几何光学基本定律与成像概念.ppt

例：置于空气（n=1.0）中折射率为n′=1.6的玻璃哑铃,长度d=20cm，两端的曲率半径均为2.0cm。若在离哑铃左端5.0cm处的轴上有一物点，试求像的位置和性质。⑴光线自左向右传播，遇到凸折射球面：l1=－5cm，r=＋2cml1′=+16cm＞0由阿贝不变式：（光路图中各量都用绝对值）l2″=-10cm＜0⑵光线遇到凹折射球面：l2=16cm－20cm=－4cm，r=－2cm；20cm→实像P′→虚像P″，在哑铃中间。第四节球面光学成像系统(ParaxialRegion)一、RefractionatSphericalSurfaces1、垂轴放大率△ABC∽△A′B′C：一对共轭面（垂直于光轴）上的物像是相似的。——垂轴物体成像特性分析：思考：一个沿轴向有一定厚度的物体，经单个折射球面成像后，所得像是否与物体相似？2、轴向放大率对阿贝不变式微分得：★讨论：1)，物、像沿轴同向移动；2)，空间物体成像会发生变形。——反映光轴上一对共轭点沿轴向的移动量之比。3、角放大率★拉格朗日——赫姆霍兹不变量——近轴区的三个不变量之一！——取决于共轭点位置。——反映折射球面将光束变宽或变细的能力。二、ReflectionatSphericalSurfaces（convex/concave）折射—反射变换：1、物像位置关系折射球面：反射球面：例：当物点位于球面镜球心：是否可以人为的通过实验获得一条实际光线？费马原理的实例之一标题01第一节几何光学的基本定律02第二节成像的基本概念与完善成像条件04第四节球面光学成像系统03第三节光路计算与近轴光学系统第一章几何光学基本定律与成像概念第一节几何光学的基本定律1、光波：波长范围1mm~10nm一、光波与光线基本概念：可见光（visiblelight）：380~760nm单色光、复色光光源2、光线（LightRays）★ARayisalinedrawninspacecorrespondingtothedirectionofflowradiantenergy.——Notaverynarrowbeam,butanidealmodel.各向同性、均匀介质：直线非均匀介质：曲线★波(阵)面（Wavefront）：某一时刻光波振动位相相同的点所构成的面。★波面法线（Normal）：各向同性介质中对应于光线。3、光束（Beam）：与波面对应的所有光线的集合beamsandwavefrontsaplanewavefrontasphericalwavefrontaparallelbeamaconvergentbeamadivergentbeamacurvingwavefrontanastigmaticbeam★同心光束：与球面波对应的光线束相交于球面波的球心。二、几何光学的基本实验定律★局限：没有考虑波动性1、直线传播定律（RectilinearPropagationLaw)如：衍射物注：均匀介质：折射率处处相等，与位置无关。各向同性介质：各个方向的折射率相等，与方向无关。★条件：各向同性的均匀介质3、光路可逆性原理2、光的独立传播定律（不同光源发出的光）★局限1：没有考虑波动性，如干涉。★局限2：没有考虑光束能量很强的情况，如非线性效应。——光沿反方向传播，必定沿原光路返回。4、反射定律和折射定律①与n无关；无色散；theLawofReflection（对称光路）——光入射到两种均匀介质的分界面上的规律。Snell’sLaw①色散现象：②全反射planeofincidenceTotalInternalReflection★CriticalAngle：★反射能量的增强与一般反射相比：全反射几乎无能量的损失。应用1：棱镜改变光路方向问题：与平面镜相比？光纤通常用d=5～60?m的透明丝作芯料，为光密介质;外有涂层，为光疏介质。满足光线在其中全反射，就可以实现无损传输。应用2：光纤通信原理三、费马原理（Fermat’sPrinciple）2、Fermat’sPr