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* * 第一章 几何光学的基本定律 §1-1 发光点、波面、光线和光束 § 1-2 几何光学的基本定律 § 1-3 费马原理 § 1-4 物、象的基本概念和完善成像条件 §1-1 发光点、波面、光线和光束 发光点——本身发光或被照明后发出的几何点。既无大小又无体积，单能辐射能量。 波面——发光点在某一时刻发出的光形成波面。若周围是各向同性均匀介质，将形成以发光点为中心的球面波（平面波） 光线——波面的法线即几何光学中所指的光线 光束——波面的法线族 光束与波面的对应关系： 平行光束——平面波 同心光束——球面波 发散光束 汇聚光束 发光点——--——》点 同心光束——》同心光束 理想光学系统 发光点—————》斑 同心光束——》非同心光束 实际光学系统 § 1-2 几何光学的基本定律 光的传播————》光线传播 几何光学 一、光的直线传播定律：光在各向同性的均匀介质中沿直线传播。 当λ—— 0时，波动光学————》几何光学 二、光的独立传播定律：以不同的途径传播的光同时在空间某点通过时，彼此互不影响，各路光好像其他光线不存在似地独立传播。而在各路光相遇处，其光强度是简单地相加，总是增强的。 屏上被两发光点同时照亮区域的照度等于二发光点产生的照度之和。 三、反射定律与折射定律 AO——入射光线 I ——入射 OC——反射光线 I” ——反射 OB——折射光线 I’——折射 NN’——法线 光的反射定律： ①入射光线、法线和反射光线在同一平面内； ②入射光线与反射光线在法线的两侧，且有 光的折射定律：? ①折射光线与入射光线和法线在同一平面内； ②折射角与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅由两介质的性质决定，当温度、压力和光线的波长一定时，其比值为一常数，等于前一介质与后一介质的折射率之比，即 或 其中： n=C/v C——光在真空中的速度 v——光在介质中的速度 因为vC，所以n1 空气中n=1.000272(760mmHg, 200C, ） 与空气比较的折射率————相对折射率 四、光线传播的可逆性 · 令 CO 为入射光线，则 OA 为反射光线（反射定律） · 令 BO 为入射光线，则 OA 为折射光线（折射定律） 在折射定律中，若令n’=-n，即得 反射定律是折射定律当n’=-n时的特殊情况 空气中反射时，可认为n=1, n’=-1 利用以上定律，可解决光经过任何界面 后继续传播的问题，是整个应用光学的 基础。 反射——一定存在 入射光 折射——特定条件下可能没有，即全反射 当光疏——光密，即nn’时， 总存在 当光密——光疏，及nn’时， 可能大于1，此时全反射。 当 时， ，此时的 称为临界角 全反射 ①等腰直角棱镜 – 当2U在某范围内时,斜面上发生全反射,则透明介质界面上不需要镀反射膜 ②光导纤维 IIm时全反射,用于传像和传光 全反射的应用 A0——沿入射光线的单位矢量 A0’——沿折射光线的单位矢量 N——沿法线的单位矢量 n’sinI’=n sinI 即n(A0’×N)＝n(A0 ×N) 将长度为n’的折射光线矢量和长度 为n的入射光线矢量分别记为A’和A， 则 A×N＝A×N 即 (A-A)×N＝0 所以, A’-A与N平行, 可写为 A-A＝PN (P为待定常数) 矢量形式的折射定律和反射定律 ? 上式两边同与N作标积，得 P＝N·A-N·A＝ncosI-ncosI 当n’＞n时，P＞0，A’-A与N正向平行当n’＜n时，P＜0，两矢量为反向平行。 已知n,n’和I A＝A＋PN A＝A-2N(N·A) 折射定律的矢量形式 矢量形式的反射定律 当n’＝-n P＝ncosI-ncosI＝-2ncosI＝-2(N·A) § 1-3 费马原理 ? 费马原理从光程的观点来描述光传播的规律，是几何光学最基本的定律。 ? 一、光程——光线在介质中传播的距离与该介质折射率的乘积。 ? 1.均匀介质中， s＝nl ? 由于n＝C/v, l＝vt, 所以s＝Ct ? ——光线在介质中传播的光程等于光线从一点到另一点传播的时间与在真空中传播速度的乘积。 ? ——光线在真空中相同时间内传播的距离。 ? 2.非均匀介质中：ds=ndl ? 如右图， 光程A——》B ? 光从一点传播到另一点是沿着光程为极值（极大、极小、常量）的路