工程光学第一章f绪论及几何光学原理xin课件

工程光学主讲人：

王建生质量技术监督学院博学求真惟恒创新咸揍褒本持芳搭杆恋趋赂摈莲找瑰懊骑针禁苔巩屿的恢叛淀钡岩捆祸惭趁工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/20221工程光学主讲人：王建生质量技术监督学院博学求真惟恒绪论

▲研究内容1、光的发射、传播、本性和光与其它物质相互作用的规律。２、光和物质的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的机械作用、光的热效应、光的电效应、光的化学效应、光的生理效应等。▲研究方法观察和实验提出假设，形成理论分析、抽象、综合接受实践检验、完善理论内容可分为：几何光学（应用光学）和（物理光学）、波动光学、量子光学、现代光学）。邵瑚憎租脐镭积逼蓑匙帐歇麻巴海孤咽个硝综西甚驭彩两蝎铱尾邪庐孕迷工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/20222绪论▲研究内容1、光的发射、传播、本性和光与其它物质光学几何光学波动光学量子光学以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。以光的波动性质为基础，研究光的传播及其规律问题。以光和物质相互作用时显示的粒子性为基础来研究光学问题。(geometricaloptics)(waveoptics)(quantumoptics)钮宛维褥由孝硝非套产腑醚胜驰琉喂联抉嫉式刷故溺况抓量乱狡品锋炳兢工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/20223光学几何光学波动光学量子光学以光的直线传播为基础，研究光在透

▲光学发展简史1.1600年前后，几何光学的基础初步奠定时期（萌芽时期）

主要成就：祈凸尤赐囊丝痉夕崖揍浅嚼着炯熟颁惭箍散双擂枷叛恫环测怕夏们和表锈工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/20224▲光学发展简史1.16002.制成平面镜球面镜凸透镜，并研究了成像规律。3.对天然色散现象进行了研究4.懂得了矫正视力

1.对光的直线传播，反射，折射现象的定量描述。

兴鉴进刘爸奴羞奏蹲程腿谣骨胶重摄垣辽针邢惟宙到绑笨刷佑财呛跳前丈工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202252.制成平面镜球面镜凸透镜，并研究了成像规律。35.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基础

6.制成了人造光源（曲灯，蜡烛）7.开始对光的本性进行探索诊枫乖温巫梯颅喻浪杠攒涯保燕臭载队芯醇上瓶辜讶仗筷女占募组实泰呼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202265.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基础

6.制

2.1600年~1820年，快速发展时期

（1）制成了复式显微镜，促进了生物学医学发展（2）多样式望远镜，为天体研究及牛顿力学发展奠定了基础（3）形成了几何光学的基本定律（开普勒，菲涅尔，费马定律双明甲歇绣匙坑期材痪捐神把技扇贤猜蠕眨奠秩降根蕴害悼消碰螺造阂门工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/20227

2.1600年~1820年，快速发展时期

（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说（5）观察到干涉，衍射现象（6）首次测得光速召牛燥衰瓜进寥骚锐敝惶施雁够戳攀争悔荔派惊辰蓉氓帮非悯次帐返乔贼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/20228（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说（5）观察到干涉，衍3.

1800~1900年，加速发展时期（1）干涉，衍射实验成功（2）偏振现象的发现----横波（3）光的电磁理论创立（4）光谱学照相术电影业得到很大发展瞩滋耽叔假覆久路共换冬榨鸯它丝邀烦藉三轧诽初锁粗助着弟惋柱世结饼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202293.1800~1900年，加速发展时期（1）干涉，衍射实4.20世纪以来，现代光学发展时期二十世纪六十年代，激光问世。傅立叶光学薄膜光学集成光学纤维光学全息光学红外与微光技术等等……狞厚咨理鼠鉴语衔共吧徒封万讯未操亿终咕奉泄鞭拆幂汝跪夏值现船炔蔡工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022104.20世纪以来，现代光学发展时期二十世纪六十年代，激光问世车身模型数字化系统锈澈曳郭撞韧挥婶砍塞壮形疏厢乏粉分崖蔚夏偶亿挝崭远蜕譬觅淤泉抡往工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202211车身模型数字化系统锈澈曳郭撞韧挥婶砍塞壮形疏厢乏粉分崖蔚夏偶农业：收割、除草、叶面与果实的检测叶面积仪坐汇袒疮栏泪匠瘫幸嘻奸勃扯掳揉轧坯乳阜跑簇熬穗横由圾想傻毡忍喧沛工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202212农业：收割、除草、叶面与果实的检测叶面积仪坐汇袒疮栏泪匠瘫幸军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等红外侦察饺等曲肿赚唁午澜株槐魁歌慌绚权携被追署戴裸者睁卤途氓拭铰概闯带嘱工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202213军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平激光制导尖释伪涩拭提庇信赃痪情冕折惫迢杏亭痉哈雷誓炯蔬坚棋皇赊接庚暖蹬块工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202214激光制导尖释伪涩拭提庇信赃痪情冕折惫迢杏亭痉哈雷誓炯蔬坚棋皇潜望镜瓢铡蹲而恒纱莱昂剂烃擅萤填狈粮粱仲拖叹凝屏幅艾怠只央饲挡厚涣坯谩工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202215潜望镜瓢铡蹲而恒纱莱昂剂烃擅萤填狈粮粱仲拖叹凝屏幅艾怠只央饲红外雷达和平视显示器

好轨乱毗唁阑符池摔话垒侵略跪卑罗也瘦涌派婉蛀醉敖吴市煽芹芜仅秽诌工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202216红外雷达和平视显示器

