应用光学复习第一章

应用光学

复习课件第一章祝同学们考试顺利2•代表人物–胡克（R.Hooke）–惠更斯（C.Huygens）提出的。•其认为–光是一种波动，光的传播不是微粒的运动，而是运动能量按波的形式迁移的过程。–波动说能更简单地解释光的反射、折射现象。–遗憾的是由于把光现象看成某种机械运动过程，认为光是一种弹性波，因而必须臆想一种特殊的弹性介质（以太ether）充满空间，这种介质应密度极小和弹性模量极大。这些均无法实验验证。波动说Wavetheory3应用光学课程教学内容第一章几何光学的基本定律与成像概念第二章共轴球面系统的物像关系（重点）第三章平面镜、棱镜系统第四章光学系统中成像光束的限制第五章辐射度学和光度学基础（能量）第六章色度学第七章光学系统的像质评价和像差(成像质量的评价)第八章典型光学系统（望远镜、显微镜、照相机、投影仪）4第一章几何光学的基本定律

与成像概念

basiclawsofgeometricalopticsandbasicimagingconcepts5第一节几何光学的基本定律几何光学是以光线的概念为基础，采用几何的方法研究光在介质中的传播规律和光学系统的成像特性按几何光学的观点，光经过介质的传播问题可归结为四个基本定律：光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射定律和折射定律

61.光波、光线、光束

lightwaves、raysandbeams光波光波是一种电磁波，是一定频率范围内的电磁波，波长比一般的无线电波的短可见光：400nm-760nm紫外光：5-400nm红外光：780nm-40µm近红外：780nm-3µm中红外：3µm－6µm远红外：6µm－40µm78光源lightsources光源：任何能辐射光能的的物体点光源：无任何尺寸，在空间只有几何位置的光源实际中是当光源的大小与其辐射光能的作用距离相比可忽略不计，则视为点光源光学介质opticalmediums光学介质：光从一个地方传至另一个地方的空间。空气、水、玻璃各项同性介质:光学介质的光学性质不随方向而改变各向异性介质：单晶体（双折射现象）均匀介质：光学介质的不同部分具有相同的光学性质均匀各向同性介质性价比手机资讯尽在移动爸爸mtk手机网9波前wavefront波前：某一瞬间波动所到达的位置构成的曲面波面：传播过程中振动相位相同的各点所连结成的曲面在任何的时刻都只能有一个确定的波前；波面的数目则是任意多的球面波：波面为球面的波，点光源平面波：无穷远光源柱面波：线光源10光线：传输光能的有方向的几何线在各向同性介质中，光沿着波面的法线方向传输，所以波面的法线就是光线光束光束：具有一定关系的光线的集合同心光束：同一个发光点发出或相交于同一点平行光束：发光点位于无穷远，平面光波像散光束：既不相交于一点，又不平行，但有一定关系的光线的集合，与非球面的高次曲面光波相对应112.几何光学的适用条件光学系统的尺度远大于光波的波长介质是均匀和各向同性的•几何光学(GeometricalOptics)又叫射线光学，是光学的重要组成部分，也是光学的基础。•它采用几何方法研究光在均匀介质中的传播及应用，不涉及光的本质问题。•其基础是光波长趋于零(λ<<a,a为物体尺度)。123.基本定律光的直线传播定律各向同性的均匀介质局限性当光经过尺寸与光波长接近或更小的小孔或狭缝时，光的传播将偏离直线，“光的衍射”当光在非均匀介质中传播时，是沿曲线传播的13光的独立传播定律从不同光源发出的光线，在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光线独立传播利用这条定律，研究某一光线传播时，可不考虑其它光线的影响。大大简化我们对光线传播的研究14光的反射和折射定律光传播到两种不同介质的光滑分界面上时，继续传播的光线或返回原介质，或进入另一介质。前者称为光的反射，后者为光的折射。光的反射定律同一平面内；法线的两侧，且I′′=-I

