第1章-几何光学基本原理(北理工).ppt

第一章 几何光学基本原理 本章要解决的问题： 对成像的要求 第一节 光波与光线 第一节 光波与光线 光的本质是电磁波 光的传播实际上是波动的传播 可见光：波长在400-760nm范围红外波段：波长比可见光长紫外波段：波长比可见光短 可见光：400-760nm 单色光：同一种波长 复色光：由不同波长的光波混合而成 几何光学的研究对象和光线概念 研究对象 不考虑光的本性 研究光的传播规律和传播现象 光线的概念 光线与波面之间的关系 波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面 一、光的传播现象的分类 二、几何光学基本定律 第六节 光学系统类别和成像的概念 各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体 各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜 光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求 名词概念 像：出射光线的交点 实像点：出射光线的实际交点 虚像点：出射光线延长线的交点 像空间：像所在的空间 实像空间：系统最后一面以后的空间 虚像空间：系统最后一面以前的空间 整个像空间包括实像和虚像空间  物像空间折射率确定 物空间折射率： 按实际入射光线所在的空间折射率计算 符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为理想像 5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似 已知:两对共轭面的位置和放大率 双曲面：到两个定点距离之差为为常数的点的轨迹， 是该两点为焦点的双曲面。对内焦点和外焦点符合等光程条件。其中一个是实的，一个是虚的 两镜系统基本结构形式 常用两镜系统 1、? 经典卡塞格林系统 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。 2、??格里高里系统 主镜为凹的抛物面，副镜为凹的椭球面，抛物面的焦点和椭球面的一个焦点重合，经椭球面后成像在其另一个实焦点处。 ?3 、R-C系统 主镜副镜均为双曲面。 4、 马克苏托夫系统 主镜副镜均为椭球面。 5、?库特系统 主镜副镜均为凹面。 6、?同心系统 7、无焦系统 3、应用 光路可逆： 求焦点 光学设计中，逆向计算：目镜，显微物镜等 二、全反射 1、现象 水 空气 A I1 R1 I2 O1 O2 O3 O4 I0 2、发生全反射的条件 必要条件： n1n2 由光密介质进入光 疏介质 充分条件： I1I0 入射角大于全反射角 1870年，英国科学家丁达尔全反射实验 当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻璃的折射率不同、对应的临界角不同 37°3’ 37°7’ 37°7’ 38°41’ 39°16’ 39°52’ 40°30’ 41°8’ 41°48’ I0 1.66 1.64 1.62 1.60 1.58 1.56 1.54 1.52 1.5 n 3、全反射的应用 用棱镜代替反射镜：减少光能损失 测量折射率 待测样品 nB低 nA高 I0 暗 亮 光学系统分类 按介质分界面形状分： 球面系统：系统中的光学零件均由球面构成 非球面系统：系统中包含有非球面 共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统 按有无对称轴分： 共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴 非共轴系统：没有对称轴线  二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜 会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转 负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜 发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转 2、透镜作用－－－成像 A A’ A’点称为物体A通过透镜所成的像点。而把A称为物点 A′为实际光线的相交点，如果在A′处放一屏幕，则可以在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。 A和A′称为共轭点。 A’与A互为物像关系，在几何光学中称为“共轭”。 3、透镜成像原理 正透镜：正透镜中心比边缘厚，光束中心部分走的慢，边缘走的快。 A O P Q P Q O’ A’ P’ Q’ 成