第17章几何光学精选文档.ppt

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1、第17章几何光学本讲稿第一页，共二十二页 不同波长的光波对人眼有不同的视觉反映不同波长的光波对人眼有不同的视觉反映760630600 570450 430500400nm红外红外紫外紫外埃埃纳米纳米常用单位：常用单位：本讲稿第二页，共二十二页光的强度（光强光的强度（光强 I）单位面积上的平均光功率单位面积上的平均光功率由坡印廷矢量（能流密度）平均值确定由坡印廷矢量（能流密度）平均值确定真空中电磁波平均能流密度真空中电磁波平均能流密度(Eo和Ho分别是电场和磁场的最大值)本讲稿第三页，共二十二页真空中光强真空中光强介质中光强介质中光强光强与电场强度光强与电场强度E2 成正比成正比光强与光振动振幅

2、光强与光振动振幅A2 成正比成正比本讲稿第四页，共二十二页单色光单色光具有单一频率（或波长）的可见光具有单一颜色，称单色具有单一频率（或波长）的可见光具有单一颜色，称单色光光一般一般,可见光都不是单色的，含有多种波长成分。可见光都不是单色的，含有多种波长成分。光谱光谱 非单色光中各单色光强按波长的分布非单色光中各单色光强按波长的分布连续光谱连续光谱不连续光谱不连续光谱太阳光谱太阳光谱原子光谱原子光谱谱线宽度谱线宽度 一般，单色光的波长也有一定的范围一般，单色光的波长也有一定的范围原子指纹原子指纹本讲稿第五页，共二十二页二二.几何光学三定律几何光学三定律波源波源 光源光源波阵面波阵面 光传播过程

3、中光到达空间的点的集合光传播过程中光到达空间的点的集合1.几个基本概念几个基本概念点光源：波阵面呈球形点光源：波阵面呈球形 球面波球面波扩展光源或无穷远处点光源：扩展光源或无穷远处点光源：波阵面呈平面波阵面呈平面 平面波平面波波射线（波线、光线）波射线（波线、光线）代表光波传播方向的射线代表光波传播方向的射线从光源出发从光源出发与波阵面正交与波阵面正交本讲稿第六页，共二十二页波阵面和波射线的图示波阵面和波射线的图示平面波平面波球面波球面波*本讲稿第七页，共二十二页2.几何光学三定律几何光学三定律在非均匀介质中，光线发生弯曲在非均匀介质中，光线发生弯曲日出、日落日出、日落海市蜃楼海市蜃楼介质突变

4、：光线发生折射、反射介质突变：光线发生折射、反射定律定律 2：光的反射定律：光的反射定律定律定律 3：光的折射定律：光的折射定律 n1n2定律定律 1：光在真空中或：光在真空中或均匀均匀介质中沿直线传播介质中沿直线传播本讲稿第八页，共二十二页三三.全反射全反射由折射定律可求得折射角由折射定律可求得折射角光密媒质到光疏媒质光密媒质到光疏媒质折射角大于入射角折射角大于入射角增大入射角增大入射角 i，可使折射，可使折射角角 r=900 临界角临界角继续增大入射角继续增大入射角 i，全反射全反射光线无折射，只有反射光线无折射，只有反射n1n2本讲稿第九页，共二十二页全反射角全反射角折射角折射角 r=9

5、00对应的临界角对应的临界角应用：应用：光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）本讲稿第十页，共二十二页光光 导导 纤纤 维维本讲稿第十一页，共二十二页n1n2四四.光的可逆性原理光的可逆性原理光线的传播方向逆转时光线的传播方向逆转时,将逆着同一路径传播将逆着同一路径传播.本讲稿第十二页，共二十二页17.2 成像的基本慨念成像的基本慨念一一.光光 程程单色光在真空中传播，单色光在真空中传播，单色光在介质（单色光在介质（n）中传播，）中传播，光在介质（光在介质（n）中的光速）中的光速 v 与真空中光速与真空中光速 c 有关系：有关系：介质中的速度介质中的速度 v 是真空中的光速是真空中的光速 c 的的n

6、 分之一分之一本讲稿第十三页，共二十二页光在介质中的波长光在介质中的波长 是真空中波长的是真空中波长的 n 分之一分之一单色光在真空或不同的介质中传播时，频率不变单色光在真空或不同的介质中传播时，频率不变本讲稿第十四页，共二十二页 光程光程本讲稿第十五页，共二十二页需时间需时间单色光在单色光在介质介质 n 中传播路程中传播路程 l 所需要的时间所需要的时间等于光在等于光在真空中真空中传播路程传播路程 nl 所需要的时间。所需要的时间。光波在某一介质传播的几何路程光波在某一介质传播的几何路程l与介质折射率与介质折射率n的乘积的乘积光程光程L考虑某单色光在介质考虑某单色光在介质 n 中传播路程中传

7、播路程 l本讲稿第十六页，共二十二页经过几种不同介质经过几种不同介质连续介质连续介质光程与几何路程间的关系光程与几何路程间的关系1.几何路程相等几何路程相等,光程不一定相等光程不一定相等;反之反之,也是这样也是这样;2.光通过相等光程所需时间相同光通过相等光程所需时间相同;光经过相等几何路程所需时间不一定相等光经过相等几何路程所需时间不一定相等;3.光程实际上是把光在不同媒质中传播的几何路程折算成光在光程实际上是把光在不同媒质中传播的几何路程折算成光在真空中传播的几何路程真空中传播的几何路程.本讲稿第十七页，共二十二页 光程差光程差本讲稿第十八页，共二十二页 例例 计算图中光通过路程计算图中光

8、通过路程 r r1 1 和和 r r2 2 在在P P点的相位差。点的相位差。nS1S2r1r2dP解：解：本讲稿第十九页，共二十二页二二.透镜的等光程性透镜的等光程性本讲稿第二十页，共二十二页三三.费马原理费马原理光在真空中或均匀介质中沿直线传播光在真空中或均匀介质中沿直线传播光在不同的介质中怎样传播？光在不同的介质中怎样传播？光沿光程为光沿光程为极值极值的路线传播的路线传播费马原理费马原理极小值、极大值、稳定值极小值、极大值、稳定值本讲稿第二十一页，共二十二页用费马原理可以证明光学定律用费马原理可以证明光学定律真空或均匀介质中，两点间存在最短距离真空或均匀介质中，两点间存在最短距离直线直线直线传播定律：直线传播定律：反射定律：反射定律：OOB任意路线：任意路线：A O B对称路线：对称路线：A O B对界面反射，对界面反射，三角形三角形AOB中，中，AOBAO+OB由于对称由于对称AB对称路线最短对称路线最短本讲稿第二十二页，共二十二页