2022年第一章光学基础知识.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 光学基础学问肉眼能感觉到的光称为可见光,它来自各种自然光源和人造光源;光实质是电磁波,可见光的电磁波波长在 争论可见光的物理现象有:380nm760nm 之间;1、光是直线传播的:人影、小孔成像、木工观看平面直不直时都是该现象 的验证;2、光是独立传播的;3、光路是可逆的;4、光到达两个介质的介面时,光要产生反射和折射;第一节 光的反射和球面镜成像一、光的反射当光线投射到两种介质的分界面上时,一部分光线转变了传播方向, 返回第一媒质里连续传播,这种现象称为光的反射;自然界的反射分为:漫反射(不规章反射)镜面反射(规章反射)当介质的分界面
2、(反射面)粗糙凹凸不平常,即使入射光线是平行的,反射 光线并不平行,这种反射称为漫反射(不规章反射);当介质的分界面(反射面)光滑平整时,入射光是平行的,反射光仍旧平行 的反射,称为镜面反射(规章反射) ;二、反射定律入射光线法线反射光线1、反射光线在入射光线与法线所打算入射角反射角的平面内,反射光与入射光线分居在法线i 1i 2两侧;2、反射角等于入射角: i1i2 ;入射点名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - AOA三、平面镜成像 像的性质:虚像 正立 等大依据等大的性质,可以证明AOAO 当验光室长度尺寸达不到国
3、家规定的 成像的原理,将长度尺寸压缩一半;5 米 6 米的距离时, 可以利用反射镜2.5 米5 米2.5 米四、球面镜成像镜的反射面为球面的一部分称做球面镜反射面为球形的凹面凹面镜凹面镜凸面镜反射面为球形有凸面凸面镜1、凹面镜的成像:CFOfr名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 镜面的几何中心点 O,称镜面的顶点;镜面的曲率中心 C,称镜面的球心;过球心与顶点的连线称为主光轴,简称为主轴;当一束平行于主轴的光线入射,经凹面镜反射后相交于镜前主轴上的一点 F,F 点称为焦点;焦距到顶点的距离FO 称为焦距,用 f 表示
4、;可以证明: f = r r 为曲率半径2 求凹面镜的成像问题 (已知物体位置, 求像的位置),可以用二种方法解决;公式运算法ABBFfASS如图,假设物体 AB ,离凹面镜距离(物距) S;像 AB ,离凹面镜距离(像距) S ;就有如下等式:1 1 1 S Sf 符号规章:a、 入射光线自左向右为正, 反之为负; 反射光线自右向左为正, 反之为负;b、物坐标以球面镜顶点为原点,向右为正,向左为负;c、 像、曲率中心和焦点的坐标也以球面镜顶点为原点,向左为正,向右为 负;d、物点和像点在主轴上方时,其坐标为正,反之为负;e、 图中要表示长度字母时,如要表示负数,应在其前加以负号;作图法:利用
5、三条特殊光线a、 与主轴平行的入射光线,反射光线过焦点;b、过焦点的入射光线,反射光线平行主轴;名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - c、 过球心的入射光线,反射光线沿原路反射;ABFOFAOABBBA2、凸面镜的成像:留给学员自己完成;其次节 光的折射一、光的折射 光线到达两个介质的界面时, 一部分光线在界面上反射, 另一部分光线转变 传播方向,进入到另一种介质里连续传播,这种现象称为光的折射;光的折射是普遍存在的物理现象,如插入水中的筷子,浸入水中的部分与 气中的部分有弯折现象;观看位于池底的物体有变浅现象;二、折
6、射定律 如右图 n1 i折射定律:1、折射光线在入射光线和法线所打算的平面内,OIn2折射光线和入射光线分居法线两侧;2、Sini Sini 常数三、折射率1、光在真空中的传播速度C30 万公里 /秒,光在其它介质里传播速度要下降,如在水中, V 水3/4C,玻璃中, V 玻2/3C 等等;这种引起光的传播速度发生变化的缘由,介质的肯定折射率,简称折射率;反映出介质的一种光学特性, 称作名师归纳总结 nC CVn 1第 4 页,共 37 页V - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 任何介质都有折射率的数值,空气的折射率 n1 折射定律可表示成:Sini n
