第一章科学应用光学.ppt

Applied Optics * ※ 通常对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。 A A’ Applied Optics * 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 Applied Optics * 什么是理想光学系统？ 研究理想光学系统有什么实际意义？ 理想光学系统有什么特点？ 1-5 理想像和理想光学系统 Applied Optics * 什么是理想光学系统？ 物、像可能关键符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”关系的像成为“理想像”。 成像满足“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”的光学系统成为“理想光学系统”。 实际使用的光学系统除平面镜以外都不是理想光学系统，即不能成理想像！ Applied Optics * 研究理想光学系统有什么实际意义？ 研究理想光学系统的实际意义在于用它作为衡量实际光学系统成像质量的标准。 通常把理想光学系统计算公式计算出来的像成为实际光学系统的理想像。 在设计实际光学系统时，用它近似表示实际光学系统成的位置和大小，即实际光学系统设计的初始计算。 Applied Optics * 理想光学系统有什么特点？ 1、光轴上物点的像位于光轴上； 过光轴截面内物点的像位于同一平面内； 过光轴的任意截面成像性质相同。 2、位于垂直于光轴的平面内的物所成的像，其几何形状和物相似。 3、已知两对共轭面的位置和放大率；或一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共轭点的位置，则系统成像特性被确定。 * Applied Optics * 三、折射和反射定律 光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面时的定律。 （一）折射定律 na 出射光线 入射光线 法线 I I’ O N Q nb I：入射角 I’：折射角 Applied Optics * （1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧。 （2）入射角的正弦和折射角的正弦之比与两角度的大小无关，仅决定于介质的性质，为一恒量nab 即 nab:介质 b 对介质 a 的相对折射率，如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折射率也称为绝对折射率，用nb 表示。 na 出射光线 入射光线 法线 I I’ O N Q nb Applied Optics * 也可表述为： c：在真空中光速，vb：在介质 b 中光速 两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示 对上式变换 两种介质的相对折射率等于两介质的绝对折射率之比 Applied Optics * 将上式代入 并设 有： 真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射率为1.00028， 通常认为空气的折射率也为1，把其他介质相对于空气的折射率作为该介质的绝对折射率。 提示：但是在设计高精度的太空中的光学仪器时，就必须考虑空气和真空折射率的不同。 Applied Optics * （2）入射角 I和反射角I’’的绝对值相同，可表示为 （二）反射定律 （1）反射光线在由入射光线和法线所决定的平面内 反射光线 入射光线 法线 I N I” O 符号相反说明入射光线和反射光线分居法线两侧。 Applied Optics * 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 Applied Optics * 1-3 光路可逆和全反射 全反射现象 一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发生反射和折射现象。 可知 即折射光线较入射光线偏离法线 由公式 当光由光密介质射向光疏介质时, Applied Optics * 不可能大于1，此时入射光线将不能射入另一介质。 按照反射定律在介面上全部被反射回原介质 对应于 的入射角 I 被称为临界角 记为 ,可知 Applied Optics * 全反射的两个条件： （1）光密到光疏介质； （2）入射角大于临界角； 全反射的应用： （1）制成各种全反射棱镜，用于折转光路，代替平面反射镜。 （2）制造光导纤维。 Applied Optics * 光导纤维号称现代信息系统的神经 由内层折射率较高的纤芯和外层折射率较低的包层组成 Applied Optics * 进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射，直至另一端出射。 S B A 当 大于临界角时，就发生全发射。 Applied Optics * 根据折射定律，又有： S B A 可以得到： 当入射