第二课几何光学的基本定律和成像基本概念

1、工程光学基础教程工程光学基础教程(第二课第二课) 科学科学（观测（观测-模型模型-预言预言-验证）验证） 技术技术（做什么（做什么-怎么做）怎么做） 科学与技术科学与技术上过天猫网购吗？上过天猫网购吗？用过百度地图吗？用过百度地图吗？打过移动电话吗？打过移动电话吗？用过数码相机吗？用过数码相机吗？看过神八飞天吗？看过神八飞天吗？风云四号气象卫星风云四号气象卫星北半球红外可见彩色合成图北半球红外可见彩色合成图地面景物辐射反射地面景物辐射反射主光学系统主光学系统光电转换光电转换信号处理信号处理数据传输数据传输 光学光学 几何光学几何光学 物理光学物理光学几何光学几何光学 几何光学基本定律与成像概念

2、几何光学基本定律与成像概念 理想光学系统理想光学系统 光学系统中的光阑和光束限制光学系统中的光阑和光束限制 典型光学系统典型光学系统物理光学物理光学 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 光的干涉光的干涉 光的衍射光的衍射 光的偏振光的偏振光的波粒二象性光的波粒二象性 牛顿牛顿 惠更斯惠更斯 爱因斯坦爱因斯坦 玻尔玻尔 普朗克普朗克 海森伯海森伯 薛定谔薛定谔 德布罗意德布罗意 光速和电磁波谱光速和电磁波谱 c = 299 792 458 m/s 光学是什么？光学是什么？ 光学在物理学中的位置光学在物理学中的位置 物理学在自然科学中的位置物理学在自然科学中的位置 自然科学在人类知识中的位置自然科学

3、在人类知识中的位置几何光学的基本定律几何光学的基本定律和成像基本概念和成像基本概念 几何光学的基本定律几何光学的基本定律 基本定律一：直线传播基本定律一：直线传播 基本定律二：独立传播基本定律二：独立传播 基本定律三：反射定律基本定律三：反射定律 基本定律四：折射定律基本定律四：折射定律 几何光学的基本定律几何光学的基本定律 直线传播直线传播 独立传播独立传播 反射定律反射定律 折射定律折射定律从定性到定量从定性到定量光线：由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何线， 它代表光的传播方向。波阵面(波面)：振动位相相同的各点在某一瞬间所构成 的曲面。光的传播即为光波波面的传播。 波面的法线即为光

4、线。平面波球面波球面波从定性到定量从定性到定量 反射定律反射定律 折射定律折射定律II InnPANBCQNInInsinsinnnconstIIsinsinII )/(vcn 从解释到预言从解释到预言全反射现象全反射现象全反射全反射nnPQImIIInInsinsinnnIInnnnnInIm/90sin/sinsin0 光线从光密介质向光疏介质入射光线从光密介质向光疏介质入射 入射角大于临界角入射角大于临界角从解释到预言从解释到预言彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈笛卡尔笛卡尔 (1637) (1637)彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈42180)()2180

5、()()(oofD,sinarcsinfn根据折射定律：根据折射定律：ofD48.137)(计算得到：计算得到：折射光线和入射光线的夹角：折射光线和入射光线的夹角：ooo52.4248.137180彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈彩虹是个圆圈严格的数学证明严格的数学证明 费马原理：光线从一点传播到另一点，其间无 论进行了多少次反射或折射，其光 程为极值(极大、极小、常量) 光是沿着光程为极值的方向传播的 由极值条件得费马原理的数学表示：0BAndls严格的数学证明严格的数学证明0BAndls成像基本概念成像基本概念 成像基本概念成像基本概念 光学系统的作用：对物体成像,扩展人眼的功能 完善

6、像点：若一个物点对应的一束同心光束,经光学系统 后仍为同心光束,该光束的中心即为该物点的 完善像点 完善像：完善像点的集合 物空间、像空间： 物（像）所在的空间。成像基本概念成像基本概念 5、共轴光学系统：若光学系统中各个光学元件表面的曲率 中心在一条直线上，则该光学系统是共 轴光学系统 6、光轴：光学系统中各个光学元件表面的曲率中心的连线光轴完善成像条件完善成像条件 表述表述 1：入射波面是球面波时，出射波面也是球面波：入射波面是球面波时，出射波面也是球面波 表述表述 2：入射是同心光束时，出射光也是同心光束：入射是同心光束时，出射光也是同心光束 表述表述 3：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等共轴光学系统nkn1n001112120111212kkkkkkkkn AEn EEn E En E En E An AOnOOn OOn O En O AC 物、像的虚实物、像的虚实 实物（像）：实物（像）：由实际光线相交会聚而形成的（像）由实际光线相交会聚而形成的（像） 虚物（像）：虚物（像）：由光线的延长线相交形成的物（像）由光线的延长线相交形成的物（像） 本课小结本课小结 科学（观测科学（观测-模型模型-预言预言-验证）验证） 技术（做什么技术（做什么-怎么做）怎么做） 几何光学基