工程光学-第三章讲稿.ppt

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1、工程光学-第三章1第一页，讲稿共四十页哦主要用途：n改变光路方向n转像、倒像、分光 n产生色散用于光谱分析n第三章 平面与平面系统2第二页，讲稿共四十页哦主要内容：n平面镜成像n平行平板 n反射棱镜n折射棱镜与光楔n光学材料3第三页，讲稿共四十页哦一、平面镜成像 它是唯一能成完善像的最简单的光学元件。第一节 平面镜成像1、成像原理：RAQP AQP AP=APA点位置与入射角无关,完善成像.4第四页，讲稿共四十页哦2.成像性质:令r=,n=-n,由球面成像公式可得112llnnnrrlnlll 1 yyll y=y正立的像;l=-l 分布在两侧,成虚像;=1 等大的像;因此，等大正立的像与物完

2、全对称于平面镜。5第五页，讲稿共四十页哦3、物理解释：对称性 这种对称性，使一个右手坐标系的物，变换成左手坐标系的像。例如照镜子时的右手只能与镜中的你的左手重合。这种像称为镜像。6第六页，讲稿共四十页哦（1）奇数次反射成镜像，偶数次反射成 与物一致的像。（2）当物体旋转时，其像反方向旋转相 同的度数。7第七页，讲稿共四十页哦二、平面镜旋转特性 入射方向不变,旋转平面镜,反射光线的变化规律.(I1+)-(-I)根据反射定律:(I1+)-I =(I1-I)+=2I1-I18第八页，讲稿共四十页哦重要特性：当入射光线方向不变而使平面镜转动角时，反射光线的方向改变2角。（偏转角与入射角大小无关）应用：

3、测量微小角度或位移光学杠杆 9第九页，讲稿共四十页哦LMFyf xa2B测量微小角度:测量微小位移:tan222yyfff222xfyffxKxaa其中,K为光学杠杆的放大倍数.10第十页，讲稿共四十页哦三、双平面镜成像PQRO1O2MN-I1I1I2-I2性质：在双平面镜系统中，出射光线和入射光线的夹角与入射角无关，只取决于双面镜的夹角。公式:2 在O1O2M中,121122()()2()IIIIII在O1O2N中,12II因此,211第十一页，讲稿共四十页哦上述性质也可以结合单平面镜旋转成像特点，很容易论证。I1-I1=212第十二页，讲稿共四十页哦 根据这一性质，如果双面镜的夹角固定，当

4、入射光线方向一定时，双面镜绕其棱边旋转时，出射光线方向始终保持不变。这一性质用于双面镜折转光路非常有利，其优点在于，只需加工并调整好双面镜的夹角，而对双面镜的安置精度要求不高，不像单个反射镜折转光路时调整困难。13第十三页，讲稿共四十页哦连续一次像：连续一次成像可以认为是由物体绕棱边旋转2 角而形成的,旋转方向由第一反射镜到第二反射镜.14第十四页，讲稿共四十页哦第二节 平行平板定义：平行平板是由二个相互平行的折射平面构成的光学元件，如分划板、微调平板等。dn15第十五页，讲稿共四十页哦一、平行平板的成像特性 n2121,IIUU角度关系:成像特性:122tan1,1/1,1tanUU16第十

5、六页，讲稿共四十页哦光线经平行平板后方向不变；平板是个无光焦度元件，不会使物体放大或缩小，在系统中对光焦度无贡献。17第十七页，讲稿共四十页哦光线经平行平板后，产生侧向位移T和轴向位移L：PRQP显然,1sinTLI 1tanP QLPRdP RdI11tan(1)tanILdI1tanP QdI21II111111tansin(1)cossin(1t n)cosaIdITdInIII21UU18第十八页，讲稿共四十页哦 轴向位移L随入射角I1，(即孔径角U1)的不同而变化.这表明:轴上点发出的不同孔径的光线经平板后与光轴的交点不同。因此,平行平板不能成完善像。11tan(1)tanILdI由