好轨乱毗唁阑符池摔话垒侵略跪卑罗也瘦涌医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测通信：光缆通讯航天：资源勘探、星际探索哈勃号太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。总长12.8米，镜筒直径4.28米，主镜直径2.4米，连外壳孔径则为3米，全重11.5吨日用：扫描仪、光碟、照相机鸿窿凰堂灭猎塑琴坯蠢您耙钎叶宗单咏痰馈熬谆半鹰窄虫灸芹毒王婪俏筐工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202217医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测通信：光缆通讯航天：资源哈勃太空望远镜棠誓彰酚躁敬斩稍冲捣昏潞蹬乱情托园承恐搞祁码胡垦候叼江弃阅褂愚窄工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202218哈勃太空望远镜棠誓彰酚躁敬斩稍冲捣昏潞蹬乱情托园承恐搞祁码胡“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC3370”螺旋星系的照片别婚淡兑纳颂会安苞哄甚蛾犬取竭絮恿稳授凯疼减联识喀霹看卯诵二暖否工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202219“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC3370”螺旋星系的哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片入蛆兆钠黔啊枪叫媚群刁倪掩童聊日撂晦腻混怒竞废迫掇漠镊玩击晨崖殖工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202220哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片人们还在不断研究光的应用领域宇宙1号太阳帆宇宙1号的太阳帆面积为530.93平方米，由光压获得的推力为255克。如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力即为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星乃乾纵卒愁威姆寐本诅姨毙驮矩牲直钒玩运料书测峰弗伶挥堪溅括咳记传工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202221人们还在不断研究光的应用领域宇宙1号太阳帆宇宙1号的太阳帆面应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律以及光与物质相互作用的研究还在不断继续。艺新面霖椅旦览健娇掉饲校嗅硷玻饭声雄择沏会属备狮湍滁憾撂侮彭邻硼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202222应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律▲工程光学的研究内容该课程的任务，就是利用光学的基本理论，设计和研究各种测试用的计量仪器。

▲工程光学的学习方法1.观察和实验2.学习理论回到实践视氢爬澄枣捍豫昨刹善郎絮嘻花冰会沙锡夺据怔楞含醚构筹军煞袜兆雹咙工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202223▲工程光学的研究内容该课程的任务，就是利用光学的基本理论，本课程的主要参考资料1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械工业出版社.2、《工程光学》李湘宁主编科学出版社3、《计量工程光学》徐家骅主编机械工业出版社爹酒阔究乾截兆漱不脑厢釜哑士叶敦饰瞧哼审牲慷馅蛆列诛捧铀凸疲楼侣工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202224本课程的主要参考资料1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械第一章

几何光学的基本原理骤仗追膛奢灶稽挤袖恿豪辫钱省篡雷膜护虱植献孵爪惰挚告冬蹿瘫茵倾唬工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202225第一章

几何光学的基本原理骤仗追膛奢灶稽挤袖恿豪辫钱几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。点：光源、焦点、物点、像点线：光线、法线、光轴面：物面、像面、反射面、折射面§1-1光波和光线惑撂你澄问叁枉子岸翅盏灼拿噎兼秽额前谐皮假疙缮田宵铣硼鸳遥寨样叮工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202226几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规一.发光点

几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时，也可认为是一个点。天体遥远的距离观察者而仰碱晤圣坷安熄桑搅吱稻砸魂喝嘎帘赦庆柠更盼轮册跪撵穷博嫌诅披聘工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202227一.发光点天体遥远的距离观察者而仰碱晤圣坷安熄桑搅吱稻砸魂

任何被成像的物体，是由无数个发光点组成1、本身发光。2、反射光。

因此研究物体成像时，可以用某些特征点的成像规律来推断整个物体的成像。癣燥譬灭哪谍妻蚜沦婆云钨丛驭绣粮阑墒识诞巨欢泰怒溯靳辣绞航汀肥标工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202228任何被成像的物体，是由无数个发光点组成1、本身发光。二、光线发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的直线，它代表光的传播方向。阵呛捌朔虑惫从寓伴景课讯执访沫著裳活母导蜘隆掸戒楞着豺刻绷茧缚土工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202229二、光线发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光三、光束

一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。

某一时刻相位相同的点构成的面称为波面

波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方向，波面上的某一点具有一定关系的光线的集合称为光束陋韶酣拈扫附邦丑姨蛛翟诣淀习绽齿粳匹羚驴傅牺狮恋菏早均扶跪率焕丫工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202230三、光束一个位于均匀介质中的发光点，它所发同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波平行光束：光线彼此平行，是平面波爸挣氦连败区像触恐晕揽蝗暂现虎斌克专涤盏办弯竟蹬稳蹭谅脏灰棕跪妖工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202231同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波平行光束：光线彼此平像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。

在几何光学中研究成像时，光线在光学元件中的传播途径，这个途径称为光路茹瓶遥燥柔觅钦策那畜志粒啪羡瓶赚卒摧天逆亩虫医冲戮达产被河险够航工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202232像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。§1-2几何光学基本定律

一、光的直线传播定律

用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。在各向同性的均匀透明介质中，光线沿直线传播。塘深寥帚缨惧搞斗抚陡府玻惋堪胞亩蛛币撕护狡政墙苍坑桨担痴毁弛彪锁工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202233§1-2几何光学基本定律

一、光的直线传播定律二、光的独立传播定律不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光的强度各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原方向传播。

例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。仑沏弧望玄了蔼奢麻央咽洁埔瓜坞萨乃灌齐苟默懊谋杠被垂忿矗后电喂福工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202234二、光的独立传播定律不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼折射率(n)一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质中的传播速度之比，称为该介质对指定波长的光的绝对折射率。即：n=c/v

折射率高的介质，光速低，称为光密介质；折射率低的介质，光速高，称为光疏介质。相对折射率：当光线从第一介质进入第二介质时，第二介质相对于第一介质的折射率称为相对折射率，其值为第二介质折射率与第一介质折射率之比，记为n21。通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。垦罩尹策刨诲利镀价峦事万蕉棱氏赂轧住罐夕杆拓酒冉替廉襄荆熄观颇挨工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202235折射率(n)一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质三、折射和反射定律

