应用光学第二版胡玉禧课件第一章

应用光学第二版胡玉禧课件第一章第一章几何光学基本定律与成像概念本章内容—— 概述，作业题，复习练习题 §1-1 光波和光线 §1-2 光线的传播规律 §1-3 马吕斯定律和费马原理 §1-4 光路可逆和全反射 §1-5 光学系统及成像的基本概念 §1-6 理想像和理想光学系统第一章几何光学基本定律与成像概念本章概述本章概述::几何光学的基本概念（如光线、波面、光束、全反射、理想成像和理想光学系统等）；几何光学的基本定律（光的直线传播定律、光的独立传播定律、光...

第一章几何光学基本定律与成像概念本章内容—— 概述，作业题，复习练习题 §1-1 光波和光线 §1-2 光线的传播规律 §1-3 马吕斯定律和费马原理 §1-4 光路可逆和全反射 §1-5 光学系统及成像的基本概念 §1-6 理想像和理想光学系统第一章几何光学基本定律与成像概念本章概述本章概述::几何光学的基本概念（如光线、波面、光束、全反射、理想成像和理想光学系统等）；几何光学的基本定律（光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射定律、光的折射定律等）；费马原理和马吕斯定律及其物理含义。学时分配：学时分配： 0.5 + 0.5 + 1.0 + 0.5 + 0.5 + 1.0 = 4.0 0.5 + 0.5 + 1.0 + 0.5 + 0.5 + 1.0 = 4.0 学时学时作业：作业：习题（2）,补充题（1）练习：练习：习题（2）例题：习题（2），据费马原理证明折射定律作业题： 1．（习题1部分）已知真空中的光速c=3¯108m/s,求光在水中（n=1.333)和冕牌玻璃（n=1.51)中的光速。 2．（补充）一厚度为 200mm的平行平板玻璃（设 n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆纸片，要求在玻璃板上方任何方向都看不到该金属片，问纸片直径应为多少？ 3.习题6 复习练习题： 1．几何光学基本定律；（习题2,4） 2．全反射及其应用； 3．共轴理想光学系统具有哪些成像性质？ 4．由费马原理导出反射定律和折射定律。第一章几何光学基本定律与成像概念电磁波谱表—— 何谓几何光学？第一章几何光学基本定律与成像概念长波无线电波微波红外紫外 x射线 γ射线宇宙射线紫蓝绿黄靛橙红波长 nm 10-15 10-13 10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 1 102 106104 波长m 一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待。波长： λ 第一章几何光学基本定律与成像概念光的本质是电磁波光的传播实际上是波动的传播物理光学：研究光的本性，并由此来研究各种光学现象。几何光学：研究光的传播规律和传播现象第一章几何光学基本定律与成像概念几何光学的研究对象和光线概念: 研究对象不考虑光的本性研究光的传播规律和传播现象 z 特点不考虑光的本性，把光认为是光线第一章几何光学基本定律与成像概念光线的概念能够传输能量的几何线，具有方向 2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计的采用光线概念的意义： 1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象：影子、日食、月食第一章几何光学基本定律与成像概念光线是能够传输能量的几何线，具有方向光波的传播问题就变成了几何的问题, 所以称之为几何光学当几何光学不能解释某些光学现象，例如干涉、衍射时，再采用物理光学的原理第一章几何光学基本定律与成像概念 §1-1 光波和光线一、光波 1、光波——电磁波，波长范围：10～106nm ； 2、可见光（400-760nm)；红外光（760nm- 1mm) ；紫外光（400-10nm) ；真空光波 (c=300000km/s)；介质中vn2 由光密介质进入光疏介质充分条件： I1 >I0 入射角大于全反射角用棱镜代替反射镜：减少光能损失第一章几何光学基本定律与成像概念例2(习题5 )．游泳者在水中向上仰望，能否感觉整个水面都是明亮的？(作图说明). 解：设水中一点A发出的光线射到水面。若入射角为I0（sinI0=n空/ n水），则光线沿水面掠射；据光路可逆性，即与水面趋于平行的光线在水面折射进入水中一点A，其折射角为I0 （临界角）。故以水中一点A为锥顶，半顶角为I0 的圆锥范围内，水面上的光线可以射到A点（入射角不同）。因此，游泳者向上仰望，不能感觉整个水面都是明亮的，而只能看到一个明亮的圆，圆的大小与游泳者所在处水深有关 I00 I>I0 I A R H n0 =1 n=1.33 第一章几何光学基本定律与成像概念 75.0 33.1 1sin 0 ==I如图示。满足水与空气分界面的临界角为，若水深为H，则明亮圆的半径 R = H tgI0即 '36480 °=I §1-5 光学系统及成像的基本概念一、光学系统的基本概念光学系统光学仪器光学零件光学零件的种类：光学系统的作用：对物体成像。 