第三章几何光学的基本原理课件

1.第三章几何光学的基本原理，贾森，安庆师范学院物理系，2，3-3单芯光束的实像和虚像的概念，3-1光线，3-2费马原理，平面界面上的3-4光反射和折射光纤，球面上的3-5光反射和折射，几个球面上的3-6光连续折射，3-7薄透镜，3-8傍轴光成像条件，3-9理想光学集的基点和基点， 3-10理想光学集的放大基点和基点性质，3-11寻找一般理想光学集图像的图解法，第3章几何光学的基本原理，3，3-3单芯光束的实像和虚像，3-1光的概念，3-2费马原理，3-4平面界面上的反射和折射光纤，3-5球面上光的反射和折射，3-6几个球面界面上连续光的折射虚拟物体的概念，3-7薄透镜， 3-8在近轴物点成像近轴光的条件，3-9理想光学集的基点和基底，3-10理想光学集的放大基点和基底的性质，3-11一般理想光学集的映射方法，第3章几何光学基本原理，第4章几何光学基本原理，波长，相位波动概念光，波前几何概念，5，1，光和波前，3-1光概念，“光”只能指示光传播的方向， 并且不能被认为是狭窄的部分“光束由无数光组成”,该光束通过有孔的光阑与实际光束分离。 光学中基于几何定律和一些基本实验定律并反映光(或射线光学)波动的部分实际上是波动光学的极限情况。7，2。几何光学的基本实验定律，(1)光在均匀介质中的线性传播定律；(2)光通过两种介质界面时的反射定律和折射定律；(3)光的独立传播规律和光路的可逆原理。8，3-2费马原理，nds(=cdt)称为光路。当两列波在同一点相遇并重叠时，它们的光强取决于相位差，而相位差又取决于光程差。根据费马原理，通过光路的概念推导出光的线性传播、反射和折射的规律。9.光在指定的两点之间传播，实际的光路总是一个极值。也就是说；光沿着具有最小、最大或恒定光程值的路径传播。费马原理的数学表达式、极值(最小值、最大值或常数值)以及光通过两种不同介质界面所遵循的反射和折射定律也是费马原理的必然结果。10，用费马原理证明折射定律：确定界面上实际光线的折射点c。证明了入射面和折射面在同一平面上。为了确定点C的位置，还可以导出反射定律、33，354折射定律、11以及几种特殊情况：(1)最短光路(2)光路是常数，12，3-3单中心光束的实像和虚像成像是几何光学研究的中心问题之一。任何具有单个顶点的光束都称为单中心光束。光束中的所有光线实际上都被会聚了，并且在会聚点33、354实像光束被反向扩展之后，仍然可以找到光束的顶点。该发散光束的会聚点虚像，即单芯光束的实像和虚像，以及13、2实像、实像和虚像之间的关系和区别，只有当光束进入人眼时才能产生视觉效果。人眼能看到的，也就是说，能在视网膜上成像的只是光束的顶点，而不是来自真正发光点的光束本身。如果光束不改变方向直接进入人眼，那么作为光束顶点的发光点可以被直接看到。光束进入瞳孔后，产生的视觉没有什么不同。14.对于眼睛来说，“物点”和“像点”只是进入瞳孔的发散光束的顶点实像点P，并且确实存在光会聚。然而，光永远不会在会聚点停止。在它们相交之后，它们将继续沿着原始直线传播。人眼c光在平面界面上的反射和折射光纤，以及光束的单中心性的破坏，并不意味着与衍射有任何联系。首先，平面上光的反射平面镜是最简单的光学系统，它可以在不改变光束单中心的情况下形成完美的图像。单中心光束在折射率不同的两种透明物质的平面界面上反射时，仍然是单中心光束，但当它被折射时，除平行光束外，单中心光束将被破坏。19，现在来讨论折射光束的问题，P1点的纵坐标是，P2点的纵坐标y2有类似的形式。点20，P的坐标是：折射光束的单一中心已被破坏，21。一个是由点画出的P ,另一个是由点P垂直于画面画出的经线。这两个线段称为图像线。只要光束的波面元素不是严格的球面，图中的像线和矢状像线都有像散。图像深度为22，例3-1使得向点P会聚的光束能够在到达点P之前穿过平行玻璃板。例如，工作台垂直于光束轴放置玻璃板，并询问会聚点将向哪个方向移动。你移动了多远？光无折射的全反射现象称为全反射，临界角，24，光纤，25，4，棱镜，出射光线和入射光线之间的偏离角，棱镜材料的折射率，26，3-5光在球面上的反射和折射，符号规则，27，部分球面的中心点O，球面的球面中心C，球面的半径， 连接顶点和曲率中心的直线CO的曲率半径，主轴穿过主轴28的平面主截面，符号指定具有方向距离，光线和主轴的交点的位置从顶点计算，并且如果在顶点的右侧，它们之间的距离值为正； 顶点左边的距离是负的。从物点或像点到主轴的距离；纺锤上方为正，下方为负。29，光线方向与主轴的倾斜角(或球面法线)，且取小于/2的角度。当从主轴(或球面法线)转向相关光线时。如果它顺时针旋转，这个角度的值是正的；如果逆时针旋转，角度值为负(考虑角度符号时，无需考虑形成角度两侧的线段符号)。