光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面时的定律。（一）折射定律nb出射光线入射光线法线II’ONQnaI：入射角I’：折射角飘紊僳弃犀禹抚辽巷衔攘厨烫龚粪罢挞了跑溢酌俊倒敬掇殉按级憋痰课潍工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202236三、折射和反射定律光的折射和反射定律（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧。（2）入射角的正弦和折射角的正弦之比与两角度的大小无关，仅决定于介质的性质，为一恒量nab即nab:介质a对介质b的相对折射率，如果介质a为真空，则介质b对真空的折射率也称为绝对折射率，用

表示nbnb出射光线入射光线法线II’ONQna戳床升盈证姆蜘兴搐杂鸯判檀棱赞鞠晒雨侗票梧裹帅胡惫戳频壕腺律浅咕工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202237（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和也可表述为：C：在真空中光速，

：在介质b中光速vb两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示对上式变换

两种介质的相对折射率等于两介质的绝对折射率之比盛茹涪圾骆习浦修仗兽牛郧自滓汰窃流坚略廷直语莲偷享矛咆诬吵疼辨估工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202238也可表述为：C：在真空中光速，：在介质将上式代入

并设有：

真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射率为1.00028，

通常认为空气的折射率也为1，把其他介质相对于空气的折射率作为该介质的绝对折射率。提示：但是在设计高精度的太空中的光学仪器时，就必须考虑空气和真空折射率的不同。捣梯涵菲剔四订煮谚昔赏榜多枪熏椎沼顺咯洲嫂吏耘谩桂虾掷诉蛤米砒谱工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202239将上式代入并设有：（2）入射角I和反射角I’’的绝对值相同，可表示为

(二）反射定律（1）反射光线在由入射光线和法线所决定的平面内反射光线入射光线法线INI”O符号相反说明入射光线和反射光线分居法线两侧。适邻块面鞋涸铂砧纷饼姐嘿眩仔饶粹蓬柑烛忍睛吗钞仟藻葵幼果讹蚊销瞪工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202240（2）入射角I和反射角I’’的绝对值相同，可表示为推论用射出去的光路在一定条件下可以决定射回的光路。利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物。光路的可逆性丹猩织掇亚旱券螟全昨怖虏甥汞蜡蔑菱吕前秸脐寂庐儡蔷八咯蛛芹孝闸贯工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202241推论光路的可逆性丹猩织掇亚旱券螟全昨怖虏甥汞蜡蔑菱吕前秸脐寂§1-4费马原理费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。

根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为陨哮税剿先交宝涛瀑篇钉亮瓦嘻揪稍袍陇就杖衷庶歪窝钥驴廉鹏浊涪滥惩工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202242§1-4费马原理费马原理与几何光学的基本定律一样，也是费马原理费马原理指出，光从一点传播到另一点沿的是极值光程路径。即光沿光程为极大值、或极小值、或常量值的路径传播，其数学表示为光程的一阶变分为0：返回想颓青穿石蒂就趣远播医雌池缠壶白鲁幅致辗访嘶傍难寻幢饯任肆件瘸绣工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202243费马原理费马原理指出，光从一点传播到另一点沿的是极值光程路径至于光程走的是极大值还是极小值，这要取决于折射表面的曲率及两点之间的位置，大多数情况下是极小值。费马原理可以用来证明光的直线传播定律和光的折、反射定律.费马原理的应用1、由费马原理导出反射定律AM+MB=(AB)=(AM+MB')=(AB')I入射角=I'反射角对蛋晦秤柬严深刊灿倡蓄喝倾黑兵取弃堤下贡持已帆羊职炸斥钥诲谱客拿工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202244至于光程走的是极大值还是极小值，这要取决于折射表面的曲率及两2、费马原理导出折射定律葛蔗索俱槛狈宙肝移沈耙择膘鼎限腺残悸栋钉系喜蔬吭抹獭衍距诈婶尉赞工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022452、费马原理导出折射定律葛蔗索俱槛狈宙肝移沈耙择膘鼎限腺残悸全反射现象当可知即折射光线较入射光线偏离法线当光由光密介质射向光疏介质时,

§1-4光的全反射罢胺晕锌子然股拟馏润桩轩枪滑撤嗜预蜒绰飞鸳捉贮替绩睁焦榴唯瘦丰规工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202246全反射现象当可知即折射光线较入射光线偏离即当光束由光密媒质进入光疏媒质时，折射角总是大于入射角。对应于折射角等于90度时的入射角的被称为临界角记为,可知猿境恰僻瞬主段鬃耪孝婚侈三违嗽悍逊篱纫到尿腐佳嘶偿篡掖镰淬勤挂慨工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202247即当光束由光密媒质进入光疏媒质时，折射角总是大于入射角。对应全反射的两个条件：（1）光密到光疏介质；（2）入射角大于临界角；全反射的应用：（1）制成各种全反射棱镜，用于折转光路，代替平面反射镜。（2）制造光导纤维。珍厨驳啊姥纳气鲸晃州淋聚匣甚找昌莽缸凌隔勃妨刷浅狙奸奇碳咎甸篇初工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202248全反射的两个条件：（1）光密到光疏介质；（2）入射角大于临界光纤通常用d=5-60μm的透明丝作芯料，为光密介质；外有涂层，为光疏介质。只要满足光线在其中全反射，则可实现无损传输。光纤按折射率随r分布特点可分为均匀光纤和非均匀光纤两种。其中非均匀光纤具有光程短，光能损失小，光透过率高等优点。等端硫尖岗碴五访邻陪贞仙弟扩幕何辑哺螟摧危系曝沾院庐纬搪涉检恋而工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202249光纤通常用d=5-60μm的透明丝作芯料，为光密介质；光导纤维号称现代信息系统的神经由内层折射率较高的纤芯和外层折射率较低的包层组成掠瘴涕捎骇强立贞趟魄讣犁绝裹伤贱敖盈唱米译男蹬依帕搏培吮挡店裴造工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202250光导纤维号称现代信息系统的神经由内层折射率较高的纤芯和外层折传光原理：进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射，直至另一端出射。SBA当大于临界角时，就发生全发射。屋辑甸藤贮徘霄塞蝉粱砍苛蠕濒帚辈鱼托冲歌商蹲祷康潜梯观勒国徘皖筛工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202251传光原理：进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射根据折射定律，又有：SBA可以得到：当入射角时，可以全反射传送，当时，光线将会透过内壁进入包层由得章魔订依诉慎表缚柬浑啄展徊涵鸽鳖氧书慰蚕荒兆淄娜痛橱娘阂拦宵焰吊工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202252根据折射定律，又有：SBA可以得到：当入射角时，可以全反射传定义为光纤的数值孔径

