工程光学(第一章)f(绪论及几何光学原理)(xin).ppt

工程光学 授课教师： 胡金敏  1.对光的直线传播，反射，折射现象的定量描述。  5.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基础 2. 1600年~1820年，快速发展时期  （4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说 3. 1800~1900年，加速发展时期 4.20世纪以来，现代光学发展时期 农业：收割、除草、叶面与果实的检测 军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等 激光制导 潜望镜 红外雷达和平视显示器 医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测 哈勃太空望远镜 “哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC 3370”螺旋星系的照片 哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片 人们还在不断研究光的应用领域 应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律以及光与物质相互作用的研究还在不断继续。 本课程的主要参考资料 1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械工业出版社. 2、《工程光学》李湘宁 主编 科学出版社 3、《计量工程光学》 徐家骅 主编 机械工业出版社 第一章  几何光学的基本原理 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。 点：光源、焦点、物点、像点 线：光线、法线、光轴 面：物面、像面、反射面、折射面 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。 二、光线 发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的直线，它代表光的传播方向。 三、光束 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。 §1-2 几何光学基本定律 二、光的独立传播定律 不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光的强度各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原方向传播。  折射率(n) 一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质中的传播速度之比，称为该介质对指定波长的光的绝对折射率。即： n = c/v 折射率高的介质，光速低，称为光密介质； 折射率低的介质，光速高，称为光疏介质。 相对折射率：当光线从第一介质进入第二介质时，第二介质相对于第一介质的折射率称为相对折射率，其值为第二介质折射率与第一介质折射率之比，记为n21。 通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。 三、折射和反射定律 光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面 时的定律。 将上式代入 并设 (二）反射定律 推论 用射出去的光路在一定条件下可以决定射回的光路。 利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物。 §1-4 费马原理 费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。 它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。 根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为 费马原理 费马原理指出，光从一点传播到另一点沿的是极值光程路径。即光沿光程为极大值、或极小值、或常量值的路径传播，其数学表示为光程的一阶变分为0： 费马原理的应用 至于光程走的是极大值还是极小值，这要取决于折射表面的曲率及两点之间的位置，大多数情况下是极小值。费马原理可以用来证明光的直线传播定律和光的折、反射定律. 2、费马原理导出折射定律 全反射现象 全反射的两个条件： 光导纤维号称现代信息系统的神经 定义 为光纤的数值孔径 §1-5 光学系统物像概念 光学元件的分类 球面光学元件 和 平面光学元件 透镜分两大类 （1）正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用 （2）负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用 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。 （一）物方光线和像方光线 （二）物和像的概念 虚物和虚像 注意：实物与虚物的区别： 请判断物与像的虚实 注意：物、像的概念是相对于光组