A ′ A A ′ A 第一章几何光学基本定律与成像概念光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求第一章几何光学基本定律与成像概念光学系统分类按介质分界面形状分：球面系统：系统中的光学零件均由球面构成非球面系统：系统中包含有非球面共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对称轴线今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统按有无对称轴分：共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴非共轴系统：没有对称轴线第一章几何光学基本定律与成像概念二、成像基本概念 1、透镜类型正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转第一章几何光学基本定律与成像概念 2、透镜作用－－－成像（光学系统） A A’ A’点称为物体A通过透镜所成的像点。而把A称为物点 A′为实际光线的相交点，如果在A′处放一屏幕，则可以在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。 A和A′称为共轭点。 A’与A互为物像关系，在几何光学中称为“共轭”。思考：正透镜是否一定成实像？负透镜是否一定成虚像？名词概念像：出射光线的交点实像点：出射光线的实际交点虚像点：出射光线延长线的交点 • 物：入射光线的交点 • 实物点：实际入射光线的交点 • 虚物点：入射光线延长线的交点 A′ A A′A 像空间：像所在的空间实像空间：系统最后一面以后的空间虚像空间：系统最后一面以前的空间整个像空间包括实像和虚像空间　　　　　　物空间：物所的空间实物空间：系统第一面以前的空间虚物空间：系统第一面以后的空间整个物空间包括实物和虚物空间　　　注意：虚物的产生虚像的检测　　　　　　物像空间折射率确定物空间折射率：按实际入射光线所在的空间折射率计算像空间折射率按实际出射光线所在的空间折射率计算 §1-6 理想像和理想光学系统一、共轴理想光学系统成像性质 1、共轴理想光学系统 2、共轴理想光学系统成像性质 1）轴上物点对应的共轭像点在光轴上; 2)位于过光轴的某一截面内的物点，其对应的像点也一定在该平面内； 3)过光轴的任意截面成像性质都是相同的; 4）垂直于光轴的物平面的共轭像面也一定垂直光轴； A B Bˊ Aˊ 过光轴的截面第一章几何光学基本定律与成像概念 5）垂直于光轴的同一平面上的各部分具有相同放大率。 6）一个共轴理想光学系统，如果已知(1)两对共轭面的位置和放大率；或者(2)一对共轭面的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其它一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点求出。二、物点理想成像的条件: 等光程(图1.19)。 A′ W′W 图1.19 A 三、理想成像的界面——等光程面 1．反射面-单个界面; 2．折射面- 单个界面。第一章几何光学基本定律与成像概念 y y'=β 双曲面：到两个定点距离之差为为常数的点的轨迹，是该两点为焦点的双曲面。对内焦点和外焦点符合等光程条件。其中一个是实的，一个是虚的。图1.23 抛物面：到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨迹，是以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。对焦点和无限远轴上点符合等光程。图1.21 椭球面：对两个定点距离之和为常数的点的轨迹，是以该两点为焦点的椭圆。对两个焦点符合等光程条件。图 1.20 第一章几何光学基本定律与成像概念例3 （习题7）. 解：依题意作图如图即第一章几何光学基本定律与成像概念 G1 y x O A＇ M G n =1 n＇ =1.5 '''' 1 OAnOGnMAnGMn ⋅+⋅=⋅+⋅ 1005.1)100(5.1 1 22 1 ×+=+−⋅++ OGyxxOG 所以 xyx −=+−⋅ 150)100(5.1 22 两边平方得此即所求分界面的表达式。 222 )150(])100[(25.2 xyx −=+− 222 3002250025.245022500 xxyxx +−=++− 025.225.1150 22 =++− yxx 01201018 22 =−+ xxy 按等光程条件有：第一章几何光学基本定律与成像概念第一章几何光学基本定律与成像概念幻灯片编号 5 幻灯片编号 6 几何光学的研究对象和光线概念: 光线的概念幻灯片编号 9 §1-1 光波和光线幻灯片编号 11 幻灯片编号 13 幻灯片编号 14 §1-2 光线的传播规律——几何光学的基本定律幻灯片编号 16 幻灯片编号 17 二、几何光学基本定律幻灯片编号 19 幻灯片编号 20 幻灯片编号 21 幻灯片编号 23 幻灯片编号 24 §1-3 马吕斯定律和费马原理二、费马原理（极值光程定律，光线传播规律的又一种表述形式） §1-4 光路可逆和全反射幻灯片编号 30 　幻灯片编号 32 §1-5 光学系统及成像的基本概念幻灯片编号 35 幻灯片编号 36 幻灯片编号 37 幻灯片编号 38 幻灯片编号 39 幻灯片编号 40 幻灯片编号 41 物像空间折射率确定 §1-6 理想像和理想光学系统幻灯片编号 44 幻灯片编号 45 幻灯片编号 46

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