n′II′n-I′′15界面入射面16折射旱定律在同夏一平逃面内ns衡in土I=n′久si哑nI′折射另率n：表尿征透途明介默质光蕉学性印质的烘重要嗽参数赏之一渣。n=虚c/证v,描述魄介质猪中的脏光速靠相对亏于真危空中菌的光筒速减辨慢程铸度的驻物理洲量空气齐，n略大毅于1（实船际应答用中葱大都剥假设夏为≈1）水，n努≈1料.3玻璃兵，n阴≈1捐.4疼5胁–1普.7雪5光折校射晶棉体，继如铌伸酸锂n类≈2凑.2乞–环2.晕3反射眨定律伯可以秤看作逼折射靠定律臣的特旋殊情庙况(n浸′=脾-妄n)174.两个揉重要父的光药学现伍象光路器可逆光的偶全反震射to勿ta狱l眨re暮fl哈ec闷ti竞on在一璃般情往况下案，光垫线至说透明症介质桨的分求界面砍时，耻将同纯时发燃生反粉射和例折射粗。在松一定贩的条德件下鸣，界街面可打将入泡射光罪线全棒部反骨射回歪去，掘而无种折射锤现象斗，这举就是庙光的喜全反换射。18当入更射角嗓增大敲到某劳一程炊度时民，折肾射角汪达到90°折射君光线甚沿界殃面掠验射出苗去，夹这时泽的入持射角求为临辆界入纱射角当I耗>Im时，I′变为印虚数折射饭光消部失，顽能量垂全部筒被反硬射发生筐全反听射的牛条件述：光线塞由光催密向丈光疏帅介质沟入射邻；入射在角>临界旬角19例如矿从须玻璃搁到空骡气的千交界携面：n=狂1.搁5,竭n′=1症,Im=s般in-11.止5/纹1=舰41卸.8°I>Im,可发芝生全稍反射20全反帆射广拖泛应凳用到晋光学毙仪器扯中：全反鞋射在持理论扰上优窜于一钳切镜鼠面反席射，击在实企际的翠光学计仪器棍中，袍常利容用全反于射棱如镜代替可平面具反射膨镜，石以较盲少光如能的佣反射界损失光纤指纹痰检测2122光纤23指纹吹开门/考勤光线地经玻卷璃射中到指辩纹谷酿的地梁方后渐在玻绸璃与江空气使的界爪面发撕生全馆反射贴，光艇线被圈反射移到CC陶D，而霜射向铲脊的利光线沉不发以生全寻反射庙，而贞是被永脊与辩玻璃标的接蛮触面披吸收取或者亚漫反燥射到秧别的奸地方璃，这唉样就冈在CC百D上形笑成了挨指纹具的图炎象245.费马区原理几何氏光学坚的三泻个基茂本定蹲律，君说明究了光详从一驱点传贤播到肤另一毕点的古传播缩慧规律餐，而防费马蚕原理困则从轮光程惹的角都度阐苍述光旗的传梅播规窄律费马鸭原理榆，不铲是建境立在桥实验叠基础观上的哄定律塔，也京不是橡从数能学上秀导出恒的定确理，听而是另一个最基芒本的赴假设嫩。费马居原理是几捷何光换学中蜘光传宰播的束理论碑基础积。很始多定甩律和绍对事狮物总萍图像斯的描秤述，陆均可写由其叫得到乎正确陈的结型果，滑但不拳是一依种计战算工壶具。25光程摸：光辣在介揭质中揭经过绘的几辟何路冈径l和该芦介质秩的折绢射率n的乘宵积L＝n*木l=各c/完v*屑l=夫c*脉l/惯v=誉c*榜t（t为光殿在介准质中蛛传播蜂的时连间）光在忘某种络介质肌中的妨光程磁，等盖于相抬同时洲间内罢光在倾真空割中的鬼传播锻距离舒。只要英光经罪过不迈同介璃质中初的传鼓播时摊间相睬同，龄则光罚程也篮相同在任爽意两订个波法面之迹间的克所有染光线礼，光滤程也缩慧相同文，（盼波面星是相易同时裁间到既达点洁的曲现面）光经晓过若具干种峡介质偏时，扮光程眼为各栽介质罢折射榜率与揪几何灯路径狗乘积丑之和弓。若介申质为馒非均蕉匀，爱折射苗率连耕续变深化，他则26费马转原理药：光皇是沿帅着光继程为千极值纪（极训大、姓极小状或常舱量）天的路谎径传惹播的杜。（16炼79年）可推侧导光自基本辜定律费马樱原理妨规定籍了光雀线传浩播的纠唯一馅可实兔现的墨路径承，不柳论光堪线正势向传赶播还喝是逆现向传楚播，献必沿该同一解路径笼。因怀而借掌助于螺费马汪原理伸可说爆明光易的可艳逆性闭原理大的正批确性对于治光程岗取极蜜大或鸦常量统的情浩况旋转签椭球坐凹面播反射爪镜27作业促：1.推导惕光纤泰的最容大入俱射角2.费马夏原理匠证明骡反射玩定律28第二糕节帮成像鱼的基米本概孤念一裹光学降系统光学暮系统完：由杨一系挖列反忆射、奔折射药表面资（零阅件）总按一焦定方诞式组梢合而洽成，耳从而誉满足刻一定叛使用座要求辨的组浩合球面消系统岂：光监学表唇面均茫为球忙面共轴好球面等系统蒜：各邮球面冰的球巡寿心均拳在一姨直线弹上非球般面系绵统：29二孕成像陕概念物点裂：物忆光束衡的交既点像点夜：像划光束宽的交车点成像拢：物亭点发枣出的辱同心绕光束衫、经筛光学韵系统皇后变魄为另模一个悬同心姿光束实物缝、实父像点短：实温际光售线的谣会聚匠点虚物链、虚赠像点车：由捧光线届的延劲长线吧构成裳的物酷像点共轭镰：物崇经光滑学系给统后炸与像众的对糕应关寸系（A、A′对称兄性）物空抬间：脑物所桐在的费空间兽（包丑括虚吊物）像空心间：兼物所唯在的塞空间芒（包间括虚蔬像）物空稠间与谢像空沉间可汤能重胸合30实物成虚像虚物成实像实物成实像虚物成虚像31完善句成像拆的条享件1.完善堡像的替定义：每阔一个两物点弄对应乎于唯羊一的锹一个直像点继，该乳像点快称为完善乡丰像点，物妈体上尺每个劣点经帜过光败学系甜统后半所成罗完善祥像点舒的集掏合就透是该岩物经钻过关纱学系抹统后秤的完善扇像2.完善们成像脱的条寨件：①入射骡波面缴为球贡面波滑时，侦出射旦波面斜也为制球面相波∵球面消波对妻应同锯心光呢束(会聚捡或发番散)∴②入射扰光束俊为同技心光嫩束时难，出腰射光造束亦顽为同春心光混束32马吕可斯定绢律Ma孤lu弊sla习w:垂直征于波购面的申光线浊束，从经过锹任意啄多次稍反射圣和折观射后狡，出自射波戴面仍镰和出桃射光贯束垂约直，程且入利射波杜面和劲出射旨波面只对应碗点之睡间的羽光程烈相等糊。费马帝原理摘，在阔任意错两个负波面堤之间住的所换有光抱线，酿光程偷也相杆同，灵（波振面是睁相同揭时间沙到达昌点的龟曲面母）一球雕面波羊在某斜时刻t1形成智一波取面，拖该波除面经宇光学是系