第十六章-几何光学础

1、第十六章几何光学,安徽大学出版社,ANHUIUNIVERSITY,大学物理学,161几何光学基本定律,162光在球面上的反射和折射,第十六章几何光学,163薄透镜,几何光学以光的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中的传播问题的光学.,量子光学以光和物质相互作用时表现出的粒子性和量子性为基础而建立的光学理论.,波动光学以光的波动性质为基础，研究光的传播及其规律的光学理论.,物理光学,波动光学,复杂振动,161几何光学的基本定律,1.光的直线传播定律：光在真空或均匀介质中沿直线传播.,一、几何光学的基本定律,2.光的独立传播定律：来自不同方向或不同物体发出的光线相交，对每一条光线的独立传播不发生

2、影响.,3.光的反射与折射定律：,(1)反射线与折射线均在入射面内.,入射光线,折射光线,入射角i,折射角i2,法线,反射角i1,反射光线,(2)反射角等于入射角.,(3)折射角与入射角正弦之比与入射角无关，是一个与媒介有关的常数.,第2种媒质相对于第一种媒质的折射率.,折射率越大，传播速度越小。,几种介质的折射率,介质折射率不仅与介质种类有关，而且与光波波长有关.在同一种介质中波长越短的光折射率越大.故同一介质对紫光折射率最大，对红光折射率最小.,临界角(criticalangle)ic相对于90折射角的入射角.,二、全反射,当,有,全反射(totalreflection)当入射角i大于临界

3、角ic时，将不会出现折射光，入射光的能量全部反射回原来介质的现象.,1.光需由光密介质射向光疏介质.2.入射角大于临界角.,产生全反射的条件：,水柱引导光线的行进,162光在球面上的反射和折射,1.同心光束：各光线本身或其延长线相交于一点，这样的光束称为同心光束(concentricbeam).,一、实像与虚像实物与虚物,2.光具组：变换入射同心光束的反射面或折射面的组合叫做光具组.,虚物未经光学系统变换的会聚同心光束的中心.,虚像经光学系统变换后的发散同心光束的中心.,实物未经光学系统变换的发散同心光束的中心.,实像经光学系统变换后的会聚同心光束的中心.,3.物和像,实线相交为实，虚线相交为

4、虚。,虚物(virtualobject)实像,会聚同心光束,会聚同心光束,实物(realobject)实像(realimage),会聚同心光束,发散同心光束,见教材P170图18-2-1,傍轴光线(paraxialray)与光轴夹角较小，并靠近光轴的光线.,二、光在单球面上的折射,傍轴光线条件下，近似成像是可能的.,傍轴条件,傍轴区域(paraxialregion)的物象关系：,屈光度D(diopter)的非法定计量单位,光焦度(focalpower)：表征球面屈折光线本领的常数.,单位：m-1,可由费马定理推导,光焦度表示单球面屈折光线的本领,与球面两边介质折射率差成正比,与球面半径成反比，

5、球面越“屈”，半径越小，光焦度越大,一旦球面半径r确定，球面两边介质(n,n)确定,物距s和相距s要受给定条件(r,n,n)限制,给定s，光焦度越大，光线弯曲越厉害，s越小,给定光焦度，s越大，s越小,几何光学常用的符号规则：,实正虚负,入射光从左到右：,(1)物点Q在顶点A左侧,s0;右侧,s0;右侧（虚像）,s0.球面半径与前面（折射）规定一样,对于反射情况，,反射球面成像的物像公式,平面镜成像公式,三、光在单球面上的反射,如图，P点和P点共轭,轴外共轭点的傍轴条件,横向放大率,P点在光轴之上，y或y大于零，反之小于零.,像与物同侧，像正立,像与物不同侧，像倒立,像放大,像缩小,四、放大率

6、,显然,折射球面横向放大率,球面反射,千万不要忘了负号，涉及到像的正、倒立,n与s一起，分子；n与s一起，分母,书上没有，了解即可,163薄透镜,一、焦距公式,为透镜厚度，d很小时，称为薄透镜.,重合为O(光心）,两式相加,薄透镜物、象方焦距,薄透镜焦距.,进一步，可得薄透镜焦距公式.,薄透镜是由两个球面折射成像,假设单球面光焦度分别为,透镜总光焦度为,其中,与单球面折射成像能统一起来,在物像方折射率时.,磨镜者公式.,物、象方都是空气,透镜折射率一定，可根据两边球面半径得到透镜焦距,二、成像公式,当两侧媒质相同，即,薄透镜物像公式的高斯形式,注意：各个量从光心算起！,也与单球面折射统一,凹透

7、镜的焦距为负值,凹透镜的焦距为什么是负的？,薄透镜物像公式的牛顿形式,注意：两焦点分别作为计算物距和像距的起点！,注意：所谓的高斯形式和牛顿形式，都是将透镜置于空气中,透镜两球面的横向放大率,总的横向放大率,三、薄透镜的放大率,等价于,薄透镜横向放大率公式,四、薄透镜成像的作图法,薄透镜成像作图法的三条特殊光线：,1)与主光轴平行的入射光线，折射后通过像方焦点F;,2)通过物方焦点F的光线，折射后平行于主光轴;,3)通过光心的光线，按原方向传播不发生偏折.,物点位于光轴上，可以利用焦平面和副光轴的性质来确定像点：,1)与副光轴平行的入射光线，折射后会聚在副光轴和像方焦平面的焦点上;,2)而物方焦平面上任意点发出的光，经透镜折射后，出射光线与过该点的副光轴平行.,平行于副光轴的光线汇聚于此,由光的可逆性可得（2）,五、密接薄