 军事领域 导弹制导、夜视系统、无人驾驶飞机等 2. 工程光学的分类 分为几何光学和物理光学两部分。 几何光学 以光线为基础、用几何方法来研究光在介质中的传播规律以及光学系统的成像特性。 物理光学 以电磁学理论为基础，研究光的波动性和粒子性。 3.工程光学的学习内容 几何光学： 几何光学的基本定律和成像 理想光学系统 实际光学系统及光路计算 典型的光学系统 物理光学 光的电磁理论基础 光的干涉现象 光的衍射现象 光的偏振和量子性 第一章 几何光学基本定律和成像概念 几何光学：以光线为基础、用几何方法来研究光在介质中的传播规律以及光学系统的成像特性。 1. 几何光学的基本定律 2. 成像的基本概念 3. 光路计算及光学成像系统 4. 球面光学成像系统 1.1 几何光学的基本定律 一、基本概念 1. 光波 本质：电磁波，波长：380~760nm（可见光） 传播速度（真空）c=3Χ108m/s，在介质中：传播速度小于光速，速度大小和波长有关。 可见光：单色光和复色光 2．光源和发光点 发光点：辐射光能量的几何体。 光 源：能够辐射光能量的物体，由多个发光点组成。 光 线：由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何 线，光线方向代表了光的传播方向。 1.1 几何光学的基本定律 一、基本概念 3．波面和光束 波面：某一时刻振动位相相同的光点构成的曲面称为波阵 面。在各向同性介质中波面上某点的法线方向即为 光的传播方向，光的传播即为光波波阵面的传播。 波面分类：平面波、球面波和任意曲面波。 光束：波面法线为光线，与波面对应的所有光线的集合 称为光束。 1.1 几何光学的基本定律 1 光的直线传播定律 在各向同性的均匀介质中光沿直线进行传播。 当光经过小孔或狭缝时不遵循该定律，发生衍射现象。注意：不能解释光的衍射现象。 2 光的独立传播定律 从不同光源发出的光线在空间某点相遇时彼此互不影响，各光束独立传播 。 注意：光强和方向，不能解释光的干涉现象。 3 反射定律 定义： 当光在不同的介质中传播时，在分界面处会发生折射和反射 。 几个概念 入射光线，折射光线，反射光线，法线，入射角、折射角，反射角 反射定律 入射光线，反射光线和法线在同一平面内；入射角和反射角绝对值相等，符号相反，入射光线和反射光线位于法线的两侧。 光的反射定律 4. 折射定律 折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射角的正弦与入射角的正弦之比和入射角的大小无关，取决于两种介质折射率的大小。 折射率：表征透明介质光学特性， 用来描述介质中光速减慢程度的物理量 光的折射定律 5. 光的全反射现象 定义：在一定条件下，入射到介质上的光全部反射回原来的介质，没有折射光产生。 概念：临界角，光疏介质，光密介质 临界角计算：折射角等于90°时对应的入射角