光学教程___第3章_几何光学的基本原理.ppt

第三章几何光学的基本原理;干涉和衍射现象揭示了光的波动性，所有光学现象都能够用波动概念解释。但是在波面线度远大于波长时，研究光的反射，折射成象等问题，如果不用波长、位相等波动概念而代之以光线和波面等概念，即用几何的方法来研究，将更为方便。

几何光学是以光的直线传播为依据来研究光线在介质中的传播规律，如成象，反射，折射……。;§3.1光线的概念;2.波面：光传播中，位相相同的空间点所构成的平面或曲面。;3.光线与波面的关系;2.光通过两种介质分解面时的反射定律和折射定律;一.费马原理;二.由费马原理导出两条基本实验定律：;证:通过空间两点A、B可以作无数个平面，其中必有一个平面垂直于两种介质n1和n2之间的界面，OO’是它们的交线。通过A点的入射线交界面于C点，求C点的位置：;ii．确定C(x,0)点在OO’上的位置：;反射定律的证明;§3.3单心光束实像和虚像;3.虚像：如果反射或折射后的光束是发散的，但是把这些光线反向延长后仍能找到光束的顶点，即光束的单心性没有被破坏，那么这个发散光束的会聚点叫虚像。;2.实物：向各个方向都有光传播的实际存在物点。人眼在任何一个方向都可以看到它。;§3.4光在平面界面上的反射和折射

光学纤维;二.平面镜折射成像;讨论;讨论;三.全反射光学纤维;2.光学纤维;四.棱镜;一.符号法则（新笛卡儿符号法则）;2．光路方向：光线从左→右为正向光路;二、球面反射对单心性的破坏;对给定的物点，不同的入射点，对应着不同的入射线和反射线，对应着不同的。;对一定的球面和发光点P（S一定），不同的入射点对应有不同的S‘。

即：同一个物点所发出的不同光线经球面反射后不再交于一点。;三、近轴光线条件下球面反射的物像公式;讨论;[例3.3]一个点状物放在凹面镜前0.05m处，凹面镜的曲率半径为0.20m，试确定像的位置和性质。;四、球面折射对光束单心性的破坏;同一个物点所发出的不同光线经球面折射后不再交于一点。由P点所发出的单心光束经球面折射后，单心性被破坏。;五、近轴光线下球面折射的物像公式;2.焦点和焦距;4.牛顿公式;1.共轭关系：物点和对应像点的关系即为共轭关系。相应的点为共轭点，相应的光线为共轭光线。;;2、P1‘为物对球面O2折射成像;§3.6光连续在几个球面界面上的折射;三、虚物的概念;§3.7薄透镜;常见透镜种类;二、近轴条件下薄透镜的物像公式;而且考虑在近轴条件下，h将远小于曲率半径，略去h2项，并有;—薄透镜的高斯公式;（2）会聚透镜;三、薄透镜的作图成像法;2、主轴上的物点;P’;O;§3.8近轴物点近轴光线成像的条件;由图可求得从Q点经A到Q′点的光程为：;当反射点A的位置不同时，h值将不同，因而会得到不同的光程值。若要使Q点理想成像于Q′点，由费马原理的推论，光程必须为唯一定值，即其光程与h无关。为此令上式中所有含h的项的系数为0，有：;(2)上述②式仅表示像与物的长度的比值取决于像距与物距的比值！;二、近轴物在近轴光线条件下球面折射的成像公式;(I)(3)式与主轴上物点经球面折射的成像公式相似。说明如果Q和P有相同的s值，则它们的像点有相同的像距！即如果物是垂直于主轴的直线段，则像也是垂直于主轴的直线段！;三、横向放大率;四、角度放大率;※五、亥姆霍兹—拉格朗日定理;§3.9理想光具组成像;二、空气中厚透镜物像公式的高斯形式;;将物距从某一点H算起，像距从某一点H’算起，并使得;第三章几何光学的基本原理（小结）

实验定理：直线传播，反射折射定理，独立传播光路定理

2．费马原理

3．成象理论：单心光束、近轴光线、近轴物点、物像共轭、最小偏向角等等

牛顿公式

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**（4）厚透镜

（理想光具组）

;结束;作业：

3.3；3.7；3.18；3.19