第三章(李敏慧).ppt

第3章 几何光学的基本原理Chap.3 Basic Principles of Geometrical Optics 主 要 内 容 直线传播、反射、折射成像问题 波面的线度远大于波长时----光沿直线传播，几何光学是近似的、实用的 不涉及波长、相位等概念，使用波面、波线的概念 光线：描述光的传播方向的几何线，波线 光束与光线： 光线是几何线，无横截面积，是假想的 光束是实际存在的，总有一定的横截面积。且无法通过小孔获取细光束----衍射的存在，会使得光束不细反粗 波面：仅仅考虑其几何形状，不涉及波面的相位 3.1.2、几何光学的基本实验定律 （1）光的直线传播定律 （小孔成像、物体的影子） （2）光的反射定律和折射定律 （3）光的独立传播定律和光路可逆原理. 适用条件： 光波面线度R远大于光波长λ （否则，用衍射光学） 3.2 费马原理 1、费马原理的描述 光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。 极小值：图（ｂ）　 光的直线传播、 光的反射定律、 折射定律　 极大值：图（c） 恒定值：图（a） 2、用费马原理解释三个基本实验规律 1）均匀介质中的直线传播 两点间直线距离最短----光路为直线 2）反射定律 只有当APB’为直线时 APB的光程最短， 此时： i=i’ 入射光线、法线、反射光线共面 3) 折射定律 AC’AC，C’BCB 入射点必在入射面与界面 的交线上----入射光线、法 线、反射光线共面 n1AC+n2CB----极小值 3.3 单心光束 实像和虚像 3.3.1 单心光束 实像和虚像 1.单心光束：凡是具有单个顶点的光束﹙同心光束﹚。 发散光束：由一发光点发出的光束； 汇聚光束：向唯一中心会聚的光束。 光束：具有一定关系的一些光线的集合称为光束 2 .物点与像点 物点： 入射到光学系统的单心光束的顶点（P） 像点： 经光学系统出射后又汇聚的单心光束的顶点（P?） 3实像与虚像 实像点： 会聚的出射单心光束的顶点（P?） 虚像点： 发散的出射单心光束的顶点（P?） 3.3.2 实物、实像和虚像的联系和区别 1、实物点： 发散的入射单心光束的顶点（P） 2、 光学系统： 由不同材料做成的不同形状的反射面、折射面以及光阑组成的系统，其作用是变换光束．反射镜、棱镜、透镜、光阑等是构成光学系统的基本元件。 3、人眼的特点： 人眼只能看到发散的单心光束的顶点，而看不见光线本身。 4、人眼对物、象的区别和联系 人眼不能判断进入人眼的光线是否经过光学系统，因此，人眼不能区分物、像；人们对物、像的判断要借助环境等其他条件 5、光学仪器对物、象的区别和联系 只要是发散的单心光束进入光学仪器，不论光束得形成，对光学仪器而言均是实物成像； 实物的光能量一般较大； 实像可由光屏接收，虚像则不能 实物点、实像点、虚像点的集合分别称为实物、实像、虚像。 　　 平面反射镜是一个最简单的理想光学系统，它不改变光束的单心性，能成完善的像。所成的像与原物大小相同，而物和像以平面镜为对称。 平面反射时光束的单心性保持不变 平行光束折射时仍为平行光束 分析：当y不变时，它们随 x 或 i1 而变。 　　 如果光束是单心的，则P ?就是折射光束的唯一顶点； 　 如果光束不是单心的，则P ?不是折射光束的唯一顶点，P1、P2也是折射光束的顶点，此时必须考虑光束中光线的空间分布。 讨论一小束入射光束： 　①将图面绕 oy轴转一小角度?折射光束的单心性已被破坏：光束中的所有光线并不相交于单独的一点，而是交于两条相互垂直的线段上。 子午焦线： 一条由P?所 描出的垂直图 面的焦线； 　弧矢焦线： 一条是位于 图面内的焦线 P1P2。 ∵ 单心光束的波面是球面 ② 当i1＝0，即当P所发出的光束几乎垂直于界面时,有 x ?＝0 ， y ? = y1 = y2 = y? n2 ? n1 。 3.4.3 全反射 光学纤维 1.全反射： 对光线只有反射而无折射的现像。 当光从光密介质n1射向光疏介质 n2（n1）时，i1? ?i2? ?i1 ＝ic