光学教程第四版_姚启钧著_讲义第三章.3.ppt

Chap.3 几何光学的基本原理 主 要 内 容 3.1 几个基本概念和定律 费马原理 3.2 光在平面界面上的反射和折射 光学纤维 3.3 光在球面上的反射和折射 3.4 光连续在几个球面界面上的折射 3.5 薄透镜 3.6 近轴物点近轴光线成像的条件 3.7* 理想光具组的基点和基面 二、几何光学的基本实验定律 （1）光的直线传播定律 光在均匀介质中沿直线传播 （小孔成像、物体的影子） （2）光的反射定律和折射定律 （3）光的独立传播定律和光路可逆原理. 适用条件： 光波面线度R远大于光波长λ （否则，用衍射光学） 三、费马原理 光在指定的两点间传播，实际的光程（P15）总是一个极值。 极小值：图（ｂ）　光的直线传播、 光的反射定律、折射定律　 极大值：图（c） 恒定值：图（a） 四、单心光束 光学系统（光具组） 1.单心光束：凡是具有单个顶点的光束﹙同心光束﹚。 　　①发散光束：由一发光点发出的光束； 　　②汇聚光束：向中心会聚的光束。 （具有一定关系的一些光线的集合称为光束） 2.光学系统：由不同材料做成的不同形状的反射面、折射面以及光阑组成的系统，其作用是变换光束．反射镜、棱镜、透镜、光阑等是构成光学系统的基本元件。 五、 物和像的概念 物点： 入射到光学系统的单心光束的顶点（P） 像点： 经光学系统出射后又汇聚的单心光束的顶点（P?） 实物点：发散的入射单心光束的顶点（P） 虚物点：会聚的入射单心光束的顶点（P） 实像点： 会聚的出射单心光束的顶点（P?） 虚像点： 发散的出射单心光束的顶点（P?） 　 实物点、虚物点、实像点、虚像点的集合分别称为实物、虚物、实像、虚像。 注意： 　　① 　　 　　② 简言之“实”－“实在有”，“虚”－“虚假”“无”。 物空间和像空间 物空间（物方）：入射光线所在的空间。 像空间（像方）：出射光线所在的空间。 注意：物空间和像空间的点不仅一一对应， 而且共轭（共轭光线、共轭点） 物像共异性 共性：物像均不过是单心光束的顶点的集合而已（眼睛不能区分物像！）。 异性：入（出）射到（于）光学系统的单心光束的顶点的集合。 物像之间的等光程性 　 物点S和像点S?之间 各光线的光程都相等 （费马原理） 3.4 光在平面界面上的反射和折射 光学纤维 一. 光的平面反射成像 二. 光的平面折射成像 三. 全反射 光学纤维 四. 棱镜 一. 光的平面反射成像 一个平面镜是最简单的光学系统 　　 平面反射镜是一个最简单的理想光学系统，它不改变光束的单心性，能成完善的像。所成的像与原物大小相同，而物和像以平面镜为对称。 （平行光束折射时仍为平行光束 ） 可见：当y不变时，它们随 x 或 i1 而变。 　　 如果光束是单心的，则P ?就是折射光束的顶点； 　 如果光束不是单心的，则P ?不是折射光束的顶点，此时必须考虑光束中光线的空间分布。 （推导见P154附录3.1) 讨论： 　①将图绕 oy轴转一小角度? 　折射光束的单心性已被破坏： 　光束中的所有光线并不相交 　于单独的一点，而是交于两 　条相互垂直的线段上。 　子午焦线：一条由P?所描出的垂直图面的焦线； 　弧矢焦线：一条是位于图面内的焦线P1P2。 ∵ 单心光束的波面是球面， ∴ 在平面界面上折射后，波面的形状发生变化，不再是球面了。这样单心光束形成了互相垂直的两小段像（且不那么清晰）的现像称为像散。 ② 当i1＝0，即当P所发出的光束几乎垂直于界面时,有 x ?＝0 ， y ? = y1 = y2 = y? n2 ? n1 。 这表明 y ?近似地与入射角 i1 无关，则折射光束是近似单心的，y ? 称为像视深度，y 为物的实际深度。 如果：n1 n2，那么 y ? y ,即像点P ?位于物点 P 的上方，视深度减小。 （渔民叉鱼） 如果：n1 n2, 那么 y ? y ,即像点P ?位于物点 P 的下方，视深度增大。 三. 全反射 光学纤维 1