第1.2讲光学成像的基础知识PPT讲稿.ppt

第1.2讲光学成像的基础知识第1页，共16页，编辑于2022年，星期日光线的概念物理光学 研究光的本质，并以此研究各种光学现象几何光学 研究光的传播规律和传播现象光线 能够传输能量的几何线 具有方向的几何线第2页，共16页，编辑于2022年，星期日光线的传播规律（几何光学的基本定律）直线传播定律光线在均匀透明介质中按直线传播 举例：日食、月食、影的形成等等独立传播定律 光线在介质中的传播是彼此独立的第3页，共16页，编辑于2022年，星期日反射定律反射光线位于入射面内 入射光线和介质分界面法线构成的平面反射角等于入射角 r=iABNnnirNO第4页，共16页，编辑于2022年，星期日折射定律折射光线位于入射面内n sinI1=nsinI2反射定律可看作是折射定律在 n=-n时的特例 当n=-n时，I2=-I1第5页，共16页，编辑于2022年，星期日折射率和光速的关系真空中：c介质中：u绝对折射率：介质对真空的折射率 n=cu相对折射率：一种介质对另一种介质的 折射率 n1,2 =u1u2=n2n1第二种介质对第一种介质的相对折射率第6页，共16页，编辑于2022年，星期日光程的概念 光程：光线在介质中传播的几何路程 与该介质折射率的乘积 均匀介质：L=n l=c t 非均匀介质：dL=ndl L=真空 n=1L 介质 nltL=c tnL=1 L=Ll=u tn l=cu u t=c t=LABln(l)第7页，共16页，编辑于2022年，星期日费尔马原理费(尔)马：Fermat 法国数学家费尔马原理：实际光线沿着光程为极值 （或稳定值）的路线传播 光程值：极小值、或极大值、或常量 L=光线传播的基本规律 几何光学的基本定律：按具体情况分别说明 费尔马原理：用统一的方式加以说明 第8页，共16页，编辑于2022年，星期日由费尔马原理导出几何光学的基本定律直线传播定律 折射率 n 为常数 均匀介质中L=n l 两点之间直线最短 光程为极小值反射定律和折射定律 两介质的分界面为平面：光程为极小值第9页，共16页，编辑于2022年，星期日两介质分界面为曲面时的光程值光程AAAA=AMAM+MAMA 对对MM反射点：光程反射点：光程AAAA 的一级导数为零的一级导数为零椭球面：光程椭球面：光程AA=常数 PQ面：与椭球面相切于M点（曲度比椭球面大）光程AA为极大值 ST面：与椭球面相切于M点（曲度比椭球面小）光程AA为极小值MSTQP 焦点焦点椭球反射面AA第10页，共16页，编辑于2022年，星期日光路可逆定理1.无论光线经过多少次反射、折射2.不管光线通过什么样的介质光路总是可逆的 AABBOOn1n2I1 R1I1 I2第11页，共16页，编辑于2022年，星期日全反射现象条件：光线由光密介质（高折射率）射向光疏介质（低折射率）；光线入射角大于临界角I0求临界角（n1n2）n1sinI0=n2sin90=n2光线由介质射向空气第12页，共16页，编辑于2022年，星期日全反射现象的应用替代反射镜反射镜：反光膜吸收约10的光；反光膜易变质、损伤 全反射棱镜：减少光能损失测量介质的折射率已知 nA，求 nB（nAnB）测出I I0 0角值（亮暗的分界线）第13页，共16页，编辑于2022年，星期日例题人眼垂直看水池一米深处的物体，试问该物体的像到水面的距离是多少？（水的折射率为1.33）ii1mn=1.33xb第14页，共16页，编辑于2022年，星期日解法2利用光程的概念 物体到水面的光程为 1m物体像到水面的光程为 nx1mn=1.33x第15页，共16页，编辑于2022年，星期日作业题1.已知锗（Ge）的折射率为4.00，若要求从锗射入空气的光线发生全反射，其临界角为多少？2.为了从坦克内部观察外界目标，需要在坦克壁上开一个孔。假定坦克壁厚200 mm，孔宽120 mm，在孔内安装一块折射率为1.5163的玻璃，厚度与坦克壁厚相同。问能看到外界多大的角度范围？3.思考：当射击水底目标时，是否可以和射 击地面目标一样的进行瞄准？第16页，共16页，编辑于2022年，星期日