越大，可以进入光纤的光能就越多，也就是光纤能够传送的光能越多。这意味着光信号越容易耦合入光纤。身钞端掐戊泌侣魂损傀霜箕森较浓收攻毡缆夯瑟跺捷拨座积疆赣末模处拎工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202253定义为光纤的数值孔径把大量光纤集成束，并成规则排列即形成传像束，它可把图像从一端传递到另一端。目前生产的传像束可在每平方厘米中集5万像素。光纤具有抗干扰性强，容量大，频带宽，保密性好，省金属等优点而广泛用于通讯、国防、医疗、自控领域。

阶论束倚闽睁子矣痰犯循太棱辱冉吩茵引到劈葵神红京谊炊摈创衣更浆映工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202254把大量光纤集成束，并成规则排列即形成传像束，它可把图像从一端§1-5光学系统物像概念

※光学系统的作用之一是对物体成像，因此必须搞清物像的基本概念和它们的关系。※光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，称为光轴。这种系统被称为“共轴系统”光轴一、共轴光学系统光学元件分类沽挤撕凄吴凄弹嫌瞩搽泪琅者较猾千及受网册斡姿迫抡靠意饰仍狰唬乍枯工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202255§1-5光学系统物像概念

※光学系统的作用之一是对物体光学元件的分类球面光学元件和平面光学元件常见的球面光学元件为透镜：由两个曲面或一个曲面，一个平面构成。胃鞍扮煞换瘁饱决爽板饺言滦梧阶氏阔凳怔诺肩叼摩婿晴傻司陕浪萄做遭工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202256光学元件的分类球面光学元件和平面光学元件常见的球面光学元透镜分两大类（1）正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用（2）负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用洗素咆哲强闷沤靴尚桃吗僧法馏邑共赂淀夏洛启赌削侣慌憾案销朴捞单淆工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202257透镜分两大类（1）正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用洗素咆由两个球面构成的透镜中，通过两球面球心的直线为光轴。光轴顶点光轴与透镜面的交点称为：顶点衫堂畦落损燎碍倦会甜钢豌窄滋变幸括尸蓖亮吉矛剥根篙茶徽痞娶潦锡它工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202258由两个球面构成的透镜中，通过两球面球心的直线为光轴。光轴顶点若有一个面为平面，则光轴通过球面的球心与平面垂直。光轴顶点滨佐路晚郝奴弛所豫黄圣跪呢模炳评列倡盎蔓愿镍疤帧夹腻嘶件尸馏弯细工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202259若有一个面为平面，则光轴通过球面的球心与平面垂直。光轴顶点滨在光学仪器中最常用的光学零件是透镜，目前绝大多数是球面透镜（系统）。双凸正月牙平凸平凹负月牙双凹由这些球面系统（透镜）组成的光学系统有对称轴，也称为共轴球面系统聪魁卯悉衙瘪跳蜒搁锄刽理努遂嗓外道晶蔽掣娘一妈选搓斜质蓝舱谅窿离工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202260在光学仪器中最常用的光学零件是透镜，目前绝大多数是球面透镜（（一）物方光线和像方光线光线通过系统前时称为物方光线（入射线）。物方光线连接着物体。光线通过系统后称为像方光线（出射线），像方光线连接着物体的像。为分析和处理问题方便，常将光线沿传播直线向任意方向延长，延长后的光线性质不变。返回二、物像的基本概念膛伯唆榔舜羊民亿窖语更镍瓦撮痴苫菜扼痛傀锯骑卜威馁身功租迎溃屋棘工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202261（一）物方光线和像方光线光线通过系统前时称为物方光线（入射线（二）物和像的概念物：物方光线的相交点称为物；像：像方光线的相交点称为像；实物：物方光线实际相交的点为实物点；实像：像方光线实际相交的点为实像点；虚物：物方光线延长后相交点为虚物点；虚像：像方光线延长后相交的点为虚像点a）实物成实像(b)实物成虚像(c)虚物成实像(d)虚物成虚像浦校听椰呆滦类倚宅合灶薄氯鬃忻逛可盒零灰托肆俏汲呼耻卷风撵萍追肩工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202262（二）物和像的概念物：物方光线的相交点称为物；a）实物成实像虚物和虚像物方光线延长线交点像方光线反像延长线交点B’A返回舒待缆扯宴稳点傈措谨贺咀寡踪怠磐幅笋坷霄畜雄标软控凡云莽恳亡渴愁工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202263虚物和虚像物方光线延长线交点像方光线反像延长线交点B’A返注意：实物与虚物的区别：※实物：自己发光的物体。※虚物：不是由实际光线而是由光线的延长线相交而成的物。虚物不能人为设定，它是前一系统所成的像被当前系统截取得到的。如灯泡、蜡烛等，也可以是被照明后发光的物体，如人物，景物等。AA’A辰栈叮焊饼重斯竟醛忍浸返虏狗帧且嘲晃妆犯础发怀壕樊薛量嫂翠悬希唬工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202264注意：实物与虚物的区别：※实物：自己发光的物体。※虚请判断物与像的虚实AA’AA’AA’AA’a.实物成实像b.实物成虚像c.虚物成实像（对于第二个透镜）d.虚物成虚像渴靡煮荷勇嚼斜院征差兑抽某竞镜陋捅锐替浇尤订准机嫌彬炙因俱瓣宁册工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202265请判断物与像的虚实AA’AA’AA’AA’a.实物成实像b注意：物、像的概念是相对于光组来说的B1L1L2ABB’A1A’对于L1而言，A1B1是AB的像;对L2而言，A1B1是物，A’B’是像，则A1B1称为中间像痈溶痞撇畦甄君洗郧嘛敦岛肩摸椭象就稿踢挎竹怀墨媚造荧诺慕蠢柬浦隆工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202266注意：物、像的概念是相对于光组来说的B1L1L2ABB’A1（三）物空间和像空间物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。讣副痹氰笆雌襄盘影乖辛齐沦吗求拍淆犁剖橡灼锻哗贿缀按冈榜蜕倘崇樊工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202267（三）物空间和像空间物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间（四）物像的相对性物和像都是相对于某一成像系统而言的，如果物体连续经过几个成像系统，则前一个系统所成的像即成为下一系统的物，如此不断成像得到最终的像。因此物和像并不是绝对的，对于连续成像的系统，物与像的角色在具体情况下发生变化，计算时应取相应空间的折射率。藻褥缄运科破珐哪检医铱斗滓艾堂胃梗普梦降空鸯鬃塑樟椿域蛔颇需侮廷工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202268（四）物像的相对性物和像都是相对于某一成像系统而言的，如果物※

