对几何光学的推广.ppt

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1、LOGO对几何光学的推广 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望LOGO引言 在利用几何光学处理问题时，主要面对的是研究光路从而得到成像的位置。但是，这并不是意味着几何光学的作用仅仅局限于这一点。光线的物理含义是波印廷矢量，其方向垂直于光传播的波面。对光线的理解不应仅仅停留在光的传播方向，而且要理解是能量的传播方向和能量大小的一个衡量方法。LOGOContents问题问题的引入的引入1利用光利用光线线的分析得到的一些的分析得到的一些结论结论2重新重新阐阐述

2、光度学的一些概念述光度学的一些概念3总结总结4LOGO问题引入v互成直角的两个反光平面至于平行的反互成直角的两个反光平面至于平行的反光束中，反射系数分光束中，反射系数分别为别为k1,k2。如果要。如果要两个面的面亮度相等，求板面与平行光两个面的面亮度相等，求板面与平行光束的束的夹夹角角1和和2。平板反射。平板反射为为各向同性各向同性反射。反射。LOGO问题引入分析：直接利用光度学的方法，需要假设光强I。需要把平面作为一个发光源，并且计算平面的辐亮度。这里采用一种新的方法。我们定义一个量“光线密度矢量”。已知反射系数相同，只需要让两个平面的反射光的强度相同即可。即：。由，1+2=90带入即可求得

3、1，2的数值。LOGO问题引入v：不妨用光线密度矢量，用S表示光线的传播方向，N表示光线数目（与每条光线所代表的能量相关n=E/C,E表示总能量，C表示每条光线所具有的能量J），A表示考察面积（与光线方向垂直，如不垂直则投影到垂直方向上）。则有关系式：=S。更准确的表达式应采用微分的形式，令A0，=（代表光线的传播方向）。LOGO问题引入v由于在一个无光源的体系内，一个封闭曲面的能量守恒（光的传播损耗及增益），有 =0，所以由高斯公式，有 =0。由的任意性，从而得到了 =0。如果考虑光的发射情况，就需要引入发光源的定义，只需利用斯蒂芬波尔兹曼公式得到光源的辐射情况即可修改光线的方程。LOGO利

4、用光利用光线线的分析得到的一些的分析得到的一些结论结论v1）定性分析一些情况vA，平行光 由于处处相等，所以能量在空间中均匀分布。vB，透镜 观察透镜的光路图，便可以发现：在光源附近，光线的密度（）大；而经过折射后光的传播发生了改变，产生了扩散（汇聚的趋势），导致减小（增大）。这直接反映了光的能量在空间中分布的不均匀性，并且可以有的大小直接比较能量。LOGO利用光利用光线线的分析得到的一些的分析得到的一些结论结论v2）定量计算几个问题vA，透镜成像 物发出光，经过透镜成像后，可以得到一个几何像点。理想情况该项点的面积A0，此时就有 ，表现为该点的光强无穷大。这与我们从弗朗禾费衍射公式中得到的结

5、论一致。vB，对于衍射问题的成像 由于衍射的存在，经过透镜后的光线并不能汇聚成为一点，而是形成一个光斑。我们可以用光线密度的概念求出该光斑的平均光强。LOGO利用光利用光线线的分析得到的一些的分析得到的一些结论结论v几点说明v在所有的讨论中，都是假设光线是无限延伸的，即光场是无范围限定的。同时，在光线分析中，都没有讨论同一根光线上的能量分布情况，即假设在一根光线上的能量是处处相同的C。而实际上，电磁理论说明光线上的能量分布是以极为迅速的频率变化着。这就带来了一个问题，我们无法从光线的分析中得到关于相干性的任何结论。所以，光线分析的作用不是在于处理波动光学的问题，而是使得辐射能量问题的处理变得容

6、易。LOGO光度学的一些概念v 在辐射场中间定义了一系列的概念为了更好的描述辐射。包括辐射通量、辐射通量密度F、辐射强度I、辐亮度B（辐照度、辐出度为辐射通量密度在不同情况下的相关定义）。v这些量都是直接由能量相联系。而光线矢量则是连接能量与辐射场的一个桥梁，为理解几个概念做了一个铺垫。LOGO光度学的一些概念v辐射通量：通过一个截面的光线的数目与光线矢量大小的乘积。v辐射通量密度：通过单位界面的光线数目与光线矢量大小的乘积。v辐射强度：单位立体角内光线数目与光线矢量大小的乘积。v辐亮度：单位立体角内由单位发光截面发出的光线数目与光线矢量大小的乘积。LOGO疑问v 如何做出，在均匀损耗介质中的光路图？LOGO总结v 经过上面的一些简单的讨论，已经知道了光线分析方法的一些基本方法和用途，同时也了解了该方法的局限性。v由于光的电磁性质比较抽象，比较难和宏观的光强联系在一起。所以，引入这样一个处理问题的方法，一方面可以化简问题的处理，另一方面可以增加一个认识物理概念的途径。LOGO参考文献v光学赵凯华 钟锡华v光学郭光灿 庄象萱v光学章志鸣 沈元华 陈慧芬v光学原理波恩 沃尔夫v物理学大题典光学轩植华 庄象萱 郭光灿LOGO