几何光学的基本原理.ppt

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1、第一章几何光学的基本原理1.1光线的概念1.2费马原理1.3单心光束实象和虚象1.4光在平面界面上的反射和折射光学纤维1.5光在球面上的反射和折射1.6光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念1.7薄透镜1.8近轴物点近轴光线成象的条件1.9理想光具组的基点和基面1.10理想光具组的放大率*基点和基面的性质1.11一般理想光具组的作图求像法和物像公式1.1光线的概念一、光线与波面1、光源：发光物体统称光源以外形抽象分类点光源扩展光源面光源线光源2、光线：表示光波能流传播方向3、波面：是电磁波位相相同点的集合在各向同性媒质中，能量传播方向垂直于波面，即光线是波面的法线方向。平面波平行光球面

2、波发散光球面波会聚光二、几何光学的基本定律1.直线传播定律均匀介质中光沿直线传播。非均匀介质中，光以曲线传播，向折射率增大方向弯曲2.反射和折射定律反射光和折射光在入射面内；3.光的独立传播定律和光路可逆原理光按照一定的规律传播，若传播方向逆转，光路不变▲▲夏日柏油路上的倒影mirage1.2费马原理光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。也就是说，光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播。这就称为费马原理。由费马原理可以直接推出直线传播定律以及反射和折射定律。dsAB均匀介质L=nr非均匀介质dl=nds表达式：=极值（最大、最小或稳定值）AB最小值恒定值1.3光在平面界面上

3、的反射和折射光学纤维一、光在平面界面上的反射和折射1.反射由同心光束··PP’n1n2P··P’2.折射由同心光束象散光束同心光束近垂直入射窄光束近似同心光束yy'yP.13例1二、全反射光学纤维1.光密介质——光疏介质n1>n2n1n2i1i2ici1ic得，∴入射光线从光密进入光疏介质，入射角增加到某一值，折射光线消失，光被全部反射，这种现象称为全反射。定义：—临界角2.光学纤维n1n2均匀材料：芯（光密介质），皮（光疏介质）n1>n2不均匀材料：光在此中传播向折射率高的方向弯曲。三、棱镜中间折射率高，两边的低A棱镜的作用：使光路发生转向。全反射向后反射不损失能量出射光线和入射光线

4、之间的夹角θ称为偏向角。定义：θAi1i2当i1=i2时，偏向角最小，即为最小偏向角θ0。（对称光路）测出棱镜的最小偏向角，就可求出棱镜的折射率：棱镜的作用：2、色散n=n()，形成光谱。折射棱主截面棱镜角光谱：红光偏折小蓝光偏折大只有单一级光谱1.4单心光束实象和虚象（与1.6合并）一、几个名称光学系统光通过若干被规则几何形状界面分开的均匀介质，在界面上发生折射、反射，构成一光学系统。2.共轴光具组界面是球面(包括平面），所有球面的球心在一条直线上，这种系统称为共轴光具组。光学系统共轴光具组非共轴光具组主轴：球心间的连线3.单心光束——光束中的光线(包括延长线)交于一点。象散光束—

5、—光束中的光线不交于一点。(包括延长线)多是经过光学系统后引起二、物和像的概念物——入射单心光束的心。像——出射单心光束的心。虚像——出射发散光束的心。像｛实像——出射会聚光束的心。物｛实物——入射发散光束的心。虚物——入射会聚光束的心。所谓的“入射”“出射”是对某一光学系统而言L1L2L3n1n2n3n4L1:L2:L3:L1L2:L1L2L3:实物虚像实物实像虚物实像实物实像实物实像*共轭关系由光路可逆原理，光线方向逆转，物像互换。物像共轭物像一一对应物像互换（光线逆转）光线共轭入射光线、出射光线一一对应入射光线、出射光线互换（光线逆转）*物像间所有光线光程相等1.5光在球面上的反

6、射和折射••一、符号法则1.几个基本物理量主轴——通过球面球心的直线。顶点——主轴与球面的交点。主截面——通过主轴的平面。2.符号法则（1）沿主轴的线段，以顶点为起点，向右为正，向左为负。-pp'P’POn1n2y-y'╮-u╭u'（2）垂直于主轴的线段，主轴之上为正，主轴之下为负。（3）角度（以锐角量度）以主轴转向考虑的光线顺时针为正逆时针为负｛这种符号法则称之为新笛卡儿符号法则。rl'-pp'P’PCnn'y-y'╮-u╭u'l╭φA二、近轴条件下的物象公式如果u,u’张开角度很小，即为近轴条件。称近轴光线成像——近轴条件下的物象公式成像公式近似为：其特性：1.结构参量——光焦度2

7、.物象共轭3.平面则（1）4.反射(n'=-n),物象公式为：5.象方焦点：轴上无穷远物对应的象点F'。物方焦点：轴上无穷远的象点对应的物点F。焦距：顶点到焦点的距离(象方焦距f',物方焦距f)，它们遵守符号法则。注：光路逆转，F,F'变，符号法则不变。而，反射：（2）且，根据焦距的定义，有（3）四、高斯公式和牛顿公式由得即1.高斯公式——高斯公式2.牛顿公式焦物距x：物方焦点到物点的距离。焦象距x'：象方焦点到象点的距离。（4）根据上面的定义