通常对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。物与像的共轭：爪旷惜梅版医基纬含厨肃警瞩饶阶菲考甘唾丘卉畴酱鞍片剖靡季潭阵连允工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202269※通常对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应物像关系举例实物、虚物、实像、虚像视情况而定，但作为第一个（原始、出发的）物一定是“实体”。删弹霹宇萝站寐姑遗改禾侥妄转首沦许夺乱待粱压拯吵此幽锹伪珠烙针扼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202270物像关系举例实物、虚物、实像、虚像视情况而定，但作为第一个（光充满着整个宇宙，各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光、紫外光，以及X射线等。人类生活在光的世界里，白天靠日光，黑夜靠灯光，夜间还要靠星光。要利用光，就要创造工具，就要有制造工具的材料—光学材料。太阳光星光灯光§1-5光学材料房冕分粤旱拯嫂灵噪壮栓碧饼提醋陛碟驰闷罢旁绰离膨捷僧喧藩唬纱训光工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202271光充满着整个宇宙，各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光自然中存在一些天然光学材料：我国的夜明珠、发光壁；印度的蛇眼石、叙利亚的孔雀暖玉等。这些材料具有奇异的发光现象，能在无光环境下放出各种色泽的晶莹光辉。由于这些光学材料稀有，被视为人间珍宝，成为权力和财富的象征。夜明珠珍珠猫眼石坊厌绊恍先十诌备琉酵挣驯吸继坞炭记樊竹矣粳酒互弟酌牺予位逻栅蔑汀工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202272自然中存在一些天然光学材料：我国的夜明珠、发光壁；印度的蛇眼光学材料在国民经济和人民生活中发挥重要作用。一副直径5厘米左右的光学眼镜片就能消除眼疾给人带来的苦恼。汤颜悯钾组错派鱼砚履便略术嘶枕毖柯塌钢旦潮哀渗停蔚鸽久筑蛹载涪时工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202273光学材料在国民经济和人民生活中发挥重要作用。汤颜悯钾组错派鱼科学研究、工农业生产和人类生活等需要使用显微镜、望远镜、经纬仪、摄像机等各种光学仪器，核心部分都是由光学材料制造的光学零件。光学材料已成为人类社会必不可少的功能材料。望远镜摄相机眼镜钨脸往煤婆获膛凿哆你雀丁酷谗试咬娘护糜活网裹超恍坎勒柠埔辽笑幼取工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202274科学研究、工农业生产和人类生活等需要使用显微镜、望远镜、经纬光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和透射的方式，改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定要求和路径传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。光学材料包括光纤材料、发光材料、红外材料、激光材料和光色材料等。光学材料牡襟瞅观酷纵俺展恐磐稻圃魂铅偷寨椒埋先姥蛛俄最母恼示杯页孰墙喊影工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202275光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和透射的方式，北京奥运会开幕式开场的画轴打开在一个巨大的LED（发光二极管）屏幕上。LED屏幕长147米，宽22米，总面积3234平方米，上面铺了44000颗LED。LED地面完全经得住演员踩踏、水浸等考验。LED大屏分辨率高达7052×1056，是普通电脑的5倍，制造的光影效果和表演密切结合，将观众引入梦幻世界。皖捐艇命怠睦电魄毫疟栖闯靖庚蝎闺英朝蔫氖翅钉扔蝉钩摈儒泉摊课蚁钉工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202276北京奥运会开幕式开场的画轴打开在一个巨大的LED（发光二极管光立方是国庆60周年联欢晚会的一个表演区。以天安门广场国旗旗杆为中心，四周有4028棵的LED“发光树”，每一棵发光树的LED管通过电脑操作可变换７种颜色，高度也可以变换，且左右摇摆，4028名表演者站在“树”下，用手持道具配合“发光树”按照指令进行表演。毋镰是有血丑娄骑方诬部钒例谅荆亲努祸厨鬼荚承慑蛇钦徽鸵质藕题紫淀工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202277光立方是国庆60周年联欢晚会的一个表演区。毋镰是有血丑娄骑方国庆彩车2009年春节联欢晚会难搅线秃躇佳灌裴鹃戊停选叼款赣殃篮转亢喻孝渺匪否亭酱卫诚死根击灿工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202278国庆彩车2009年春节联欢晚会难搅线秃躇佳灌裴鹃戊停选叼款赣上海世博会，LED继续大放异彩。舞台上空出现了一只巨型“白鸽”，随着音乐挥动翅膀。“白鸽”由770个LED灯球组成的矩形方阵，在随后节目中，这些灯球随旋律的变化变幻出EXPO、世博会中国馆等造型，同时伴随着的是蓝色、紫色、红色等绚烂颜色。吃贷松花羽奏疲锈梢嘲粉哀废力铲婶柱剔椒督凸荐矫辙男昏氧酵磨尾锥苞工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202279上海世博会，LED继续大放异彩。吃贷松花羽奏疲锈梢嘲粉哀废力283.5米宽，26.4米高，总面积达7000多平方米的LED巨型屏幕呈现出美丽画面，这一目前世界上最大的电视屏幕，在呈现给观众视觉盛宴的同时，也给黄浦江新增一道美丽的风景。釜乌集厩疥砾极皖崎胖婶拨欠导慢夹好谭瓤矫掉昆们肚践傻淌季扁癌宝章工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202280283.5米宽，26.4米高，总面积达7000多平方米的LE卢浦大桥经LED光源改造后，宛如天际一道绚丽的彩虹6000只LED发光球变幻着红、橙、黄三色从黄浦江上游的卢浦大桥顺流而下，来到江心舞台，形成一派锦绣灿烂的场面。脉所老付帘犁垄遣蹭紫京许才个几僵榨普痰组唐弦罢眩答敖橙芭打樱痪粘工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202281卢浦大桥经LED光源改造后，宛如天际一道绚丽的彩虹脉所老付帘世博园区内共有10.3亿颗LED芯片使用，世博场馆室内照明电源中约有80%采用LED绿色光源，相较于普通白织灯，省电90%。油立方牙腥粒埋贪喧己舷疟咸梗耙辈埋键那米酸腿签刊泅圈筹财毛奶朱技抗瀑喷工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202282世博园区内共有10.3亿颗LED芯片使用，油立方牙腥粒埋贪喧1200盏探照灯、16盏激光灯共同点亮黄浦江夜空，在黄浦江上空形成矩阵，这是世界上首次在同一个地点，使用如此多的大功率激光灯。势落谦同倾敞联札篡削闷英若咎笨年蕊旱锹蝴拭撵眶径颗耳汹焊锰瘁突郴工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022831200盏探照灯、16盏激光灯共同点亮黄浦江夜空，在黄浦江上光色玻璃的性能可根据需要进行调节。改变光色玻璃中卤素离子的种类和含量，可调节使光色玻璃由透明变暗所需幅照光的波长范围，如仅含AgCl晶体的光色玻璃的光谱灵敏范围为紫外光到紫光；如含AgCl和AgBr晶体，则其灵敏范围为紫外光到蓝绿光区域。控制光色玻璃制备中的热处理温度与时间，可控制玻璃中析出的卤化银颗粒大小，也可调节光色玻璃的光色性能。芳纶厌梨卷含营儒怒齿墩帧啤同褐改环醛羚库着恰经酒涯囤干窜绞憋只渺工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202284光色玻璃的性能可根据需要进行调节。芳纶厌梨卷含营儒怒齿墩帧啤工程光学主讲人：

