1几何光学的基础与成像1.pptVIP

工程光学 内容 1、应用光学（几何光学及成像理论） 2、物理光学 学时：48（第9周复习考试）(42+6) 考核方式：平时30%，考试70% 教材 《工程光学》 天津大学 郁道银 浙江大学 谈恒英 机械工业出版社（2001.01） 1 几何光学的基本定律与成像概念 1.1 几何光学的基本定律 单色光与复色光 单色光： 光源与光线 光源： 1.1.2 几何光学基本定律 光的直线传播定律 全反射现象 光的全反射现象： 1.1.3 费马原理 光程： 1.2 成像的基本概念与完善成像条件 1.2.1 光学系统与成像概念 1.2.2 完善成像条件 （三种表述） 1.2.3 物像的虚实 原则： 1.3 光路计算与近轴光学系统（单个折射球面） 1.3.1 基本概念与符号规则 1.3.2 实际光线的光路计算 根据折射定理及几何定理 1.3.3 近轴光线的光路计算 近似： * * 左昉 zuo96@ 1.1.1 光波与光线 光波是一种电磁波 （波长、频率） γ射线 波长10-12→10-11 X光 单位：米 10-10→10-9 紫外线 10-8→10-7 (10-400nm) 可见光 10-6 (400～760nm) 红外线 10-5 (760nm-1mm) 毫米波 10-4 … 无线电波 10-2→102 具有单一波长的光； 如激光 复色光： 由不同单色光混合而成的光； 如太阳光 能够辐射光能量的物体，由许多点光源（发光点）组成； 光线： 由发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线； 波面（波阵面）： 光波向四周传播时，某一时刻振动位相相同的点所构成的面阵； 光波沿着波面法线方向传播 光束： 与波面对应的所有光线的集合； 平面波—平行光束； 球面波—同心光束（会聚、发散） 任意曲面波 在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线方向传播的。 局限性： 光通过狭缝、小孔时，---衍射（不再沿直线方向传播） 光的独立传播定律 不同光源发出的光，在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播； 各光束的交会点的强度： 各光束强度的简单叠加； 离开交会点： 仍按原方向传播； 局限性： 相干光的干涉：不是光强简单叠加，按照相位，可能加强，可能减弱； 相干光： 由光源上同一点发出，经不同途径传播后，又发生交会的光。 光的折射定律与反射定律： 光线入射到两种均匀介质分界面时的现象和规律 一部分反射回原介质； 另一部分“透过”光滑表面，进入第二种介质； 角度的+、-： 以锐角度量，由光线转向法线，顺时针为正，逆时针为负； 在图上标注时，若角度为负，在应标注“-”在前，因作图中无负角度（负负为正） 反射定律： 反射光线位于由入射光线和法线做决定的平面内； 反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角与入射角的绝对值相等，符号相反。 折射定律： 折射光线位于由入射光线和法线做决定的平面内； 折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅由两种介质的性质（折射率）决定。 折射率： 表征透明介质光学性质的重要参数； n与波长、温度、压力等参数有关 相对折射率（代替折射率）： 介质相对于空气的相对折射率—介质的绝对折射率(真空)。 入射到介质上的光全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。 光密介质： 折射率较高的介质（光速低） 光疏介质： 折射率较低的介质（光速高） 全反射发生条件 光线由光密介质射向光疏介质； 入射角大于临界角； 临界角； 应用： 理论上可将入射光全部反射：全反射棱镜、光纤 （镀膜只能反射90%的光能） 光路的可逆性： 光线的传播是可逆的。 光在介质中传播的几何路程l与该介质折射率n的乘积。 结论： 光在某种介质中的光程等于同一时间光在真空中所走过的几何路程。 费马原理： 光从一点传播到另一点，其间无论经过多少次折射或反射，其光程为极值。 （极大、极小、常数） 用途： 非均匀介质中，n为空间位置的函数，则光线轨迹为曲线。 1.1.4 马吕斯定律（光束波面、光线光程） 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面间对应点之间的光程均为常数。 光学系统的作用： 对物体成像(把照相机镜头取下来如何？) 物体组成： 无数多个发光点 →每个发光点发出一个球面波 →同心光束 →（经过光学系统） →如果仍为球面波（同心光束） →则为完善像点。 完善像点： （出射）同心光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点； 完善像： 物体上每个点经过光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经过光学系统后的完善像。 物空间： 物体所在的空间；（-∞，+∞） 像