6、像的位置 可知:19第十九页，讲稿共四十页哦二、平行平板的等效光学系统:应用 1.平行平板的傍轴成像在傍轴区以细光束成像时,I1和I1都很小,因此轴向位移为1111tancos(1)(1)t1a(s)nco1IILddInIdln 20第二十页，讲稿共四十页哦物理意义：在傍轴区，平行平板的轴向位移只与其厚度d和折射率n有关，与入射角无关。因此，平行平板在傍轴区以细光束成像是完善的。这时,像可认为是由物移动一个轴向位移而得到的.21第二十一页，讲稿共四十页哦2.等效空气平板作用:借助等效空气平板的成像,结合轴向位移公式,来确定实际的平行玻璃平板的成像.优点:无需对平行玻璃平板进行逐面成像计算.只

7、需考虑平行玻璃平板的入射面和出射面的位置.dddln 等效厚度:22第二十二页，讲稿共四十页哦第三节 反 射 棱 镜反射棱镜：将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件。作用：折转光路、转像、倒像和扫描等。23第二十三页，讲稿共四十页哦一、名词解释 棱镜的光轴：光学系统的光轴在棱镜中的部分.棱镜光轴为折线。光轴的折射次数=棱镜反射面数棱镜的棱：工作面(反射面和折射面)间的交线。主截面：垂直于棱线的平面。光轴位于主截面内光轴截面 24第二十四页，讲稿共四十页哦二、反射棱镜的类型 大体分为四类：简单棱镜 屋脊棱镜 立方角锥棱镜 复合棱镜 25第二十五页，讲稿共四十页哦1.简单棱镜1)一次反射棱

8、镜:一个反射面26第二十六页，讲稿共四十页哦2)二次反射棱镜:两个反射面 相当于一个双面镜:其出射光线与入射光线的夹角取决于两反射面的夹角，像与物一致，不存在镜像。27第二十七页，讲稿共四十页哦3)三次反射棱镜:三个反射面斯密特棱镜:出射光线与入射光线夹角为45度,奇次反射成镜像.优点:光线在棱镜中的光路很长,可以折叠光路,使仪器结构紧凑.28第二十八页，讲稿共四十页哦屋脊棱镜,立方角锥棱镜,复合棱镜(自学)29第二十九页，讲稿共四十页哦第四节 折射棱镜与光楔 折射棱镜：通过两个表面对光线的折射进行工作的棱镜.折射棱:两折射面的交线称折射棱.折射角:两折射面间的二面角称为折射棱镜的折射角。主截

9、面:垂直于折射棱的平面称为折射棱镜的主截面。30第三十页，讲稿共四十页哦一、折射棱镜的偏转1.偏向角，其符号规定为：由入射光线以锐角转向出射光线，顺时针为正，逆时针为负。nI131第三十一页，讲稿共四十页哦2.偏向角的计算：对入射、出射两面用折射定律121212121111sin()cos()sin()cos()2222IIIInIIII1122sinsin,sinsinInIInI两式作差，使用和差化积公式在法线与折射光线构成的三角形中12II在三条光线构成的三角形中12II32第三十二页，讲稿共四十页哦可求得偏向角为：上式表明，偏向角与，n和I1有关，对于给定棱镜，n是一定的，随I1的变化

10、过程中有一极小值m。12121cos()2sinsin122cos()2IInII33第三十三页，讲稿共四十页哦可以证明，当I1=-I2,I1=-I2时，m为极小值。sinsin22mnnI1常利用折射棱镜的最小偏向角法测量玻璃的折射率。34第三十四页，讲稿共四十页哦二、光楔及其应用 1.定义:折射角很小的棱镜称为光楔。2.偏向角公式:当I1很小时，折射棱镜偏向角公式简化为(1)n12121cos()2sinsin122cos()2IInII35第三十五页，讲稿共四十页哦结论：当光线垂直入射或接近垂直入射时，所产生的偏向角仅由光楔的折射角和折射率所决定。(1)n36第三十六页，讲稿共四十页哦3.将垂轴的微小位移y转换为沿轴的大位移x进行测量.(1)yxnx 37第三十七页，讲稿共四十页哦三、棱镜色散 1.色散：白光经棱镜后被分解为各种色光，在棱镜后将看到各种颜色，这种现 象就是色散。2.色散曲线：n38第三十八页，讲稿共四十页哦3.白光光谱39第三十九页，讲稿共四十页哦第五节 光学材料 对光学材料的总体要求：折射材料对工作波段有良好的透射率，反射元件对工作波段有很高的反射率。(自学)40第四十页，讲稿共四十页哦