光学第一章-费马原理与变折射率光学-小结

第一章费马原理与变折射率光学第一章费马原理与变折射率光学一、惠更斯原理二、费马原理三、成像四、共轴球面光具组傍轴成像五、薄透镜六、理想光具组理论七、矩阵光学八、光学仪器简介九、像差十、光纤及变折射率光学惠更斯原理

光扰动同时到达的空间曲面称为波面或波前，波前上的每一点都可以看成一个新的扰动中心，称为子波源或次波源。

次波源向四周发出次波(secondarywavelet)。

下一时刻的波前是这些大量次波面的公切面，或称为包络面；

次波中心与其次波面上的那个切点的连线方向给出了该处光传播方向。(t)(t+t)(t)(t+t)(t)(t+t)费马原理：光线沿光程为平稳值的路径而传播。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QP费马原理与成像——物象等光程性同心光束同心光束（几何光学）球面波球面波等相位面-等光程（波动光学）费马原理与三个几何光学实验定律使用焦距表示的物像距公式：物方焦距和像方焦距：正负号？

实像和虚像、

实物和虚物、

物方焦距和像方焦距设n=1,n’=1.5,则：=1/2r,f=2r,f’=3rQMQ’ChOnn’ss’u单球面成像定义横向放大率：在傍轴条件下，近似为：其中：所以：反射球面的横向放大率（傍轴）

P'Q'QPii''y-y'nn'ss'V与y无关，保证了物象共轭面内几何图形的相似性共轴球面逐次成像s1s1's2s2's3s3'nn'n''n'''d12d23逐次成像:其中：实物、虚物实像、虚像F2L2L1AF1共轴理想光具组的基点和基面对于任何共轴的光具组，从单个折射面，单个透镜，乃至多个透镜构成的复杂组合，无论其结构简单还是复杂，只要把它看成是理想光具组，物像之间的共轭关系完全由几对特殊的点和面所决定，这就是共轴理想光具组的基点(cardinalpoint)和基面(cardinalplane)。FF’HH’NN’焦点？参考点（主点）？光“心”（节点）？理想光具组HH'FF'PQP'Q'xsRMM'R'ff'x's'y-y'N'NH'H-u'uH1H

1'H2H

2'理想光具组的联合F1F'1F2F'2H'F'FH联合光具组的焦距：联合光具组的主面距H1和H2'的位置：d显微镜的视角放大率为：物镜、目镜的焦距越短，光学筒长()越长，显微镜的视角放大倍数越大。FoF'oFe-’显微镜阿贝正弦条件

在轴上已消除球差的前提下，傍轴物点能以大孔径光束成像的充分必要条件。阿贝正弦条件可以不要求光线满足傍轴条件。齐明点满足阿贝正弦条件。油浸物镜：Q调到齐明点，宽光束成像于共轭点Q1，弯月透镜的前折射面的中心位于Q1,并使Q1成为后折射面的齐明点，则前面不折射，后面成像于Q2。像逐级放大，孔径角逐级减小。QQ’Q’’(无焦)望远镜LoLEFo'FE物镜和目镜的直径之比越大，望远镜的视角放大倍数越大。负号表示成倒立像-’-y1物体很远，近似平行光线结构光路折射系统refractingtelescopes反射系统reflectingtelescopes折反射系统catadioptricsystem典型的望远镜系统见附录reflecting(catoptric)andrefracting(dioptric)elements无焦系统afocalinfiniteconjugates折射系统物镜目镜fO’fE眼睛DODE分划板物镜目镜fO’fE眼睛DODE开普勒望远镜伽利略望远镜光束缩放准直像面ss’f’y’y视场角物面一般，s’f’像面与焦面几乎重合照相机整体调焦变焦光圈光孔大，光圈数小，景深小能量转换质量成像质量滤波相邻光圈数相差曝光量相差一级F=f/#＝f’／D光圈(系)数

F数

f/数f-number相对孔径D／f’relativeaperture像照度∝(D／f’)2

例：F8,f/8固定透镜组+变焦透镜组照相机变焦镜头(ZoomLens)来自无穷远的平行光线焦平面焦距主面固定透镜组变焦透镜组变焦—机械补偿系统变倍组补偿组变倍组—线性运动补偿组—非线性运动理想成像实际成像理想波面（点源球面波）实际波面非近轴光线（单色象差）几何像差波像差非单色光（色差）初级像差（三级像差）

球面像差（球差），（轴上物点，大孔径光束）

彗形像差（彗差），（傍轴物点，宽光束）像散，（远离光轴物点，光束倾斜度大）

像场弯曲（场曲），（傍轴物点和远离光轴物点）

畸变，（傍轴物点和远离光轴物点）像差校正：配曲法：r1/r2正负透镜和凹面反射镜组合球面像差(sphericalaberration)轴上物点发出的大孔径光线不会聚于一点。阶跃型光纤的基本原理光纤的数值孔径（NumericalAperture）