《几何光学》课件

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1、几何光学的四大基本定律光的直线传播定律（局限性：衍射）光的独立传播定律（局限性：干涉）光的反射定律光的折射定律第一章几何光学光的一些基本知识光的本质是一种电磁波可见光的波长范围：380-780nm光波的传播速度：3×108m/s在可见光范围内，太阳光可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色度学中的三基色：R、G、BR、Y、B几何光学的理解用几何点、线、面的方法来研究光的传播及光学系统的成象特性的一门课程。几何光学的主要内容是研究光学系统的成像问题，系统地讨论物、像和光学系统的基本参数之间的内在关系。为什么要学几何光学？光的本质是一种电磁

2、波几何光学是一门经典的课程目前我所从事的光学工程（光学系统所组成的光学仪器）绝大部分是用几何光学的知识来完成的光学仪器的设计还是采用几何光学方法进行的本章的主要内容§1光线—用几何线的方法来研究光学成象§2几何光学的四大定律§3成像的基本分析方法和计算公式理想光学系统—近轴系统符号规则物像关系的作图法牛顿公式和高斯公式光学系统的放大率光的直线传播定律几何光学的基础，多数精密的光学仪器都是承认它的正确才成立的；人的影子日蚀、月蚀当光束“挤过”很小的孔时，光就开始“拐弯”了—产生了衍射。光的独立传播定律两束光线在空中相遇保持独立传播；相

3、遇处的光强是两束光光强的和；这两束光是独立的，没有“亲缘”关系；如果这两束光有“亲缘”关系，则在相遇处会产生干涉。光的反射定律反射光和入射光在同一个平面内反射角与入射角相等，方向相反镜面反射使得物与像的坐标‘颠倒’：奇数次反射成镜像；偶数次反射成物像。反射棱镜棱镜是一种典型的反射零件在光学工程中用得很多，其作用主要是折转光路、转像、倒像、分光和扫描等。反射棱镜的种类：简单棱镜、屋脊棱镜、立方角棱镜和复合棱镜等。平面反射镜与棱镜棱镜的各个固定角度稳定，而反射镜与反射镜之间的角度容易变化；棱镜反射面形成全反射，没有光能损失，而反射镜面损

4、失较大；反射镜镀层容易损坏，而棱镜的镀层容易保护；棱镜容易安装与固定。一次反射棱镜直角棱镜等腰棱镜道威棱镜像的旋转:当绕光轴旋转ω时，反射像同方向旋转2ω消旋仪双反射镜跟踪经纬仪的消旋补偿112电影经　　　　　　　　　　　　　　　　　　　纬　　仪（小毒蛇）应用实例周视瞄准仪周视瞄准仪机械结构的设想周视瞄准镜结构图采用差动齿轮系实现直角棱镜与道威棱镜同轴旋转，两者速比为1：2，转动过程中速比不变需要解决2个问题成像的坐标与原物一致像旋转的补偿—道威棱镜的作用（道威棱镜只能在平行光路中应用）周视瞄准镜的用途大方位观察搜索目

5、标，采用光学方法使望远镜视准轴在水平面内扫描，以实现全方位观察—周视。该系统可以用到潜望镜、坦克瞄准镜、炮台镜、双反射镜式光电经纬仪中。二次反射棱镜a，半五角棱镜b，30°直角棱镜c，五角棱镜d，直角棱镜e，斜方棱镜二次反射棱镜的特性出射光线与入射光线的夹角取决于两反射面的夹角，是两反射面夹角的2倍；不存在镜像（偶次反射）装调方便；转向角与入射角的倾斜不敏感。三次反射棱镜斯密特棱镜：1,奇次反射成镜像2,折叠光路，使得仪器紧凑屋脊棱镜：1）增加一个反射面2）屋脊角加工精度要求很高立方角锥棱镜：１，正立方体斜切一角所成　　２，切面为

6、底面，呈等腰三角形３，底面为入射面和出射面立方角锥棱镜的外型：立方角棱镜的特点与用途特点是出射光与入射光平行用于激光测距仪中当合作目标在靶场中用于飞行目标表面的合作目标自准直经纬仪中用于校准棱镜月球表面的反射镜阵列校准棱镜用于自准直经纬仪的调试中二次反射直角棱镜在导弹瞄准系统中的应用θHMHfHNLNⅠⅣⅢLM二次反射直角棱镜的工作原理JθAZαZ0βYY0X0X从井下发射“民兵”导弹时的瞄准布设1——控制反射镜；2——环形轨道；3——瞄准经纬仪俄罗斯“白杨”导弹阿波罗月球反射器（宇航员正在安放）阿波罗月球反射器（宇航员正在

7、安放）阿波罗月球反射器（安放在月球表面上）阿波罗月球反射器（安放在月球表面上）“月球”号登月车（俄罗斯）月球表面反射器分光棱镜分色棱镜:a面反蓝透红绿膜b面反红透绿膜转向棱镜1,出入光轴2,平行完全倒像3,折叠光路a)普罗Ⅰ棱镜b)普罗Ⅱ棱镜c)别汉棱镜反射棱镜展开以后相当于平行平板棱镜的公差角度偏差：影响成像质量（展开不是平行平板）、读数精度等，一般可以在装配时摆动棱镜自行补偿。面形误差：透射面误差（相当于设计时未考虑到的一个透镜面）反射面误差（双倍影响）屋脊角误差产生色差和双像；屋脊面形误差对成像质量具有4倍影响。棱镜的塔差：棱

8、镜的棱边与反射面的不平行度，展开后不是平行平板。光的折射定律折射率：描述光在介质中传播速度快慢的一个物理量全反射：1，从光密到光疏2，入射角大于临界角全反射现象的应用全反射棱镜光纤光纤的基本工作原理根据全反射原理，使光线限制在纤芯中传