7、2即n1Sinin1Sinin2 Sini四、光的全反射光的传播速度大的介质,也即折射率小的介质称为光疏媒质;光的传播速度小的介质,也即折射率大的介质称为光密媒质;当光线从光密介质进入光疏介质时,折射角将大于入射角, 随着入射角的增大,折射角也增大; 如折射角为 90 时,折射光线沿界面折射, 入射角 再 s增大,折射光线将变成反射光线,遵循反A90射定律;对应于折射角为90 时的入射角 A 称为临界角;依据折射定律,介质的临界角对于真空或空气有:n1 SinAn2设 n1n 所以 SinA= Sin90n2=1 1 n全反射是自然界中常见的现象,如玻璃中的气泡特殊光明是全反射的关系;近视眼镜
8、片的涡旋现象,就是由于射入镜片光线在周边发生折射和全反射的结 果;折射棱镜依据全反射的原理,反射面可以不镀反射膜;第三节 透镜和透镜成像一、透镜 两个包涵面所包涵的透亮体透镜;包涵面可以是球面或一球面一平面或一非球面一平面或一非球面一球面;透亮体可以是玻璃,可以是高分子聚合物,也可以是动物的活体;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 透镜的分类如下:正透镜双凸 平凸弯月形透镜负透镜双凹 平凹弯月形透镜两球面的球心的连线称为透镜的主光轴,称为光学中心,简称为光心;假如透镜的厚度比起两球面的曲率半径小得多,光度影响可以忽视
9、不计,这种透镜称为薄透镜;它可用下面简图表示:简称主轴,主轴与透镜的交点或者透镜的厚度对透镜的屈O O正透镜 负透镜负镜片都可作为薄透镜处理,度数不高的正镜片(5.00D)也可作为薄透镜处理;在薄透镜条件下,问题的争论和运算可以大大简化;二、透镜的焦点、焦距和焦平面一束平行于主轴的光线入射到正透镜上,上某点,这点称为焦点;经过透镜的折射光线将会聚到主轴F像 方F物 方透镜的焦点有两个,物方焦点和像方焦点;用F 和 F 表示;名师归纳总结 物方焦点到透镜的距离称为物方焦距,用f 表示;第 6 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 像方焦点到透
10、镜的距离称为像方焦距,用 f 表示;透镜焦距的大小可用下式运算:1 f( n1)(1 1 )FffFBr1r2A三、透镜的成像1、正透镜的成像:B公式运算法:1 SSA1 1 S Sf符号规章: a、以透镜为准,向左为负,向右为正;b、以主轴为准,向上为正,向下为负;c、要表示长度字母时,如要表示负数,应在其前加上负号;作图法:利用三条特殊光线a、 平行主轴的入射光线折射后过像方焦距 F ;b、过物方焦点 F 的入射光线折射后平行于主轴;c、 过光心的入射光线,折射后方向不变;AFSFBAFAFBBB SA利用焦平面性质作图 焦平面AFFA名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共
11、 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 透镜成像放大率运算公式:当KABSS AB K0 时正立、虚像K0 时倒立、实像K 1 时放大像K 1 时等大像K 1 时缩小像2、负透镜的成像:留给自己学习;第四节 棱镜(略)其次章 眼镜片概论第一节 眼镜片的分类眼镜片按材料和规格用途进行争论;一、按材料分类晶石片玻璃片塑胶片1、晶石片:为自然晶体n1.543 比重 2.65 克/cm无色:水晶片浅茶晶片有色:茶晶片(茶晶)墨晶片分成五档,市净、市行、小棉、中棉、大棉(棉:是指晶石片中的石棉成效) ;名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 37 页精选学习资料 -
12、- - - - - - - - 鉴别方法:目测:看颜色、水纹、石性;手感:感觉光滑、潮湿的程度;从摩氏硬度看,自然金钢石10,红宝石、兰宝石9 晶石片 7,玻璃片 55.5(塑胶片 4)愈硬的东西,愈能加工光滑;温:温度,水晶片的传导系数的关系要比玻璃片感觉冰一些;润:潮湿感;仪器检查:检查成份、双折射;现在市场上假冒的水晶主要为人造水晶,又分为:熔炼水晶:水晶矿石经过熔炼而成;生成水晶:石英粉末在高温高压下生长而成;水晶重量较大,加工困难,对红外、紫外不能吸取,而且存在双折射,价格 昂贵,所以作为眼镜镜片的加工已被玻璃或塑胶片所代替;2、玻璃片:光白片 无色 高折射率片 克斯片 有色 克塞片
13、 变色片光白片透光率 91% 比重 2.54 克/cm 3光白片:UV 光白片光白片: n=1.53 V=60.5 UV 光白片: n=1.523 V=58.6 透光率 91% 可吸取 380nm 波长以下的紫外线;一般用作平光、近视、远视、散光和双光镜片的制作加工;高折射率片:名师归纳总结 n=1.651.90 V=3141 3 比重 2.994.80 克/cm第 9 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由于 n 高,在相同屈光度情形下, 眼镜片弯度可做得浅一些, 所以镜片边缘 较薄、重量变轻,适合高度数眼镜片的制作加工;高折射率镜片的
