应用光学第一讲.ppt

应用光学第一讲;绪言;参考资料： 1、张以谟，应用光学 2、顾培森，习题集 3、李林，应用光学例题、习题 4、Born Wolf, Principles of Optics, 7th edition. 中译本：杨暇荪译，电子工业出版社;第一章：几何光学基本原理;一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其它情况均可以将光看成是电磁波。 可见光的波长范围：380-780nm 单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色，称之为单色光； 复色光：由不同波长的光混合成的光称为复色光； 白光是由各种波长光混合在一起而成的一种复色光。;Spectrum of electromagnetic ( or Hertzian) wave;光是一种电磁波 对人的视觉起作用的电磁波称为可见光。波长范围约为4000 à～7600 à波长以纳米（nm）或埃（à）为单位。1 nm = 10E－9 m 不同的波长，在视觉上形成不同的色觉,即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中：红 6400~7500 -红外橙 6000~6400黄 5500~6000绿 4800~5500蓝 4500~4800紫 4000~4500 -紫外人眼对5550 à（555nm）的黄绿光最敏感 ;2、光源;3、光线;4、波面;球面波;像散光束： 一般讲，球面波经过实际的光学系统后就不再是球面波，相应的光束不再汇聚于一点。即不再是同心光束。 下图所示为一像散光束;（二）几何光学的基本定律;折射率(n);Refractive law;光全反射、光纤;n1;;ⅱ 光纤光纤通常用d = 5-60μm的透明丝作芯料，为光密介质；外有涂层，为光疏介质。只要满足光线在其中全反射，则可实现无损传输。 光纤按折射率随r分布特点可分为均匀光纤和非均匀光纤两种。其中非均匀光纤具有光程短，光能损失小，光透过率高等优点。 ;;把大量光纤集成束，并成规则排列即形成传像束，它可把图像从一端传递到另一端。目前生产的传像束可在每平方厘米中集5万像素。 光纤具有抗干扰性强，容量大，频带宽，必威体育官网网址性好，省金属等优点而广泛用于通讯、国防、医疗、自控领域。 ;光纤的类型（阶跃折射率和渐变折射率光纤）;全反射棱镜;;加屋脊棱镜转像光学系统;;;色散棱镜其主要作用是分光，因为不同的波长具有不同的折射率，且波长越短，折射率越大。这样出射光出现色散，把光按波长分离出来。 ;;;利用全反射定律测介质折射率;基本定律的向量形式;费马原理;;(ABCDE)称为光线ABCDE的光程，简写为（AE） (AE)=(ABCDE)=∑nili=tAE*c 光程定义:光线在介质中的几何路程与该介质折射率的乘积 当光线在连续变化介质中传输时,光程计算为: (AE)=∫n(x,y,z)dl 光程可以理解为光在介质中从一点传到另一点的时间内,光在真空中传播的距离.;物像间的等光程性;2、费马原理 光从空间的一点到另一点的实际路径是沿着光程为极值的路径传播的。或者说,光沿着光程为极大、极小或常量的路径传播。 数学表达式： ;费马原理的应用;2、费马原理导出折射定律;光程为极大、常值的实例;光学系统及成像的概念;下图是望远镜的典型光路图。 由两个透镜组（物镜和目镜）和两个棱镜构成的。;绝大多数的透镜系统都有一条对称轴线，这样的系统称为“光轴”。无对称轴的光学系统称为“非共轴系统”。 球面系统：在各种不同形式的曲面中，球面和平面生产较易，所以大多数光学系统中的光学零件均由球面构成，这种光学系统称为球面系统。 共轴球面系统： 我们主要研究的就是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统。;透镜据形状不同可分为两大类：会聚透镜或正透镜（焦距0），特点是边薄心厚，各种形状的正透镜见图（a）所示；发散透镜或负透镜，特点是心薄边厚，如图（b）所示。;正透镜的成像：如图所示 物点和像点： 像散光束：;发散透镜：中心簿边缘厚 虚像点：如右图所示 实物点： 虚物点： 物空间/像空间：物/像所在的空间称为物/像空间。 共轭：据光路可逆定理，如把像点A`看成物点，则由此物点发出的光线必交于A点，则A点成了A`的像，A与A`点间这种对应关系称为共轭。 物像空间的折射率的规定：物空间介质折射率须按实际入射光线所在的系统前方空间介质的折射率来计算；像空间介质的折射率按实际出射光线所在系统后方空间介质折射率来计算，而不管其是实物/虚物点，还是实像/虚像点。;一、理想像和理想光学系统;共轴理想光学系统的特殊性质;位于垂直于光轴的同一平面内的物所成的像，其几何形状和物完全相似——物平面上任何位置，物与像大小比例等于常数。 放大率：像与物大小之比为放大率。 共轴理想光学系统中，垂直于光轴的同一个平面上的各部分具有相同的放大率。;在光学系统中物空间和像空间符合点对应点、线对应线