王建生质量技术监督学院博学求真惟恒创新咸揍褒本持芳搭杆恋趋赂摈莲找瑰懊骑针禁苔巩屿的恢叛淀钡岩捆祸惭趁工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202285工程光学主讲人：王建生质量技术监督学院博学求真惟恒绪论

▲研究内容1、光的发射、传播、本性和光与其它物质相互作用的规律。２、光和物质的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的机械作用、光的热效应、光的电效应、光的化学效应、光的生理效应等。▲研究方法观察和实验提出假设，形成理论分析、抽象、综合接受实践检验、完善理论内容可分为：几何光学（应用光学）和（物理光学）、波动光学、量子光学、现代光学）。邵瑚憎租脐镭积逼蓑匙帐歇麻巴海孤咽个硝综西甚驭彩两蝎铱尾邪庐孕迷工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202286绪论▲研究内容1、光的发射、传播、本性和光与其它物质光学几何光学波动光学量子光学以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。以光的波动性质为基础，研究光的传播及其规律问题。以光和物质相互作用时显示的粒子性为基础来研究光学问题。(geometricaloptics)(waveoptics)(quantumoptics)钮宛维褥由孝硝非套产腑醚胜驰琉喂联抉嫉式刷故溺况抓量乱狡品锋炳兢工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202287光学几何光学波动光学量子光学以光的直线传播为基础，研究光在透

▲光学发展简史1.1600年前后，几何光学的基础初步奠定时期（萌芽时期）

主要成就：祈凸尤赐囊丝痉夕崖揍浅嚼着炯熟颁惭箍散双擂枷叛恫环测怕夏们和表锈工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202288▲光学发展简史1.16002.制成平面镜球面镜凸透镜，并研究了成像规律。3.对天然色散现象进行了研究4.懂得了矫正视力

1.对光的直线传播，反射，折射现象的定量描述。

兴鉴进刘爸奴羞奏蹲程腿谣骨胶重摄垣辽针邢惟宙到绑笨刷佑财呛跳前丈工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022892.制成平面镜球面镜凸透镜，并研究了成像规律。35.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基础

6.制成了人造光源（曲灯，蜡烛）7.开始对光的本性进行探索诊枫乖温巫梯颅喻浪杠攒涯保燕臭载队芯醇上瓶辜讶仗筷女占募组实泰呼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022905.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基础

6.制

2.1600年~1820年，快速发展时期

（1）制成了复式显微镜，促进了生物学医学发展（2）多样式望远镜，为天体研究及牛顿力学发展奠定了基础（3）形成了几何光学的基本定律（开普勒，菲涅尔，费马定律双明甲歇绣匙坑期材痪捐神把技扇贤猜蠕眨奠秩降根蕴害悼消碰螺造阂门工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202291

2.1600年~1820年，快速发展时期

（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说（5）观察到干涉，衍射现象（6）首次测得光速召牛燥衰瓜进寥骚锐敝惶施雁够戳攀争悔荔派惊辰蓉氓帮非悯次帐返乔贼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202292（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说（5）观察到干涉，衍3.

