应用光学[第一章]f.ppt

应用光学;授课教师;课程概况;课程参考资料;第一章  几何光学的基本原理;基本要求 理解并掌握几何光学的基本定律 理解完善成像条件的概念和相关表述; 在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域，使用着种类繁多的的光学仪器，如望远镜，显微镜，投影仪等。;1.1基本概念;从本质上讲，光是电磁波，它是按照波动理论进行传播。;按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统成像。;几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。;一. 发光点 几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时，也可认为是一个点。; 任何被成像的物体， 是由无数个发光点组成;二、光线;三、波面;同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波;像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。 ;几何光学基本定律;三、折射和反射定律;（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧。;也可表述为：;将上式代入 并设; （2）入射角 I和反射角I’’的绝对值相同，可表示为 ;一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发生反射和折射现象。; 不可能大于1，此时入射光线将不能射入另一介质。;全反射的两个条件：;;光导纤维号称现代信息系统的神经;进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射，直至另一端出射。;根据折射定律，又有：;定义 为光纤的数值孔径;一、光程： 光线在介质中传播的几何距离L与介质折射率的乘积。 1、均匀介质中： s=nL=Lc/v=ct 既：光在真空中相同时间内传播的距离。 2、非均匀介质中： 设：介质折射率是空间坐标的函数n=n(x,y)?， ds=n(x,y)dL???????????????????? ;二、费马原理 1、原理： ①光线从一点传播到另一点，其光程为极值（极大、极小、常量）。 ②两点间光线的实际路径是其光程为平稳的路径。 2、平稳：在某处平稳，指它的一阶微分dy=0。 ;光的直线传播定律、独立传播定律、折射和反射定律、费马原理是几何光学的基本定律，是研究光线传播和成像问题的基础。;四、光路的可逆性;补充：马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 ;1.2 成像的基本概念与完善成像条件;在光学仪器中最常用的光学零件是透镜，目前绝大多数是球面透镜（系统）。;由两个球面构成的透镜中，通过两球面球心的直线为光轴。;若有一个面为平面，则光轴通过球面的球心与平面垂直。;透镜分两大类;物像的虚实; 有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法在屏上得到;与像类似，物也分两种;请判断物与像的虚实;判断虚实小窍门：;注意：物、像的概念是相对于光组来说的;※物所在的空间为物空间，像所在的空间为像空间，两者的范围都是（-∞,+∞）;完善成像条件;完善成像条件