第十四章 光学-几何光学

《第十四章 光学-几何光学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二部分光的干涉第十四章光学第三部分光的衍射第四部分光的偏振第一部分几何光学本章在简单介绍几何光学的基本原理后，主要讨论光的波动性，光的粒子性在近代物理中介绍第一部分几何光学§14-5薄透镜§14-4光在球面上的反射和折射§14-3光在平面上的反射和折射§14-2几何光学基本定律§14-1关于光的本性的认识发展简史傅科测出光在水中的速度小于空气中速度—决定性判据17—19世纪牛顿的微粒说惠更斯的波动说光是从光源发出的微粒流光是介质（以太）中的机械波开始占统治地位19世纪初波动说杨氏双缝实验显示干涉现

2、象惠更斯-菲涅耳原理能1850年波动说获得更多的支持傅科旋转镜法测光速SS1S2M1M2L§14-1关于光的本性的认识发展简史解释光直线传播和衍射现象解释与实物作用过程（光的吸收与发射）中发生的现象解释传播过程（反射、折射、干涉、衍射和偏振）中发生的现象赫兹实验证实了19世纪60年代麦克斯韦电磁波理论光电效应、康普顿效应20世纪初波动理论遭遇困难光具有波粒二象性表现为粒子表现为波动光是电磁波的预言等不能用波动说解释在远近有端(小孔)于光，故景库(倒像)内也一、光的直线传播定律墨经(两千年前)对针孔成

3、像的记载这种几何线称为光线在均匀介质中光沿直线传播，光线为直线§14–2几何光学基本定律壁高下首高下足下光上光屏午端景库光之入照若射针孔成像是光沿直线传播的典型实例用带有方向的几何线表示光的传播方向光线因折射向上弯曲非均匀介质中光线炎热夏日的阳光下，远处路面似乎是潮湿的冷空气热空气产生错觉的影像将因折射而沿曲线传播二、光的反射和折射定律反射定律：反射光线在入射面内，且i'=i法线入射面ii'rn1n2折射定律：折射光线在入射面内，且第一介质和第二介质的绝对折射率定义为两种介质的相对折射率定义为v1、

4、v2分别为光在两介质中的速度三、全反射i1r1n1n2ic称为全反射的临界角采用尼康6mm鱼眼镜头拍摄的照片i2r2ic全反射水折射率n1=1.33空气折射率n2=1.02×49°=98°的空间范围全反射刚好出现时的入射角鱼从水中往天上看时，得到全反射的应用全反射棱镜45°45°45°改变光的行进方向角锥棱镜光导纤维传递光能或光信息作为反射器45°45°自行车反光片v1为光在折射率为n1的介质中的传播速度折射率的定义为设、1分别为光在真空中、介质中的波长四、光程设为单色光的频率，c为光在真空中

5、的传播速度则SPn'n''r'r''折射率与几何路程的乘积nr称为光程n'r'+n''r''光在介质中所走过的路程折算成光在介质中走过路程为r，所需要的时间为r/vS到P的光程为光程光波经过两种介质在相同的时间内，光在真空中走过的路程为在折射率为n的介质中光传播的速度为v相同时间内光在真空中的路程一个发射光线的光源与几何点一样单心光束发散光束点光源物点像点实像§14-3光在平面上的反射和折射像点虚像这样的光源称为点光源或物点只有几何位置而没有大小平面是最简单的光学系统n1S一、平面反射成像n2S'点

6、光源物点像点实像像点虚像n1Sn2S'虚物点对称平面当人眼的观察位置移动二、平面折射成像发散光束人眼看到的物点的近似像点焦散曲线近似像点所观察到的虚像点位置也随之移动平面折射的情况下不能理想成像近轴条件球面主光轴球面中心§14-4光在球面上的反射和折射顶点一、近轴条件下单球面的反射物距像距根据反射定律得-i′=iAC为角平分线反射点或折射点与顶点之间圆弧的圆心角很小物点到主光轴的距离远小于球面的曲率半径近轴条件下，角-u与-u′都很小，得代入上式得即得球面反射镜在近轴条件下的反射公式物点在无穷远处焦

7、距焦点焦点的共轭点是无穷远点物点S放置在主光轴上的无穷远处时有焦距焦点对于凸面镜f>0，s<0，则s′恒为正值无论物体放在镜面前何处，得到的都是虚像虚像点发散光束在近轴条件下折射定律可写为二、近轴条件下单球面的折射实像点n(-i)=n(-i′)将三角关系代入上式得近轴条件下，角-u与-u′都很小，得物距像距即得单球面在近轴条件下的折射公式像方焦点F′，像方焦距当像点位于像方无穷远处时，物方焦点F，物方焦距可得高斯公式当入射光为与主光轴平行的平行光时，由两个共轴折射曲面构成的光学系统称为透镜§14-5

8、薄透镜若透镜的厚度比焦距小很多，则称为薄透镜六种基本透镜类型的主截面采用逐次成像法进行推导一、薄透镜成像的基本公式物距对O2是虚物点第一球面O1折射后成像于S"像距对于球面O2对O2是物距两式相加得空气中n1=n2≈1二、焦点焦距焦平面副光轴F'平行光会聚于焦点焦点发出的光成平行光像方焦距主光轴像方焦点焦平面主光轴同相面AB物方焦点由得f'Ff物方焦距由得像方焦距f′表征薄透镜的会聚与发散光束的能力薄透镜成像的高斯公式像高与物高之比b称为成像的横向放大率空气中的薄透镜