第16章几何光学课件

1,引言：光学的起源和光的本质,我国早在春秋时代墨经中记载了许多光学现象，如：光的直线传播，反射、折射等，中国古代在几何光学方面长期在世界居于领先地位。,近代光学的发展一直伴随对光的本质的研究，他经历了几个时代：,古希腊（欧几里德），把光看作触须投射（错误认识）,十七世纪开始，对光的本性的认识，有两种学说并立,以牛顿为代表的微粒说，认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒，解释光的直线传播，反射、折射。无法解释干涉、衍射、偏振,光学,2,惠更斯提出光的波动理论，认为光是在一种特殊介质中传播的机械波。解释了光的反射、折射、衍射。,托马斯.杨和菲涅尔（在十九世纪初）透过实验和进一步的理论工作，验证了光的波动理论，成功地解释了光的干涉、衍射。,波动光学存在不足，把光看作是机械波，光在真空中传播需要媒质，于是臆想出“以太”，认为真空中充满了“以太”，但找不到。,十九世纪六十年代，麦克斯韦建立了电磁场理论，预言电磁波存在，1887年赫兹通过实验，发现了电磁波，电磁波的速度等于光速，认为光是电磁波。,科学家们认为光的本质研究已完成-光是一种电磁波,3,随着技术的发展和实验条件的完善，发现了光电效应，康普顿效应，利用波动光学无法解释，1900年普朗克提出量子假说，1905年爱因斯坦提出光子学说。解释了光电效应。,目前关于光的本质（光是什么）只能讲：光具有波粒二象性，既是粒子，也是波。,4,少女？,老妇？,但两种图象不会同时出现在你的视觉中。,光在某些条件下表现出粒子性，在另一些条件下表现出波动性，而两种性质虽寓于同一体中，却不能同时表现出来。,例如：,两种图象寓于同一幅画中；,5,第16章几何光学,光学的理论体系,以光的直线传播为基础，采用几何方法研究光在透明介质中的传播问题。,物理光学,波动光学：,以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律。,量子光学：,以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，研究光的一系列规律。,现代光学,非线性光学,激光光谱学,信息光学,集成光学,统计光学.,几何光学：,其基础是光波长趋于零（0；物点在镜后，物距p0；像点在镜后，像距q0。反之，p0。反之，q0。反之，r0。,物像及轴外点高度：以主光轴为基准，向上为正，向下为负。,(2)符号规则,实正虚负,凸正凹负,上正下负,27,(3)推导单球面折射成像,根据费马原理：,整理得：,28,傍轴近似条件：,单球面镜傍轴折射成像,29,一、透镜,透镜将玻璃、水晶等磨成两面为球面（或一面为平面）的透明物体。,凸透镜：,中间厚边缘薄的透镜。,中间薄边缘厚的透镜。,凹透镜：,双凸透镜，平凸透镜，凹凸透镜，双凹透镜，平凹透镜，凸凹透镜。,薄透镜成像,30,主光轴透镜两球面的中心C1和C2的连线。,副光轴所有通过光心的直线。,焦点平行主光轴的光线经透镜后所汇聚的点F。,焦平面过焦点，且垂直于主光轴的平面。,总结：,31,两次单球面成像的物像距公式分别为：,薄透镜：若透镜的中心厚度与物像距等成像参量相比很小，即，,薄透镜傍轴成像物像距公式：,因为：,32,得到薄透镜物像方的焦距公式：,若：,薄透镜傍轴成像的高斯公式,令：,33,若：,则得到高斯公式的简化形式：,34,作图法：,可以直观了解系统成像的位置、大小和虚实情况。作图时可以选择下列三条特殊光线。,（1）平行于主光轴的光线：其反射线必通过焦点（凹球面）或者其反射线的延长线通过焦点（凸球面）；,（2）通过曲率中心的光线：其反射线和入射线是同一条直线而方向相反；,（3）通过焦点的光线或入射光的延长线通过焦