第一章 课程中心.ppt

工程光学（一） 课程性质： 学位课 必修课 主讲教师 ： 郑 继 红 联系方式： jihongzheng@ 几点希望 按时上课 认真听课 遵守纪律 积极思考 做好简要笔记 踊跃发言 积极交流 不懂就问 认真做作业 考评方式 平时 30％ 考试70％ 作业 ＋ 出勤 ＝平时 有事情要请假 概述 光学是研究光的本性、光的传播、光与物质的相互作用以及光的实际应用的科学。 光主要以波动的形式存在。光的本质是电磁波。 光学系统的主要作用是传输光能和对研究的目标成像。 几何光学撇开了光的波动本性，采用一种简便和实用的几何学的方法来研究光的传播和光经光学系统的成像规律。 第一章 几何光学的基本定律和物像概念 目录 第一节 几何光学的基本定律 第二节 光学系统的物像概念 第三节 光路计算与近轴光学系统 结束 第一节 几何光学的基本定律 一、几何光学的点、线、面 二、几何光学的基本定律 三、全反射现象 四、全反射的应用 结束 返回 一、几何光学的点、线、面 点：光源、物体、像都看成是点的集合。 线：光波的传播抽象成几何线一样的光线，相当于波面的法线，代表了光的传播方向。 光波由一束光线表示，平面波对应于平行光束，球面波对应于同心光束 如图 平行光束与同心光束 二、几何光学的基本定律 几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。（为什么学？） 几何光学的基本定律有三大定律 1．? 光的直线传播定律 各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律 光的直线传播图例 2．? 光的独立传播定律 当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。 例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。 3．光的折射定律和反射定律 当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。 光线经界面后的传播 （1）反射定律 入射光线、入射点界面的法线、反射光线三者共面，入射光线与反射光线分居于法线的两侧，且入射角与反射角绝对值相等。 （1-1） （2）折射定律 入射光线、入射点界面的法线、折射光线三者共面，入射角I与折射角I′之间满足下列关系式 （1-2） 反射定律看作是折射定律中的一个特例 推论 ? 光路的可逆性 用射出去的光路在一定条件下可以决定射回的光路。 三、全反射现象 全反射：折射光线因大于等於折射光线因大于等于90而消失，所有的光线反射到原介质中的现象。 在一定的条件下,光线发生全反射 ① 光线由光密介质射向光疏介质； ② 入射角大于临界角。二者缺一不可。 (1-3) 全反射现象 全反射的应用举例 （1）全反射棱镜 全反射的应用举例 （2）光纤的全反射传光 费马原理 光程： 光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。 费马原理 费马原理： 光从一点传播到另一点走的是极值传播路径。（大多是极小值） 费马原理证明光的折射定律 费马 費馬﹝Fermat, Pierre de, 1601-1665﹞ ??????? 法國數學家費馬於1601年8月17日在法國南部圖盧茲附近波蒙──德洛馬涅出生。早年於家鄉受教育，後入圖盧茲大學供讀法律，畢業後任職律師。自1631年起任圖盧茲議會議員。任職期間，他利用工餘時間鑽研數學，並經常以書信與笛卡兒、梅森、惠更斯等著名學者交往，討論數學問題。他飽覽群書，精通數國文字，掌握多門自然科學的知識。雖年近三十才認真注意數學，但成就累累。最後於1665年1月12日在卡斯特爾逝世。 ? ??????? 他生前由於性情淡泊，為人謙遜，因此較少發表論著，大多成果只留在手稿、通信或書頁之空白處。他的兒子於1679年把這些遺作整理匯集成書﹝共兩卷﹞，在圖盧茲出版。 ? ??????? 費馬對數論尤其鍾愛，他証明或提出眾多命題，如形如4