第2讲几何光学和眼睛(1)(精品).ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《第2讲几何光学和眼睛(1)(精品).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第2讲几何光学和眼睛(1)(精品).ppt(59页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第一章第一章 几何光学几何光学(参见书第一章内容参见书第一章内容)Geometrical OpticsGeo“几何”徐光启和利玛窦几何原本中译本的一个伟大贡献在于确定了研究图形的这一学科中文名称为“几何”,并确定了几何学中一些基本术语的译名。“几何”的原文是“geometria”,徐光启和利玛窦在翻译时,取“geo”的音为“几何”,而“几何”二字中文原意又有“衡量大小”的意思。用“几何”译“geometria”,音义兼顾,确是神来之笔。几何学中最基本的一些术语,如点、线、直线、平行线、角、三角形和四边形等中文译名,都是这个译本定下来的。这些译名一直流传到今天,且东渡日本等国,影响深远。(徐光启
2、(15621633),字子先,上海吴淞人。上海人h一般不发音,所以geo里虽然没有h也给加上了,类似的还有:Neon=霓虹灯)Ray Optics BasicsPostulates(基本假设基本假设)of Ray OpticsLight travels in form of raysAn optical medium is characterized by the refractive index ntime it takes light to travel distance d:d/c=nd/cvacoptical path:ndAn inhomogeneous optical medium
3、:n(r)r=(x,y,z)time taken by the light to travel from A to B is proportional to optical path length Fermats Principle:optical rays travel between two points A,B on the path where the optical path length is an extremumin most cases a minimumlight travels the path of shortest timehomogeneous medium:lig
4、ht travels on straight linesOptical path length and time delay 光程与时差光程与时差QP的传播时间:QPMN介质中光速用真空光速和折射率代替:光程的另一角度认识 光经历Q和P两点的光程等于传播时间乘以真空光速。Optical path descriptionSuppose we have known Snells law already,in a stepped index stack,we haveNotice thatorWe deriveOptical path equationThe second derivative wi
5、ll be:From the equation,we may derive the optical path trace其中利用了path equationExample:gradient index fiberFor the index of a fiber as(in radial direction 径向)In the case of Substituting in to the path equation,we haveVery much like a harmonic oscillator equation!Then the trace will be like a wave as
6、a function of x!Solution Oscillation periodncnfSolutionDependent on the angleFor small incident angle Oscillationperiod is approximated as Gradient indexNatural index gradientIndex above the sea The higher is the aptitudes,the smaller the index isHowever in the continent,if the surface temperature i
7、s very high,the index distribution may be inversedThe higher the index is larger!Mirage 海市蜃楼海市蜃楼海市蜃楼海市蜃楼Gradient indexArtificial gradient indexGradient index fiberIntense laser resulted index gradientSelf-focusing,Self-defocusingThermal lensingGeometric optics of rainbowGeometric optics of rainbow费马
8、原理费马原理 Fermat principle*原理表述*数学表达*导出反射定律、折射定律*费马原理与成像*费马原理的评述 光程的概念对几何光学的重要意义体现在费马原理中。几何光学的基础是前面所提到三个实验定律,费马却用光程的概念高度概括地把它们归结成一个统一的原理。17世纪的一位法国数学家,提出了一个数学难题,使得后来的数学家一筹莫展,这个人就是费马(16011665)。这道题是这样的:当n2时,xn+yn=zn没有正整数解。在数学上这称为“费马大定理”。为了获得它的一个肯定的或者否定的证明,历史上几次悬赏征求答案,一代又一代最优秀的数学家都曾研究过,但是300多年过去了,至今既未获得最终证
9、明,也未被推翻。即使用现代的电子计算机也只能证明:当n小于等于4100万时,费马大定理是正确的。由于当时费马声称他已解决了这个问题,但是他没有公布结果,于是留下数学难题中少有的千古之谜。费马生于法国南部,在大学里学的是法律,以后以律师为职业,并被推举为议员。费马的业余时间全用来读书,哲学、文学、历史、法律样样都读。30岁时迷恋上数学,直到他64岁病逝,一生中有许多伟大的发现。不过,他极少公开发表论文、著作,主要通过与友人通信透露他的思想。在他死后,由儿子通过整理他的笔记和批注挖掘他的思想。好在费马有个“不动笔墨不读书”的习惯,凡是他读过的书,都有他的圈圈点点,勾勾画画,页边还有他的评论。他利用
10、公务之余钻研数学,并且成果累累。后世数学家从他的诸多猜想和大胆创造中受益非浅,赞誉他为“业余数学家之王”。费马对数学的贡献包括:与笛卡尔共同创立了解析几何;创造了作曲线切线的方法,被微积分发明人之一牛顿奉为微积分的思想先驱;通过提出有价值的猜想,指明了关于整数的理论数论的发展方向。他还研究了掷骰子赌博的输赢规律,从而成为古典概率论的奠基人之一。QPDescription 表述:平稳值的三种基本的含义:极小值常见情况,常数成像系统的物像关系极大值个别现象光线沿光程为平稳值光线沿光程为平稳值(stationary)的路径而传播的路径而传播(书上书上)。Optical rays travel bet
11、ween two points A,B on the path where the optical path length is an extremum,in most cases a minimumlight travels the path of shortest time(英语表达)英语表达)SSAny difference?费马原理的数学表达式 mathematical expression路径积分 integration of optical path length:是路径(l)的函数,平稳值要求变分为零路径(l)的值就有极大、极小和常数这三种情况。极大:?极小:折射反射定律常数:成
12、像变分值为极大和常数情况 maximum or constantABD(切点)DADB ADBBut ADB violent the reflection lawLight takes the longest path!极大:常数:费马原理与三个实验定律费马原理与三个实验定律:experiment verification1、光在均匀介质中直线传播(直线距离最短)2、反射定律(反射角入射角)3、折射定律(life-guard problem)QQMMP要点:反射光线在入射面,反射角等于入射角,光程最短。M”(1)救生员应该在最短的时间内到达被救者(2)在海滩上和在海水里奔跑速度不一样,因此要选
13、择最佳入水地点(3)计算路径(时间)并变分为零,得到折射定律!3、折射定律 Life guard problem 救生员问题救生员问题(1)折射光线在入射面内,方法和反射定律推导一样。(2)入射角和折射角的关系;QMP的光程:根据费马原理,L对x的一阶导数为零;3、费马原理推导折射定律(contd)费马原理推导折射定律(contd)导出折射定律:因为:费马原理与成像费马原理与成像等光程与成像等光程与成像:其中:严格等光程 严格成像,近似等光程 近似成像,非等光程 不成像,费马原理应用例题-导出单球面折射傍轴成像公式等光程:傍轴条件:单球面,界面两单球面,界面两边折射率不同边折射率不同不是半径代
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 几何 光学 眼睛 精品
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内