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第一章 几何光学的基本定律与成像概念 2. 光源— 辐射光能的物体 点光源:用特定的几何点表示的发光体。 ? 线光源 : 面光源: 点光源— 当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以 忽略时,此光源可认为是点光源。 点光源被认为没有体积和线度,所以能量密度应为无 限大。 3. 光线— 无体积、无直径,有能量、有方向,能够传输 能量的几何线。 光线方向代表光能传播的方向。 4. 波面— 某一时刻,振动位相相同的各点构成的面。 波面可分为:平面波、球面波、任意曲面波。 波面法线方向即为光传播方向。 同心光束— 波面为球面,聚于一点。 二、基本定律 1. 光的直线传播定律 在同一种各向同性、均匀介质中,光沿直线传播。 2. 光的独立传播定律 从不同光源发出的光束以不同方向通过空间某点,互 不影响,各自独立传播。 3. 光的反射定律 反射定律可归结为:入射光线、 反射光线和投射点法线三者在同一 平面内,入射角和反射角二者绝对值 相等,符号相反。即入射光线和反射 光线位于法线的两侧。 反射定律可表示为 全反射应用: 1)光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。 s=n ? l 均匀介质 m层均匀介质 连续变化的非均匀介质 s=n ? l=c ? t 6. 马吕斯定律(波面与光束、波面与光程的关系) 垂直于波面的光线经过任意次折射、反射,出射波面 仍与出射光束垂直,且入射波面与出射波面对应点之间 光程相同。 费马原理 马吕斯定律 光的直线传播定律 光的反、折射定律 1. 光轴 组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心在同一条 直线上的光学系统称为共轴光学系统,该直线称为光轴。 实物— 物方实际光线直接相交而成的点。 虚物— 物方实际光线不能相交,延长线相交而成的点。 实象— 象方实际光线直接相交的点。 虚象— 象方实际光线不能直接相交,反向延长相交。 物空间— 构成物的光线所处的空间。(实物、虚物) 象空间— 构成象的光线所处的空间。(实象、虚象) * * 一、基本概念 1. 光波— 电磁波(横波) 可见光波长:400nm—760nm 4000?-7600 ? 0.4μm—0.76μm 在可见光范围内,不同波长引起不同颜色感觉。 单色光— 具有单一波长的光。 几种单色光混合而成为“复色光”。 真空中光速 c=3×108m/s 介质中光速 v=c/n n: 一定波长的单色光在真空中的传播速度(c)与它在给定介质中传播速度(v)之比,定义为该介质对指定波长的光的绝对折射率(n)。 光线 波面 光源 平行光束— 波面为平面。 象散光束— 波面为曲面,不聚于一点。 发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。 会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。 5. 光束— 与波面对应的法线集合。 4. 光的折射定律 折射定律可归结为:入射光线、折射光线和投射点的法线三者在同一平面内,入射角的正弦与折射角正弦之比与入射角大小无关,而与两介质性质有关。对一定波长的光线,在一定温度和压力的条件下,该比值为一常数,等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在介质折射率之比。 折射定律可表示为: 或: 若令 ,得 ,即为反射定律。这表明反射定律可以看作为折射定律的一种特例。这在几何光学中是有重要意义的一项推论 。 两种重要的光的传播现象:光路的可逆性及全反射 光路的可逆性:假定某一条光线,沿着一定的路线。由A传播到B,如果我们在B点沿着出射光线,按照相反的方向投射一条光线,则此反向光线仍沿着此同一条路线,由B传播到A。光线传播的这种性质,叫做“光路可逆性”。 例:由反射定律和折射定律可知,当光线自B点或C点投射到分界面上O点时,反射光线或折射光线必沿OA方向射出。 全反射:当入射光的入射角I大于某值时,两种介质的分界面把入射光全部反射回原介质中去,这种现象称为“全反射”或“完全内反射”。 条件:光密 光疏(n n′ ), iiQ (零界角) n ? sin i=n′? sin i′( i′=90° ) iQ=arcsin (n′/n ) 使光线传播方向
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