14、缺点:a、 色差大,由于 V 较低,经过眼镜片边缘的物体成的像带有色边;b、像散大,由于眼镜片弯度问题,眼镜片边缘视场成像不清楚;c、 透光率低,含氧化铅较多的缘故;克斯片:眼镜片材料中添加氧化铈、氧化钕等物质;n=1.523 V56 透光率 84% 可吸取 340nm 以下波长的紫外线;在日光下呈浅兰色,白炽灯下呈浅紫黄色;其用途同光白片;克塞片:眼镜片材料中添加氧化硒、氧化锰、氧化铈等物质;n=1.523 V56 透光率 86% 可吸取 350nm 以下波长的紫外线;镜片呈浅粉红色;其用途同光白片;变色片:又称光致变色片;是在玻璃材料中添加卤化物的缘故;如AgI Ag+I国内有灰变和茶变;
15、添加 AgCl 添加 AgBr 如再添加钕或镨,眼镜片就会引起兰灰变化或粉红茶色变化;变色片的饱和度(最高浓度时的状态)和变色时间取决于以下四个因素:饱和度高、变色快 饱和度低、变色慢名师归纳总结 A、光源种类短波光线长波光线第 10 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - B、照度照度大照度小C、眼镜片温度温度低温度高D、眼镜片厚度镜片厚镜片薄配变色片留意事项:A、损坏一片,应两片同时换;工厂是按锅号配对的;B、屈光度数较高的镜片(大于5.00DS)不宜配变色片;C、眼镜片退色不完全时,眼镜片已老化应准时更换;3、塑胶片:有机玻璃 PMMA
16、 (亚克力)CR39 PC 片 有机玻璃片(亚克力)n=1.491 V=57.6 透光率 92% 3 比重 1.19 克/cm耐磨性 2H 一般用于太阳眼镜片的制作;CR39:n=1.498 V=57.8 透光率 8992% 3 比重 1.32 克/cm耐磨性 4H 现在已开发出 n=1.561.74 的眼镜片优点:a、不易破裂,破裂后破口不锐利;b、重量轻;c、可以便利地染色;d、对紫外吸取优于普遍玻璃眼镜片;特殊适合同学、野外工作人员、体育工作者使用;缺点:a、表面硬度低:必需镀硬膜,镀硬膜后硬度可提高到 6H8H;眼镜片 请擦时必需先用水冲洗;b、透光率低:透光率为8992%,最好镀增透
17、膜;名师归纳总结 c、最小厚度厚:玻璃片最小厚度0.60.8nm, CR39 最小厚度1.2第 11 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1.5nm;PC 片:又称太空片、宇宙片;n=1.584 V=29.9 透光率 8591% 3 比重 1.20克/cm耐磨性 B 优点:a、强度高:强度很高,为玻璃片的60 倍,传统树脂片的10 倍,厚度为2.5 公分时成为防弹玻璃;b、重量特轻:比玻璃片轻57%,比传统树脂片轻37%,可以做得象超薄片一样薄;c、能 100%吸取紫外线;缺点:a、耐磨性差: 级别为 B,所以 PC 片一般要镀增硬膜(作
18、为汽车防弹玻璃要镀防刮膜);b、色差大: v=29.9 现在小框架流行时期,色差的冲突并不突出;c、透光率低: 8691%,最好镀增透膜;二、按镜片规格用途分类 1、镜片规格:直径规格(略)厚度规格(略)2、按用途分类:近视 球面镜片 远视 散光镜片 平光 棱镜片 双光镜片渐进处特殊镜片偏振片 镀膜镜片名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次节 眼镜片的光学特性眼镜片的光学特性主要指折射率、阿贝数、透光率、匀称性等;一、折射率 材料的折射率定义为光在真空中的传播速度与光在该材料中的传播速度之 比;折射率用数字表示,
19、它恒大于 1;眼镜片的折射率是打算镜片屈光度的重要光学参数之一,折射率的大小可用 来衡量镜片的厚薄;折射率愈高,眼镜片就可加工得愈薄;正由于如此,追求高 折射率是将来镜片的进展方向;二、阿贝数 材料的阿贝数是按下式运算的:nd1 VnFnC 式中, nd黄光( d 光)的折射率 nF蓝光( F 光)的折射率 nC红光( C 光)的折射率阿贝数用数字表示,眼镜片材料的阿贝数大致在3060 之间,它是打算眼镜片色差大小的重要光学参数; 争论结果说明眼镜片色差的大小与阿贝数大小成 反比;但是世界上目前所发觉的一般光学材料的阿贝数与折射率也成反比,折射 率愈高,阿贝数愈低;因此,查找高折射率、高阿贝数
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