该符号指定方向角度30，并且只有正值用于图形中出现的长度和角度(几何量)。例如，如果由S表示的线段值为负，则(-s)用于表示线值的几何长度。在下面的讨论中，假设光线将从左向右行进。该符号规定了全正图形，31，2，球面反射对光束单中心性的破坏，光PAP的光路，(3-12)，(3-13)，32，3，近轴光条件下球面反射的像公式很小，只有一个值对应给定的S值，并且此时有一个确定的像点。这个像点是一个理想的像点，称为高斯像点。S叫做物距，S叫做像距。33，当s=-s=r/2时；焦距，用f 表示，f 的符号取决于r，并遵循符号规则。球面反射成像公式，34，无论对于凹球面还是凸球面，无论S、S和f的值大小和正负，上述公式都是球面反射成像的基本公式，只要它受到傍轴光的限制。球面折射对光束单中心的损伤。光功率放大器的光路是，36，37，5。傍轴光条件下的球面折射像公式在傍轴光条件下非常小。它代表了球面的光学特性。光焦度的单位叫做屈光度，用字母d表示，的光焦度，38，图像共轭是光路可逆原理的必然结果然而，在球面反射的情况下，物体空间与图像空间重合，并且反射光和入射光以相反的方向行进。在这种情况下，可以从数学上认为图像正方形介质的折射率等于物体正方形介质的折射率n的负值，即n=n(这仅在数学上有意义)。球面反射的焦点和焦距不需要区分物体和图像，反射可以看作是折射的一种特殊情况。42，6，高斯公式和牛顿公式，高斯公式，牛顿公式，43，3-6连续在几个球面界面上折射光的虚数物体的概念，1，同轴光组同轴光组2，球面成像方法一一，44，3，虚数物体的概念会聚光束是下一个球面的入射光束，所以它的顶点仍应视为物体，但这只是虚数物体。45，3-7薄透镜，诸如玻璃的透明材料被研磨成薄片，薄片的两个表面都是球面或者一个表面是平面，即形成透镜46， 在中间部分比边缘部分厚的透镜凸透镜和中间部分比边缘部分薄的透镜凹透镜与具有透镜两个球面曲率中心的直线透镜连接的情况下，透镜的主轴包括主轴47的主截面圆盘的任何平面的直径透镜的孔径。 透镜长轴上两个表面之间的间隔t。如果透镜的厚度与球面的曲率半径相比不可忽略，厚的透镜可以省略。48，1。近轴条件下薄透镜成像公式，49，薄透镜成像公式，光路，50，物侧焦距，薄透镜高斯公式，像侧焦距，51。如果透镜两侧的折射率相同，则通过O点的光不会改变透镜的原始方向的光学中心、会聚和发散特性，并且当透镜放置在空气中时，不仅观察透镜的形状，而且还与透镜两侧的介质有关。薄凸透镜是会聚的，薄凹透镜是发散的，高斯公式，牛顿公式，52，2，横向放大率，图像的横向尺寸与物体的尺寸之比是横向放大率，即53，是正的，表明图像是正的或负的，表明图像是倒置的，1放大率1缩小，54，3，薄透镜映射法，在近轴条件下， 穿过物方焦点F的垂直于主轴的平面穿过像方焦点，垂直于主轴的平面穿过像方焦点平面55的次轴，以及用于在凸透镜的主轴上成像物点P的映射方法56，在沿着主轴的入射光线从P点折射之后，方向不变； 任何光线PA都取自点P，它在点A处与透镜相交，在点B处与物方焦平面相交；作为辅助线(辅助轴)BO，平行于BO的折射光和沿着主轴的光在点P相交，点P是物点P的像点，57，类似地，也可以使用像方焦平面和次轴映射，上述两种映射方法也适用于凹透镜，只要注意凹透镜像方焦平面在物空间中， 像空间中的物方焦平面，58，使用凹透镜像方焦平面成像光路图，59，PA是来自物点P的任何光，而透镜在点A； 透镜的中心o被当作短轴OB 平行于pa，它在点b 与像方焦平面相交；连接点a和点B，其延长线是光的折射方向，并且它在点P处沿着主轴与光相交，那么该点是期望的像点。离轴不远的物体点发出的近轴光的情况，60，3-8个近轴光的成像条件，近轴光下近轴物体球面反射的成像公式，61，一个不在主轴上的发光点Q可以理想地成像在一个像点上，并且必须同时满足以下两个限制条件：光必须是近轴的，62，近轴光条件下近轴物体球面折射的成像公式，63，第三，亥姆霍兹-拉格朗日定理，角度ma在多个界面的情况下，65，3-9个理想光学组的基点和平面，最重要的基点和平面是：焦点和主点；焦平面和主平面，即复合光学工具组66的基点和基平面，被(1)的图像焦点和(2)的物体焦点之间的距离，被(1)的图像焦点和(2)的物体焦点之间的距离d，距离d，距离，距离，物体焦点，图像焦点，67，空气，距离，物体焦点，图像焦点，68，如果两个光学因此，光功率，即由相互接触的两个同轴光学组组成的复合光学组的光功率，等于各个光学组的光功率之和。69，2，合成光组的成像公式，牛顿公式，高斯公式，理想光组的放大基点和基面的性质，70，3-10，理想光组的放大倍数，1，理想光组的横向放大倍数，71，2，理想光组的角度放大倍数，角度放大倍数，72，3，基点和基面的性质， 光组的两个主平面是共轭平面，从表面上的任何共轭点到主轴