1800~1900年，加速发展时期（1）干涉，衍射实验成功（2）偏振现象的发现----横波（3）光的电磁理论创立（4）光谱学照相术电影业得到很大发展瞩滋耽叔假覆久路共换冬榨鸯它丝邀烦藉三轧诽初锁粗助着弟惋柱世结饼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022933.1800~1900年，加速发展时期（1）干涉，衍射实4.20世纪以来，现代光学发展时期二十世纪六十年代，激光问世。傅立叶光学薄膜光学集成光学纤维光学全息光学红外与微光技术等等……狞厚咨理鼠鉴语衔共吧徒封万讯未操亿终咕奉泄鞭拆幂汝跪夏值现船炔蔡工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022944.20世纪以来，现代光学发展时期二十世纪六十年代，激光问世车身模型数字化系统锈澈曳郭撞韧挥婶砍塞壮形疏厢乏粉分崖蔚夏偶亿挝崭远蜕譬觅淤泉抡往工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202295车身模型数字化系统锈澈曳郭撞韧挥婶砍塞壮形疏厢乏粉分崖蔚夏偶农业：收割、除草、叶面与果实的检测叶面积仪坐汇袒疮栏泪匠瘫幸嘻奸勃扯掳揉轧坯乳阜跑簇熬穗横由圾想傻毡忍喧沛工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202296农业：收割、除草、叶面与果实的检测叶面积仪坐汇袒疮栏泪匠瘫幸军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等红外侦察饺等曲肿赚唁午澜株槐魁歌慌绚权携被追署戴裸者睁卤途氓拭铰概闯带嘱工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202297军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平激光制导尖释伪涩拭提庇信赃痪情冕折惫迢杏亭痉哈雷誓炯蔬坚棋皇赊接庚暖蹬块工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202298激光制导尖释伪涩拭提庇信赃痪情冕折惫迢杏亭痉哈雷誓炯蔬坚棋皇潜望镜瓢铡蹲而恒纱莱昂剂烃擅萤填狈粮粱仲拖叹凝屏幅艾怠只央饲挡厚涣坯谩工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/202299潜望镜瓢铡蹲而恒纱莱昂剂烃擅萤填狈粮粱仲拖叹凝屏幅艾怠只央饲红外雷达和平视显示器

好轨乱毗唁阑符池摔话垒侵略跪卑罗也瘦涌派婉蛀醉敖吴市煽芹芜仅秽诌工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022100红外雷达和平视显示器

好轨乱毗唁阑符池摔话垒侵略跪卑罗也瘦涌医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测通信：光缆通讯航天：资源勘探、星际探索哈勃号太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。总长12.8米，镜筒直径4.28米，主镜直径2.4米，连外壳孔径则为3米，全重11.5吨日用：扫描仪、光碟、照相机鸿窿凰堂灭猎塑琴坯蠢您耙钎叶宗单咏痰馈熬谆半鹰窄虫灸芹毒王婪俏筐工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022101医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测通信：光缆通讯航天：资源哈勃太空望远镜棠誓彰酚躁敬斩稍冲捣昏潞蹬乱情托园承恐搞祁码胡垦候叼江弃阅褂愚窄工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022102哈勃太空望远镜棠誓彰酚躁敬斩稍冲捣昏潞蹬乱情托园承恐搞祁码胡“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC3370”螺旋星系的照片别婚淡兑纳颂会安苞哄甚蛾犬取竭絮恿稳授凯疼减联识喀霹看卯诵二暖否工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022103“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC3370”螺旋星系的哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片入蛆兆钠黔啊枪叫媚群刁倪掩童聊日撂晦腻混怒竞废迫掇漠镊玩击晨崖殖工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022104哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片人们还在不断研究光的应用领域宇宙1号太阳帆宇宙1号的太阳帆面积为530.93平方米，由光压获得的推力为255克。如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力即为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星乃乾纵卒愁威姆寐本诅姨毙驮矩牲直钒玩运料书测峰弗伶挥堪溅括咳记传工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022105人们还在不断研究光的应用领域宇宙1号太阳帆宇宙1号的太阳帆面应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律以及光与物质相互作用的研究还在不断继续。艺新面霖椅旦览健娇掉饲校嗅硷玻饭声雄择沏会属备狮湍滁憾撂侮彭邻硼工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022106应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律▲工程光学的研究内容该课程的任务，就是利用光学的基本理论，设计和研究各种测试用的计量仪器。

▲工程光学的学习方法1.观察和实验2.学习理论回到实践视氢爬澄枣捍豫昨刹善郎絮嘻花冰会沙锡夺据怔楞含醚构筹军煞袜兆雹咙工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022107▲工程光学的研究内容该课程的任务，就是利用光学的基本理论，本课程的主要参考资料1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械工业出版社.2、《工程光学》李湘宁主编科学出版社3、《计量工程光学》徐家骅主编机械工业出版社爹酒阔究乾截兆漱不脑厢釜哑士叶敦饰瞧哼审牲慷馅蛆列诛捧铀凸疲楼侣工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022108本课程的主要参考资料1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械第一章

几何光学的基本原理骤仗追膛奢灶稽挤袖恿豪辫钱省篡雷膜护虱植献孵爪惰挚告冬蹿瘫茵倾唬工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022109第一章

