第一章︰几何光学基本原理.ppt

应用光学 光学的应用领域越来越广泛 光学的应用 光学的应用 光学的应用 光学的应用 光学的应用 光学的应用 光学的应用 光的本质 光的本质 应用光学研究内容 研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的原理和应用。 “应用”包含两层意思： 1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统 参考书目 1、安连生，《应用光学》，北京理工大学出版社 2、郁道银，《工程光学》，机械工业出版社 3、胡玉禧，《应用光学》，中国科技大学出版社 第一章几何光学基本原理 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 1-1 光波和光线 在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域，使用着种类繁多的的光学仪器，如望远镜，显微镜，投影仪等。 光学系统：千差万别 但是其基本功能是共同的：传输光能或对所研究的目标成像。 从本质上讲，光是电磁波，它是按照波动理论进行传播。 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统成像。 几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。 点：光源、焦点、物点、像点 线：光线、法线、光轴 面：物面、像面、反射面、折射面 一. 发光点 几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时，也可认为是一个点。 二、光线 发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传播方向。 三、波面和光束（无线多条光线的集合） 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波 像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 1-2 几何光学基本定律 1-2 几何光学基本定律 三、折射和反射定律 光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面时的定律。 （二）反射定律 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 1-3 光路可逆和全反射 一、全反射 当光线由折射率为n的介质射向空气时，则有 全反射的两个条件： 光导纤维号称现代信息系统的神经 定义 为光纤的数值孔径 二、光路可逆 一条光线沿着一定的路线，从A点传播到B点，如果在B点，按照与B点处出射光线相反的方向投射一条光线，则此光线必沿同一条路线通过A点，这种现象称为光路可逆。 无论通过何种介质，经过多少次反射和折射，光路可逆现象始终存在。 利用这一原理，可以由物求像，也可以由像求物。 1-4 马吕斯定律和费马原理 一、马吕斯定律 光程：几何路程与介质折射率的乘积 只要光线的传播时间相同，它们的光程就相同。 马吕斯定律：与某一曲面垂直的一束光线，经过任意次折射、反射后，必定与另一曲面垂直，而且位在这两个曲面之间的所有光线的光程相等地。 二、费马原理 实际光线沿着光程为极值（极小、极大、常量）的路线传播， 光的直线传播定律、独立传播定律、折射和反射定律是几何光学的基本定律，是研究光线传播和成像问题的基础。 几何光学的基本定律、马吕斯定律和费马原理，都能够说明光线传播的基本规律，都可以作为几何光学的基础，只要知道三者中任意一个，即可导出其余两个。 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 由两个球面构成的透镜中，通过两球面球心的直线为光轴(P14)。 若有一个面为平面，则光轴通过球面的球心与平面垂直。 常见光学零件 3、棱镜 二、成像的基本概念 光学系统的成像，本质上就是进行光束变换。 如A点发发出一束发散同心光束，经光学系统后得到一束会聚于A′点的会聚同心光束。 A称为物点， A′称为像点 A和A′之间的这种物像对应关系称为共轭 物像的虚实 有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法在屏上得到 与像类似，物也分两种 请判断物与像的虚实 注意：物、像的概念是相对于光组来说的 ※ 物所在的空间为物空间，像所在的空间为像空间，两者的范围都是（-∞,+∞） 第一章 几何光学基本原理 光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统 什么是理想光学系统？ 研究理想光学系统有什么实际意义？ 理想光学系统有什么特点？ 什么是理想光学系统？ 物、像空间符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”关系的像成为“理想像”。 成像满足“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”的光学系统成为“理想光学系统”。