第三章--几何光学2.pptVIP

§3.3 单心光束 实像和虚像 §3.5 光在球面介面上的反射和折射 例题：3-1 * * 成像问题是几何光学研究的主要问题之 一。 几个成像基本概念。 一、单心光束、实像、虚像 1、发光点：只有几何位置而没有大小的发射光束的光源。 它也是一个抽象概念，一个理想模型，有助于描述物和像的性质。点光源就是一个发光点。 若光线实际发自于某点，则称该点为实发光点； 若某点为诸光线反向延长线的交点，则该点称为虚发光点。 2、单心光束：只有一个交点的光束，亦称同心光束。 该唯一的交点称为光束的顶点。 发散单心光束 会聚单心光束 实象：有实际光线会聚的象点。 虚象：无实际光线会聚的象点。 （光束反向延长线的交点）。 当顶点为光束的发出点时，该顶点称为光源、物点。 3、实像、虚像 当单心光束经折射或反射后，仍能找到一个顶点，称光束保持了其单心性。该顶点称为象点。 P‘ P P’ P 实像 虚像 对能保持单心性的光束，一个物点能且只 能 形成一个像点，即物与像形成一一对应关系。 一、光在平面上的反射 如图示：点光源P发出单心光束，经平面镜反射后，形成一束发散光束，其反向延长线交于一点P‘，且与P点对称。 显然，反射光束仍为单心光束，说明在此过程中光束保持了其单心性，是一个理想成像过程—— P‘是P的虚像。 ∴平面镜是一个不破坏光束单心性、理想成像的完善的 光学系统。并且也是唯一的一个。 D M’ M P‘ P C B A 三、全反射 光学纤维 1、全反射： x A3 n2 n1 O y P i1 i2 ic A1 A2 只有反射而无折射的现象称为全折射。 2、光学纤维 单根构造：内层： 外层： 原理： ∴在顶角为2i的园锥体内的光线，均能在光纤内顺利传播。 直径约为几微米的单根或多根玻璃(或透明塑料)纤维. 说明： 四、棱镜 E D C B 1、偏向角、最小偏向角： 三棱镜两折射面的夹角称三棱镜顶角A。 A n2 n1 出射光与入射光之间的夹角称棱镜的偏向角?。 2、应用 棱镜光谱：当用白光入射时，由于折射 率的不同，出射光将展开成彩带即光谱。 所以，三棱镜也是一种分光装置。 改变光路：如右图示 E D C B A n2 n1 450 450 一、球面的几个概念 符号法则 球面顶点：O 球面曲率中心：C 球面曲率半径：r 球面主轴：连接O、C而得的直线。 主截面：通过主轴的平面。 2、符号法则： 1、基本概念： 线段长度均从顶点算起： A、凡光线与主轴交点在顶点右方者线段长度数值为正； 凡光线与主 轴交点在顶点左方者线段长度数值为负； B、物点或像点至主轴的距离在主轴上方为正，下方为负。 ② 光线的倾角均从主轴或球面法线算起，并取小于900的角度；由主轴 （或法线）转向有关光线时： A、顺时针转动，角度为正；B、逆时针转动，角度为负。 沿轴线段 垂轴线段 新笛卡尔法则 r C O 主轴 符号规则规定如下： 1．线段：由左向右为正，由下向上为正，反之为负。 规定线段的计算起点： L、L—由球面顶点算起到光线与光轴的交点 r—由球面顶点算起到球心 d—由前一面顶点算起到下一面顶点 球面顶点 2．角度： 一律以锐角度量，顺时针转为正，逆时针转为负。角度也要规定起始轴： U、U—由光轴起转到光线； I、I—由光线起转到法线； ψ—由光轴起转到法线， 光轴 光线 法线 应用时，先确定参数的正负号，代入公式计算。 算出的结果亦应按照数值的正负来确定光线的相对位置。 推导公式时，也要使用符号规则。 注意 为了使导出的公式具有普遍性，推导公式时，几何图形上各量一律标注其绝对值，永远为正 - L r L’ I I’ Q ③ 图中出现的长度和角度只用正值。 例：球面反射成像各量的正负。 y Q 无论光线从左至右还是从右至左，无论是球面反射还是折射，以上符号法则均适用。 P A C O P` -s` -r -s -u i -i` -u` 从主轴上P点发出单心光束，其中一条光线在球面上A点反射，反射光与主轴交于P`点。即P`为P的像。 按符号法则，各有关线段和角度的正负如图所示。s — 物距 s`— 象距 二、球面反射对单心性的破坏 P A C O P` -s` -r -s -