几何光学基本原理2-坐标系汇总.ppt

4、全反射（Total Internal Reflection：TIR） 光导纤维 临界角ic 按照波动理论，产生全反射时除反射波外，在光疏介质中并非完全不存在透射波，只不过它沿界面方向传播，且其振幅在垂直界面方向按指数衰减，透入深度只有波长量级，称为倏逝波，或隐失波。 但平均来说，光波的能量全部返回光密介质，在光疏介质中并不形成透射光。 临界角(Critical angle): 光导纤维 Light can travel with little loss in a curved optical fiber, because the light is totally reflected whenever it strikes the core-cladding interface and because the absorption of light by the core itself is small. Optical fiber * 第3章 几何光学的基本原理 （Geometrical Optics） 费马原理 成像的基本概念 单心光束 物 像 光在平面界面上的反射和折射 光导纤维 光束单心性的破坏，全反射 光在球面上的反射和折射 近轴光线条件下球面反射的物像公式 近轴光线条件下球面折射的物像公式 近轴物近轴光线成像的条件 薄透镜 共轴理想光具组的基点和基面 几何光学的基本原理 光线光学。 光线: 代表光能量传播方向的一根线 光线是指细光束，通过对其观察建立了几何光学的基本定律。波面: 垂直于光线的几何平面或曲面. 点光源 (发光点) 经过圆孔，衍射。 孔径? 或 ? ? ，则衍射效应 ? 。 ? /D? 0 的极限：几何光学。 A beam of light generated by a laser. The beam is visible because particles in the air have scattered the light. 3. 折射定律 ( Snell定律) 3.1 几何光学基本定律 “三定律”： 1. 直线传播 (均匀媒质中) 2. 反射定律 ? ( 4. 光路的可逆性 ) 折射率 n = c v 临界角，全内反射 ( 只讲方向，不讲强弱) 费马原理 (Fermat’s Principle) 1. 最小时间原理 Fermat(1675)：“ 光在两点之间所走的实际路径是以最短时间通过的那条路径。” 可由此导出“ 三定律” 和光路可逆性： (1) 均匀媒质，v= c /n 是常数，时间最短即路程最短，所以直线传播。 ? Q ? P (2) 反射定律 P ? Q ? M ? ? P ? = = i i ? 对应的折线 QMP 最短。 (3) 折射定律 ( 可逆性 ) 2. 光程 均匀媒质： ? P ? Q n L (长度 l ) L是任一设想的路径 光程 ( QP ) = n l 沿L 分段均匀： n1 n3 n2 ? l1 ? l2 ? l3 ? P M ? ? N ( QMNP ) = n1 ? l1 + n2 ? l2 + n3 ? l3 Optical path 利用光程概念，可以将光在介质中通过的几何路程折算到在真空中通过的路程。 ? Q 一般： ? Q ? P dl n (x,y,z) L n (x,y,z) 光程 ( QP ) 沿L (L) 光程＝同样传播时间内在真空中的路程 “ 最小时间原理”也就是“ 最小光程原理”。 The bending of rays through inhomogeneous media. 在非均匀介质中光线是弯曲的曲线 3. 费马原理的表述 从一点到另一点的一条实际光线取这样的路径：其光程与邻近路径光程相比是极大值、极小值或稳定值。 等效说法： 在实际光线的路径上，光程的变分为零。 这种思路对以后物理思想的发展有重要影响。 分析力学 ( Lagrange, Hamilton ) Schr?dinger 的量子力学 在均匀介质中的两点间（直线传播）、经平面反射的两点间，以及经平面折射的两点间的实际光路均是光程取极小值的情形。 成像系统的物点和像点之间为光程取稳定值的情形。 物点 像点 成像的基本概念 成像是几何光学研究的中心问题 1、单心光束与物像关系 单心光束（同心光束）：光线本身或其延长线可以交于一点的光束。（一束光线有一个共同的中心） 各种“ 成像”， 这里指经反射折射的光学成像。 光具组：由若干反射或折射面组成的光学系统。 理想光具组：能够使通过系统的单心光束仍保持单心性的光学系统。