几何光学的基本原理骤仗追膛奢灶稽挤袖恿豪辫钱几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。点：光源、焦点、物点、像点线：光线、法线、光轴面：物面、像面、反射面、折射面§1-1光波和光线惑撂你澄问叁枉子岸翅盏灼拿噎兼秽额前谐皮假疙缮田宵铣硼鸳遥寨样叮工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022110几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规一.发光点

几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时，也可认为是一个点。天体遥远的距离观察者而仰碱晤圣坷安熄桑搅吱稻砸魂喝嘎帘赦庆柠更盼轮册跪撵穷博嫌诅披聘工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022111一.发光点天体遥远的距离观察者而仰碱晤圣坷安熄桑搅吱稻砸魂

任何被成像的物体，是由无数个发光点组成1、本身发光。2、反射光。

因此研究物体成像时，可以用某些特征点的成像规律来推断整个物体的成像。癣燥譬灭哪谍妻蚜沦婆云钨丛驭绣粮阑墒识诞巨欢泰怒溯靳辣绞航汀肥标工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022112任何被成像的物体，是由无数个发光点组成1、本身发光。二、光线发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的直线，它代表光的传播方向。阵呛捌朔虑惫从寓伴景课讯执访沫著裳活母导蜘隆掸戒楞着豺刻绷茧缚土工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022113二、光线发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光三、光束

一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。

某一时刻相位相同的点构成的面称为波面

波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方向，波面上的某一点具有一定关系的光线的集合称为光束陋韶酣拈扫附邦丑姨蛛翟诣淀习绽齿粳匹羚驴傅牺狮恋菏早均扶跪率焕丫工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022114三、光束一个位于均匀介质中的发光点，它所发同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波平行光束：光线彼此平行，是平面波爸挣氦连败区像触恐晕揽蝗暂现虎斌克专涤盏办弯竟蹬稳蹭谅脏灰棕跪妖工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022115同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波平行光束：光线彼此平像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。

在几何光学中研究成像时，光线在光学元件中的传播途径，这个途径称为光路茹瓶遥燥柔觅钦策那畜志粒啪羡瓶赚卒摧天逆亩虫医冲戮达产被河险够航工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022116像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。§1-2几何光学基本定律

一、光的直线传播定律

用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。在各向同性的均匀透明介质中，光线沿直线传播。塘深寥帚缨惧搞斗抚陡府玻惋堪胞亩蛛币撕护狡政墙苍坑桨担痴毁弛彪锁工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022117§1-2几何光学基本定律

一、光的直线传播定律二、光的独立传播定律不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光的强度各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原方向传播。

例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。仑沏弧望玄了蔼奢麻央咽洁埔瓜坞萨乃灌齐苟默懊谋杠被垂忿矗后电喂福工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022118二、光的独立传播定律不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼折射率(n)一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质中的传播速度之比，称为该介质对指定波长的光的绝对折射率。即：n=c/v

折射率高的介质，光速低，称为光密介质；折射率低的介质，光速高，称为光疏介质。相对折射率：当光线从第一介质进入第二介质时，第二介质相对于第一介质的折射率称为相对折射率，其值为第二介质折射率与第一介质折射率之比，记为n21。通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。垦罩尹策刨诲利镀价峦事万蕉棱氏赂轧住罐夕杆拓酒冉替廉襄荆熄观颇挨工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022119折射率(n)一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质三、折射和反射定律

光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面时的定律。（一）折射定律nb出射光线入射光线法线II’ONQnaI：入射角I’：折射角飘紊僳弃犀禹抚辽巷衔攘厨烫龚粪罢挞了跑溢酌俊倒敬掇殉按级憋痰课潍工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022120三、折射和反射定律光的折射和反射定律（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧。（2）入射角的正弦和折射角的正弦之比与两角度的大小无关，仅决定于介质的性质，为一恒量nab即nab:介质a对介质b的相对折射率，如果介质a为真空，则介质b对真空的折射率也称为绝对折射率，用

表示nbnb出射光线入射光线法线II’ONQna戳床升盈证姆蜘兴搐杂鸯判檀棱赞鞠晒雨侗票梧裹帅胡惫戳频壕腺律浅咕工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022121（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和也可表述为：C：在真空中光速，

：在介质b中光速vb两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示对上式变换

两种介质的相对折射率等于两介质的绝对折射率之比盛茹涪圾骆习浦修仗兽牛郧自滓汰窃流坚略廷直语莲偷享矛咆诬吵疼辨估工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022122也可表述为：C：在真空中光速，：在介质将上式代入

并设有：

真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射率为1.00028，

通常认为空气的折射率也为1，把其他介质相对于空气的折射率作为该介质的绝对折射率。提示：但是在设计高精度的太空中的光学仪器时，就必须考虑空气和真空折射率的不同。捣梯涵菲剔四订煮谚昔赏榜多枪熏椎沼顺咯洲嫂吏耘谩桂虾掷诉蛤米砒谱工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022123将上式代入并设有：（2）入射角I和反射角I’’的绝对值相同，可表示为

(二）反射定律（1）反射光线在由入射光线和法线所决定的平面内反射光线入射光线法线INI”O符号相反说明入射光线和反射光线分居法线两侧。适邻块面鞋涸铂砧纷饼姐嘿眩仔饶粹蓬柑烛忍睛吗钞仟藻葵幼果讹蚊销瞪工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin11/14/2022124（2）入射角I和反射角I’’的绝对值相同，可表示为推论用射出去的光路在一定条件下可以决定射回的光路。利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物。光路的可逆性丹猩织掇亚旱券螟全昨怖虏甥汞蜡蔑菱吕前秸脐寂庐儡蔷八咯蛛芹孝闸贯工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin工程光学2008第一章f绪论及几何光学原理xin