光学课件：3-1几何光学概念与规律

1、第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律一一 光是一种电磁波光是一种电磁波)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面电磁波方程平面电磁波方程smc/1031800 真空中的光速真空中的光速可见光的范围可见光的范围Hz103 . 4105 . 7:nm760400:1414光的光的干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振规律反映了光的波动实质规律反映了光的波动实质.第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律二二 光的几何描述光的几何描述 ： 光线光线 光波面光波面 光波前光波前*球面光波球面光波平面光波平面光波光波前光波

2、前光波面光波面光波线光波线第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律几何光学：几何光学：以光的直线传播为基础，用光线、光波以光的直线传播为基础，用光线、光波 面等几何方法研究光的成像规律面等几何方法研究光的成像规律. 三三 几何光学的基本原理几何光学的基本原理1、发光点、发光点 光束光束 成像成像发光点：发光点：本身发光或被其它光源照明后发光的几本身发光或被其它光源照明后发光的几 何点何点.当光源的大小和其传播距离相比可略时，该当光源的大小和其传播距离相比可略时，该发光点称为点光源发光点称为点光源.（点光源无体积、无大小（点光源无体积、无大小.）光束：光束

3、：有一定关系的光线的集合有一定关系的光线的集合.单心光束单心光束 由一个由一个发光点发出的光束，对应球发光点发出的光束，对应球面波面波.像散光束像散光束 光线不交汇与一点，且不平行的光束光线不交汇与一点，且不平行的光束.第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律成像成像： 单心光束单心光束光学系统光学系统单心光束（像点）单心光束（像点）实像与虚象实像与虚象：像点为光线实际通过时：像点为光线实际通过时实像实像. 像点为光线延长线的交汇像点为光线延长线的交汇虚像虚像. 所有旨在对物体成像的光学系统必须在改变所有旨在对物体成像的光学系统必须在改变光束立体角的同时

4、，保证光束的单心性光束立体角的同时，保证光束的单心性.2、几何光学的几个基本定律几何光学的几个基本定律1）直线传播定律：）直线传播定律：2）独立传播定律：）独立传播定律：21III合光强合光强第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律N界面界面3 光的反射和折射定律光的反射和折射定律RN界面界面IiirL用惠更斯原理证明用惠更斯原理证明.2） 1）反射线、入射线和界面反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；的法线在同一平面内； ii 反射定律反射定律i i i A1A2A3B2B3B1NNAId时刻时刻 tB2B3B1NNAIB32dd3dLiii时刻时刻

5、 t+t第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律折射定律折射定律 用惠更斯原理证明用惠更斯原理证明.时刻时刻 ti i i A1A2A3B2B3B1NNAId1）折射线、入射线和界折射线、入射线和界面的法线在同一平面内；面的法线在同一平面内；21sinsinnnri2） 时刻时刻 t+tB2B3B1NNAIrrBRrN界面界面RN界面界面IiirLn2n1第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律i i i A1A2A3B2B3B1NNAId时刻时刻 t时刻时刻 t+ttuBA133tuAB2B2B3B1NNAIrr

6、BRriABA33rABB321212133/sinsinnnucucuuABBAri所以所以第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律4 费马原理：从光程角度描述费马原理：从光程角度描述光的直线传播规律光的直线传播规律. 物理意义物理意义：光程就是光在媒质中通：光程就是光在媒质中通过的几何路程过的几何路程 , 按波数相等折合到真空按波数相等折合到真空中的路程中的路程.nrr光程光程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 =nrA . B“光线从光线从A到到B是沿光程为极值的路径传播的是沿光程为极值的路径传播的.”第第3章章 几何光学几何光学3-1 3-1 几何光学概念与规律几何光学概念与规律原理原理: :：光在两点间传播时，总是沿光程为最小值、光在两点间传播时，总是沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播最大值或恒定值的路程传播. .由由费马原理费马原理可以导出三个基本实验定律可以导出三个基本实验定律.（略）（略） 1） 在均匀介质中，光程最小即为路程最小，两点间的最小路程在均匀介质中，光程最小即为路程最小，两点间的最小路程是直线是直线直线传播定律直线传播定律.极值（极小值、极大值或恒定值）极值（极