第三章 平面与平面系统.ppt

主要应用 改变光路方向 转像 倒像 分光 产生色散用于光谱分析 第三章平面与平面系统 平面镜成像 平行平板 反射棱镜 折射棱镜与光楔 光学材料 第一节平面镜成像 一 平面镜成像 图3 1 1 成像性质 l l 1唯一能成完善像的最简单的光学元件像与物完全对称于平面镜2 物理解释 1 奇数次反射成镜像 偶数次反射成与物一致的像 2 当物体旋转时 其像反方向旋转相同的度数 常用光学元件 1 球面光学系统 如透镜和球面镜 2 平面光学系统 如平面反射镜 平行平板 反射棱镜 折射棱镜和光楔 球面共轴系统 各球面共轴 转像 不能转折光路平面镜棱镜系统 转折光路 转像 倒像 分光 1 实物成虚像 虚物成实像 2 像与物完全对称于平面镜 3 当物体旋转时 其像反方向旋转相同的角度 二 平面镜旋转 1 重要特性 当入射光线方向不变 使平面镜转动 角时 反射光线的方向改变了2 角 图3 3 2 应用 测量微小角度或位移 图3 4 三 双平面镜成像 1 性质 图3 5 出射光线和入射光线的夹角与入射角无关 只取决于双面镜的夹角 2 应用 转折光路 3 成像 连续一次像 图3 6 第二节平行平板 由两个相互平行的折射平面构成的光学元件 一 平行平板的成像特性 图3 7 1 光线经平行平板后方向不变 2 平板是个无光焦度元件 不会使物体放大或缩小 在系统中对光焦度无贡献 3 光线经平行平板后 产生侧向位移 T和轴向位移 L 轴向位移 L 随入射角I1 即孔径角U1 的不同而不同 即轴上点发出不同孔径的光线经平板后与光轴的交点不同 平行平板不能成完善像 A 二 平行平板的等效光学系统 3 8 2 物理意义 在近轴区 平行平板的轴向位移只与其厚度d和折射率n有关 与入射角无关 因此 平行平板在近轴区以细光束成像是完善的 3 应用 将平行玻璃平板简化为一个等效空气平板 1 近轴区细光束成像 C A E P Q H G D F B J J l d d 空气层ABFE称为玻璃平板的等效空气平板 其厚度为 出射光线与入射光线平行 第三节反射棱镜 一 基本概念 反射棱镜的工作面为两个折射面和若干个反射面 反射棱镜 将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件 作用 折转光路 转像 倒像和扫描等 棱镜的光轴 棱镜光轴为折线 光轴的转折次数 棱镜反射面数棱 工作面间的交线 主截面 垂直于棱线的平面 光轴位于主截面内 光轴截面 二 反射棱镜的类型 一 简单棱镜简单棱镜只有一个主截面 它所有的工作面都与主截面垂直 1 一次反射棱镜 其与单个平面镜对应 使物体成镜像 即垂直于主截面有坐标方向不变 位于主截面内的坐标改变方向 2 二次反射棱镜 其相当于一个双面镜 其出射光线与入射光线的夹角取决于两反射面的夹角 偶次反射 物与像一致 3 三次反射棱镜 奇次反射成镜像 其最大特点是可折叠光路 使仪器结构紧凑 二 屋脊棱镜 如果需得到物体的一致像 而不宜增加反射棱镜时 可用交线位于棱镜光轴面内的两个相互垂直的反射面取代其中一个反射面 使垂直于主截面的坐标被这两个相互垂直的反射面依次反射而改变方向 从而得到物体的一致像 偶数次反射成像 这两个相互垂直的反射面叫做屋脊面 带有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜 常用的屋脊棱镜 直角屋脊棱镜 半五角屋脊棱镜 五角屋脊棱镜 斯密特屋脊棱镜等 三 立方角锥棱镜 立方角锥棱镜是由立方体切下一个角而形成的 其三个反射工作面相互垂直 底面是一等腰三角形 为棱镜的入射面和出射面 特性 1 光线以任意方向从底面入射 经过三个直角面依次反射后 出射光线始终平行于入射光线 2 当立方角锥棱镜绕其顶点旋转时 出射光线方向不变 仅产生一个位移 四 复合棱镜 分光棱镜 可以将一束光分成光强相等或光强按一定比例的两束光分色棱镜 将白光分解为红 绿 蓝三束单色光 三 反射棱镜的等效作用与展开 一 棱镜的等效作用与展开方法反射棱镜有两个折射面和若干个反射面组成 而所起的作用相当于平面镜 主要是折转光路和转像的作用 如果不考虑棱镜的反射面作用 光线在两折射面间的行为可等效于一个平行平板 在光路计算中 常用一等效平行玻璃平板来取代光线的反射棱镜两折射面之间的光路 此做法称为棱镜的展开 棱镜展开方法 在棱镜主截面内 按反射面的顺序 以反射面与主截面的交线为轴 依次按反射面顺序作镜像 便可得到棱镜的等效平行平板 注 若棱镜位于非平行光路中 则要求光轴与两折射面垂直 否则 展开有平行平板不垂直光轴 引起侧向位移 影响光学系统成像质量 棱镜光轴长度 即棱镜等效平板厚度L 设棱镜口径为D 则棱镜光轴长度L与口径D的关系为 L KD式中K为棱镜的结构参数 决定于棱镜的结构型式 与棱镜有大小无关 第四节折射棱镜与光楔 一 折射棱镜的偏转 3 22 3 29 折射棱 折射角 偏向角 入射光线与出射光线的夹角 对于给定棱镜 与n是一定的 偏向角只随光线的入射角I1而变化 最小偏向角 二 光楔及其应用 光楔 折射角很小的棱镜 I1 应用 双光楔旋转测微 双光楔移动测微 三 棱镜色散 同一透明介质对于不同波长的单色光具有不同的折射率 以同一角度入射到棱镜上的不同波长的单色光 将有不同的偏向角 色散 白光经过棱镜后被分解为各种色光 在棱镜后面将会看到各种颜色 色散曲线 介质的折射率随波长的变化曲线白光光谱 白光经棱镜分解为各种色光 并按波长长短的顺序排列 波长长的红光折射率低 波长短的紫光折射率高 色散曲线 白光光谱的获得 第五节光学材料 一 对光学材料的要求折射材料对工作波段有良好的透过率 反射元件对工作波段有很高的反射率 二 透射材料的光学特性透射材料的分类 光学玻璃 光学晶体 光学塑料透射材