大学物理学教程（第二版）下册：13-1 几何光学基本定律

1、13 13 1 1 几何光学基本定律几何光学基本定律 * * 第十三章第十三章 几何光学几何光学 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 一一 反射和折射定律反射和折射定律 相对相对折射率折射率 入射面入射面：入射光线与法线构成的平面：入射光线与法线构成的平面. 法线法线 入入射光射光 2 i折折射光射光 反反射光射光 入射面入射面 1 i 1 i 分界面分界面 1 n 2 n 反射定律反射定律 11 ii 折射定律折射定律 12 1 2 2 1 sin sin n n n i i 绝对绝对折射率折射率: 介质相对于真空折射率介质相对于真空折射率 v c n 真空真空光速光速 介质介质光速

2、光速 13 13 1 1 几何光学基本定律几何光学基本定律 * * 第十三章第十三章 几何光学几何光学 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 2211 sinsininin 折射定律折射定律 12 1 2 2 1 sin sin n n n i i 注意注意 折射率折射率 n 与与介介 质质和光的和光的波长波长有关有关 . 通常由实验测定通常由实验测定. 几种常用介质的折射率几种常用介质的折射率 介质介质 折射率折射率 n 空气空气 1. 000 29 水水 1. 333 普通玻璃普通玻璃 1. 468 冕牌玻璃冕牌玻璃 1. 516 火石玻璃火石玻璃 1. 603 重火石玻璃重火石玻璃

3、 1. 755 nm3 .589 两种介质相比两种介质相比 把把折射率折射率较大较大的介的介 质称为光质称为光密密介质介质 , 折射率折射率较小较小的介质的介质 称为光称为光疏疏介质介质. 13 13 1 1 几何光学基本定律几何光学基本定律 * * 第十三章第十三章 几何光学几何光学 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 二二 全反射全反射 当入射角当入射角 i1 ic 时时, 产生全反射产生全反射. 若不计介质若不计介质 的吸收，则反射光的能量的吸收，则反射光的能量 等于入射光的能量等于入射光的能量. 入入射光射光 2 i 折折射光射光 反反射光射光 1 i 1 i 1 n 2 n

4、全反射条件全反射条件: 21 nn 1 2 2 1 sin sin n n i i 临界角临界角: 当当 时时2 2 i )arcsin( 121 nnii c 入入射光射光反反射光射光 1 i 1 i 1 n 2 n 全反射全反射 12 ii 13 13 1 1 几何光学基本定律几何光学基本定律 * * 第十三章第十三章 几何光学几何光学 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 双筒望远镜双筒望远镜 全反射的应用全反射的应用 在许多光学仪器中在许多光学仪器中, 为了在不损失光的能量为了在不损失光的能量 的条件下改变光的传播的条件下改变光的传播 方向方向 , 常常运用全反射常常运用全反射

5、原理制成相关的光学器原理制成相关的光学器 件装在仪器中件装在仪器中. 全反射棱镜全反射棱镜 13 13 1 1 几何光学基本定律几何光学基本定律 * * 第十三章第十三章 几何光学几何光学 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 内内 窥窥 镜镜 光学纤维光学纤维 光学纤维通过光线在光学纤维通过光线在 内芯与外套界面上发生全内芯与外套界面上发生全 反射来传递各种信息反射来传递各种信息 . 如如 果将光学纤维聚集成束果将光学纤维聚集成束 , 使其两端纤维排列的相对使其两端纤维排列的相对 位置相同位置相同 , 这样的纤维束这样的纤维束 就可以传递图像就可以传递图像 , 医学上医学上 用光学纤维

6、制成内用光学纤维制成内窥镜窥镜. 外套外套 内芯内芯 1 n 2 n 21 nn 13 13 1 1 几何光学基本定律几何光学基本定律 * * 第十三章第十三章 几何光学几何光学 物理学教程物理学教程 （第二版）（第二版） 例例 光学纤维玻璃芯和外套的折射率分别为光学纤维玻璃芯和外套的折射率分别为 n1 和和 n2 , 且且 , 垂直于端面外的介质的折射率为垂直于端面外的介质的折射率为 n0 . 试证明试证明 : 能使光线在光学纤维中发生全反射的入射光能使光线在光学纤维中发生全反射的入射光 束的最大孔径角束的最大孔径角 为为 21 nn 2 2 2 110 sinnnin 其中其中 称为光纤的数值孔径称为光纤的数值孔径. 10 sinin 1 i 2 2 2 110 sinnnin 1 n 2 n 1 i 1 i 2 i