几何光学(复习)..ppt

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1、综述研究光的传播和光与物质的相互作用光的属性波粒二象性只讨论光的传播波长与障碍物尺寸比较波长与障碍物尺寸比较波面线度波面线度 L 与与波长比较波长比较几何光学和波动光学几何光学和波动光学几何光学几何光学复习适用范围：波面线度适用范围：波面线度 L 远较波长远较波长为大时才适用。为大时才适用。L 第一部分第一部分 基础知识基础知识1 1、几何光学的基本实验定律、几何光学的基本实验定律2 2、费马原理：、费马原理：光沿着所需时间为极值的路径传播；或：实际光路总是一个极值。光程等于光在介质中走过距离 s 的相同时间内，在真空中所走的距离。光程：光程：=ns3、理想成像的几个概念光学系统能理想（完善）

2、成像的条件：光学系统能理想（完善）成像的条件：光学系统要保持光束的单心性（同心性）。光学系统要保持光束的单心性（同心性）。光束分类与物像的关系.单心光束和像散光束.入射光束和出射光束 会聚光束和发散光束完善成像问题。区分物与像。区分物和像的实与虚。物与像的关系：共轭关系物点和像点是一一对应的，物像互逆。注意：虚物也可以成实像。第二部分 四种光学成像的基本元件光在平面上的反射光在平面上的反射光在平面上的折射光在平面上的折射光在球面上的反射光在球面上的反射光在光在球面球面上的上的折射折射除平面反射外，要完善成像必须在近轴条件下。除平面反射外，要完善成像必须在近轴条件下。下面分别讨论下面分别讨论一、

3、光在平面上的反射一、光在平面上的反射1、保持光束的单心性2、成像规律 二、光在平面上的折射二、光在平面上的折射1 1、成像规律、成像规律折射折射破坏光束的单心性，像散光束。当：入射光束越倾斜,像散越显著。反之，如何如何？当：竖直方向看,有清晰的像，称：y为像似深度对于虚物(即会聚光束的顶点)，上式同样成立。(图中光线逆向)2 2、全反射、全反射 光学纤维光学纤维（1 1）全反射）全反射 当入射角 i1 ic 时，就不再有折射光线，而是全部被反射，称之为全全反反射射，ic c 称为临临界界角角。（2 2）光学纤维）光学纤维集光能力（数值孔径）集光能力（数值孔径）ici对应于临界光线的端面入射角

4、i当端面光线入射角大于i 时当端面光线入射角小于i 时数值孔径数值孔径 n0 0sini 的的物理意义：数值孔径表示集光能力的一个参量3 3、棱镜、棱镜偏向角与最小偏向角色散全反射棱镜球面反射与折射问题球面反射与折射问题符号法则类似于坐标(1)右正、左负；上正、下负；(2)倾角：顺时针为正；(3)图中的量采用“全正图形”，几何量都是正值。三、近轴光线条件下球面反射的物像公式三、近轴光线条件下球面反射的物像公式根据费马原理,物像间的所有物像间的所有(成像成像)光线的光程是相等的光线的光程是相等的。在近轴条件下(取一级近似)：高斯成像公式高斯成像公式三、近轴光线条件下球面折射的物三、近轴光线条件下

5、球面折射的物像像公式公式对于，0，会聚光学系统；0，发散光学系统；0，无焦系统。意义：光焦度是表征球面折射本领大小的物理量。表示该球面的聚光本领聚光本领。1、球面折射成像公式：光焦度2、焦距、焦距焦距之比：焦距之比：3、高斯公式、高斯公式普遍意义对于球面镜情况：上式中对于球面镜情况：上式中 n=-n 代之即可。代之即可。五、近轴物点近轴光线成像条件五、近轴物点近轴光线成像条件根据费马原理，完善成完善成像像的物的物像像间所有光线间所有光线必是等光程。必是等光程。从计算任一光线的光程（QAQ）出发在近轴光线和近轴物点近轴光线和近轴物点的条件下得到光程的一级近似式要满足(1)，光线必须是近轴的。要满

6、足(2)式物点必须是近轴的。=0=0横向放大率：横向放大率：六、共轴光具组六、共轴光具组1、逐次成像法PP1P2P3P共轴光具组的横向放大率2、薄透镜、薄透镜光心定义：光心定义：主轴上角放大率等于正主轴上角放大率等于正1的物像共轭的物像共轭重合点重合点为薄透镜的光心。为薄透镜的光心。透镜横向放大率：对于(单)球面折射成像情况：对于球面镜：薄透镜两侧折射率不同习题：导出薄透镜两侧折射率不同时的横向放大率。对于共轴光具组:各种情况的横向放大率3、理想光具组的基点和基面、理想光具组的基点和基面1、亥姆霍兹拉格朗日定理这启发启发我们用一个等效光学系统来代替对于光具组或光学系统整体的物方焦距、物距以物方

7、主点为参考点，像方焦距、像距以像方主点为参考点，这样成像公式仍为高斯公式2、基点、基面、基点、基面定义：主平面是系统中垂轴(横向)放大率为正1的两个共轭垂轴平面。任意光线：任意光线经系统的多次偏折，等效于两主平面的偏折。（1）主点和主平面）主点和主平面（2）节点和节平面）节点和节平面 通过节点的光线方向不变。节点就是主轴上角放大率正1（=+1）的物象共轭点。若若：光学系统两边介质相同时，两节点分别与两主点重合。例题：作图确定基点、基面（系统在空气中）。例题：作图确定基点、基面（系统在空气中）。整体系统的象方焦距：整体系统的物方焦距：（以H为参考点）（以H为参考点）(以H2为参考点)整体系统的象方主点到第二系统的象方主点的距离：整体系统的物方主点到第一系统的物方主点的距离(以H1为参考点)结论：结论：4、作图成像法、作图成像法薄透镜薄透镜共轴光具组的等效系统共轴光具组的等效系统三条典型光线三条典型光线焦平面特点焦平面特点