几何光学的基本定律.pptVIP

第一章几何光学的基本定律与成像概念基本概念光波—电磁波（横波）可见光波长：400nm—760nm4000?－7600?4μm—0.76μm在可见光范围内，不同波长引起不同颜色感觉。单色光—具有单一波长的光。几种单色光混合而成为“复色光”。真空中光速c=3×108m/s介质中光速v=c/nn：一定波长的单色光在真空中的传播速度(c)与它在给定介质中传播速度(v)之比，定义为该介质对指定波长的光的绝对折射率（n）。01光源—辐射光能的物体02点光源：用特定的几何点表示的发光体。?03线光源：04面光源：05点光源—当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以06忽略时，此光源可认为是点光源。07点光源被认为没有体积和线度，所以能量密度应为无08限大。3.光线—无体积、无直径，有能量、有方向，能够传输能量的几何线。光线方向代表光能传播的方向。4.波面—某一时刻，振动位相相同的各点构成的面。波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。波面法线方向即为光传播方向。光线波面光源同心光束—波面为球面，聚于一点。平行光束—波面为平面。象散光束—波面为曲面，不聚于一点。发散光束—光线在前进方向上无相交趋势。会聚光束—光线在前进方向上有相交趋势。光束—与波面对应的法线集合。基本定律二、基本定律1.光的直线传播定律在同一种各向同性、均匀介质中，光沿直线传播。2.光的独立传播定律从不同光源发出的光束以不同方向通过空间某点，互不影响，各自独立传播。3.光的反射定律反射定律可归结为：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等，符号相反。即入射光线和反射光线位于法线的两侧。反射定律可表示为4.光的折射定律或：折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在介质折射率之比。折射定律可表示为：若令，得，即为反射定律。这表明反射定律可以看作为折射定律的一种特例。这在几何光学中是有重要意义的一项推论。两种重要的光的传播现象：光路的可逆性及全反射光路的可逆性：假定某一条光线，沿着一定的路线。由A传播到B，如果我们在B点沿着出射光线，按照相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿着此同一条路线，由B传播到A。光线传播的这种性质，叫做“光路可逆性”。例：由反射定律和折射定律可知，当光线自B点或C点投射到分界面上O点时，反射光线或折射光线必沿OA方向射出。全反射：当入射光的入射角I大于某值时，两种介质的分界面把入射光全部反射回原介质中去，这种现象称为“全反射”或“完全内反射”。条件：光密光疏（nn′），iiQ（零界角）n?sini=n′?sini′（i′＝90°）iQ＝arcsin(n′/n)0102全反射应用：使光线传播方向改变90°使光线传播方向改变180°,使象的方位A、B倒转过来，但左右方位C、D不变使象的上下方位A、B和左右方位C、D都倒转过来(b)n2n2n1iicγn0＝15.费马原理（光程极值原理）光程—光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。s=n?l均匀介质m层均匀介质连续变化的非均匀介质s=n?l=c?t费马原理：光线从A到B，经过任意多次折射或反射，其光程为极值。（对s的一次微分为零）可以解释光的直线传播、反射、折射定律。”马吕斯定律（波面与光束、波面与光程的关系）垂直于波面的光线经过任意次折射、反射，出射波面仍与出射光束垂直，且入射波面与出射波面对应点之间光程相同。费马原理马吕斯定律光的直线传播定律光的反、折射定律等价等价