7＿1几何光学的基本概念和定律.ppt

§7.1几何光学的基本概念和定律 一、几何光学的基本概念 二、几何光学的基本定律 1、光的直线传播定律 2、光的独立传播定律 3、反射和折射定律 4、费马(Fermat)原理(1661年提出) 5、马吕斯(Malus)定律(1808年提出) 三、光学系统及其完善像 一、几何光学的基本概念－§1.1基本概念和定律 1、光源 能够辐射光能的物体。 点光源：光源的大小相对辐射光能的作用距离小得可以忽略时，光源可以视为点光源； 2、波阵面 某一时刻，同一光源辐射场的位相相同的点构成的曲面。 一、几何光学的基本概念－§1.1基本概念和定律 3、光线 光管：通过一个闭合曲线的所有能流密度矢量S的矢量线构成的曲面。 光线：当光管的横截面较长度小得可以忽略时，几何光学称为光线。 光线特征： (1) 光线无直径、无体积，能量密度无限大 (2)在同一点，同一光源的光线和波面垂直，即波面的法线方向为光线的方向 4、光路：光线的传播路径。 一、几何光学的基本概念－§1.1基本概念和定律 5、光束：和同一波面对应的法线束。(波面------) 1.光的直线传播定律－几何光学的基本定律 内容： 在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播。 说明： (1)光线为直线; (2)光的传播速度(相速)： 2、光的独立传播定律－几何光学的基本定律 内容： 沿不同方向传播的光线，通过空间一点，彼此互不影响，各光线独立传播。 光线和电力线、磁力线比较： 光线——无叠加定理，可以相交； 电力线和磁力线——有叠加定理，不能相交。 3、光的反射折射定律－几何光学的基本定律 (1) 实验 (a)???开普勒实验(1611年) (b)???斯涅耳实验 (1621年) 内容 折射定律的矢量形式 (1)-a 开普勒实验(1611年)—光的反射折射定律 (1)-b斯涅耳实验(1621年)—光的反射折射定律 实验装置:和Kepler实验装置基本相同。 结 论: 比值OS/OS’恒为常数。 (2) 内容—光的反射折射定律 光线从折射率为n的介质入射到折射率为n’的介质中，设入射角、反射角和折射角分别为I、I’’和I’，如果规定光线按照锐角旋转到法线方向，顺时针为正，逆时针为负，则 (i)入射光线和反射光线、折射光线分居法线两侧，并且它们和法线共面； (ii) I= -I’’； (iii) n sinI=n’ sinI’。 (3) 折射定律的矢量形式—光的反射折射定律 (4) 反射定律的矢量形式—光的反射折射定律 (5) 连续质介中光波的传播—光的反射折射定律 结论: 光在介质中传播时,有偏向折射率较高一侧的趋势 根据上述定性结论,可以对渐变介质中光波传播作定性的分析 4、费马(Fermat)原理－几何光学的基本定律 (1) 光程 (2) Fermat原理内容 (3) 推导光的直线传播定律 (4) 推导光的反射定律 (5) 推导光的折射定律 (1) 光程－费马原理 光程 指光在介质中经过的几何路径和介质折射率的乘积，以字母L表示。 均匀介质中：L＝n×s 其中n为介质的折射率，s为光经过的几何路径。 非均匀介质中 (2) Fermat原理内容－费马原理 光线从任一点A传播到另一点B，是沿光程为极值的路径传播。 数学表示： 说明: 该处极值可以是极大值、极小值或常值. Fermat原理的极值问题 极值可以是极大值、极小值或常值. 5、马吕斯(Malus)定律－几何光学的基本定律 (1)内容 垂直于入射波面的入射光束，经过任意次的反射和折射后，出射光束仍然垂直于出射波面，并且在入射波面和出射波面间所有光路的光程相等。 (2)数学表示 三、光学系统及其完善像－§1.1基本概念和定律 1、共轴球面光学系统 2、光学系统的物 3、光学系统的完善像 4、光学系统成完善像的条件 5、物点成完善像的界面方法 1、共轴球面光学系统－光学系统及其完