光学工程总结

1、几何光学的基本定律及成像概念几何光学的基本定律及成像概念* 几何光学的基本定律几何光学的基本定律212210sinnnn数值孔径数值孔径* 成像的基本概念、完善成像条件成像的基本概念、完善成像条件近轴球面折射成像的物像关系式近轴球面折射成像的物像关系式rnnpnpn这就是球面折射成像的物像关系式。这就是球面折射成像的物像关系式。pnpnyy理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面1、主点和主平面、主点和主平面2、焦点、焦平面、焦点、焦平面3、节点和节平面、节点和节平面FKKHHF1pfpf高斯公式高斯公式牛顿公式牛顿公式f fxxfxxf理想光学系统的物像关系理想光学系统的物像关系pp

2、ff* * 薄透镜的成像公式和放大率薄透镜的成像公式和放大率薄透镜成像的物像公式：薄透镜成像的物像公式：1020rnnrnnpnpn透镜的光焦度透镜的光焦度2010rnnrnn定义薄透镜的物、像方焦距：定义薄透镜的物、像方焦距：nfnf当薄透镜置于空气中当薄透镜置于空气中21011) 1(1rrnffffpp111高斯公式高斯公式* 薄透镜作图求像法薄透镜作图求像法1、主轴外的近轴物点、主轴外的近轴物点 作图求象法是利用透镜光心、焦点、焦平面的性质，通过作图来确定象的位置或光的传播方向。在近轴条件下适用。方法：利用如图所示的三条特殊光线中的两条，其折射后的交点即 为所求像点。QQoFFQoFF

3、Q2、主轴上的物点、主轴上的物点 物方焦平面：在近轴条件，过物方焦点F且与主轴垂直的平面。 像方焦平面：在近轴条件，过像方焦点F且与主轴垂直的平面。 付轴： 焦平面上任一点与光心O的连线。有无穷条。 焦平面的性质：OFPOPFOPFOPF物方焦平面像方焦平面利用物方焦平面第一条第二条付轴：POPFPBA利用像方焦平面OPFPBAOPFPBAOPFBA折射棱镜折射棱镜EDCB1i2i2i1i1、偏向角、最小偏向角：、偏向角、最小偏向角：AiiAiiiiii11222121偏向角 折射棱镜是一种由折射棱镜是一种由多个平面界面多个平面界面组合而成的光学元件。光通过棱组合而成的光学元件。光通过棱镜时，

4、产生镜时，产生两个或两个以上界面的连续折射，传播方向发生偏折。两个或两个以上界面的连续折射，传播方向发生偏折。最最常用的棱镜是常用的棱镜是三棱镜三棱镜（如图示）。（如图示）。三棱镜两折射面的夹角称三棱镜三棱镜两折射面的夹角称三棱镜顶角顶角A。An2n1出射光与入射光之间的夹角称棱镜的出射光与入射光之间的夹角称棱镜的偏向角偏向角 。2:;2:,2:,:220110011AiiAiAiii折射角入射角此时最小偏向角达最小值时即当光路对称可以证明EDCB1i2i2i1iAn2n12sin2sinsinsin:, 1,02121AAiinn则由折射定律有即中若此时三棱镜处于空气有效光阑有效光阑有效光有

5、效光阑阑出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳光学系统中的光阑光学系统中的光阑光阑定义、分类；光阑定义、分类；孔径光阑；孔径光阑；入射光瞳、出射光瞳；入射光瞳、出射光瞳； 光学系统的景深光学系统的景深景深：景深：在景像平面上所获得的成在景像平面上所获得的成清晰像清晰像的的物空间深度物空间深度。远远景景平平面面近近景景平平面面pappppappp22222211paapppaapp22,2221讨论：讨论：（1）物镜调焦到无穷远处，）物镜调焦到无穷远处，ap22远远景景平平面面近近景景平平面面（2）远景平面位于无限远处，）远景平面位于无限远处， 则对准平面位于则对准平面位于 ap2ap 2p1p光学量

6、光学量辐射量辐射量光学量和辐射量间的关系光学量和辐射量间的关系余弦辐射体余弦辐射体dVKm)()(最大光功当量最大光功当量， WlmKm/683NOTICS： 各个量的单位掌握照度、亮度等的基本计算像差理论像差理论 实际光学系统成的像与理想光学系统成的像之间实际光学系统成的像与理想光学系统成的像之间的偏差，叫做的偏差，叫做像差像差。像差的分类：像差的分类： 1 1、单色像差：主要是由单色光产生的，其中包括球差、单色像差：主要是由单色光产生的，其中包括球差、 彗差、像散、像场弯曲、畸变。彗差、像散、像场弯曲、畸变。 2 2、复色像差：由于光学材料对不同波长的光波有、复色像差：由于光学材料对不同波

7、长的光波有不同不同 的折射率而产生的的折射率而产生的纵向（轴向或位置）色差和横向纵向（轴向或位置）色差和横向 （放大率）色差。（放大率）色差。参考课件第九章第九章 光的电磁理论光的电磁理论平面波形式平面波形式波的叠加原理波的叠加原理几个光波在空间一点相遇时，相遇点处的合振几个光波在空间一点相遇时，相遇点处的合振 动是各个波单独产生的振动的动是各个波单独产生的振动的矢量和矢量和。)()()()(21PEPEPEPEn光的干涉光的干涉干涉的三个条件干涉的三个条件 干涉类型干涉类型光源的极限宽度光源的极限宽度dRb10双缝的极限宽度双缝的极限宽度bRd101S2SD2rpoSxd1ryxDd2空气中

8、相位差：实际光源实际光源扩展性非单色性空间相干性时间相干性Rdbb00,1020，L000sinLLLLLL 000sin分振幅干涉分振幅干涉光波叠加光波叠加干涉叠加条件干涉叠加条件分波前干涉分波前干涉杨氏干涉杨氏干涉其他分波前干涉其他分波前干涉薄膜干涉薄膜干涉迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪重点掌握：重点掌握：n 杨氏双孔干涉杨氏双孔干涉n 等厚干涉等厚干涉n 牛顿环牛顿环光的衍射衍射分类衍射分类Ia25 a23 0a25 a23 sin20sinIIsina相 对相 对光 强光 强曲线曲线1.22( /D)sin 1I / I00爱里斑爱里斑D22. 10艾里斑和仪器的分辨率艾里斑和仪器的分辨率各级亮条纹和以及亮条纹的强度一维光栅主极大的半角宽度主极大的半角宽度cos)(baN主极大对应的衍射角：主极大对应的衍射角： (a+b)sin =k 光栅衍射明条纹位置满足：光栅衍射明条纹位置满足： (a+b)sin =k k=0,1, 2, 3 缺级缺级 由于单缝衍射的由于单缝衍射的影响，在应该出