几何光学知识课件

几何光学知识主讲人：张敏

光是什么？“光的微粒说”“光的波动说”

“光的微粒说”

由物理学家牛顿创立光的直线传播定律爱因斯坦的光电实验建立了几何光学+R–PN硅光电池小孔物像光光的波动说由惠更斯首次提出托马斯.杨和菲涅尔：光的干涉与衍射麦克思韦和赫兹证实了光是一种电磁波产生了物理光学（也称波动光学）

光的本性光是一种电磁波，且具有波粒二象性。在量子力学和量子电动力学中，才使光的“波动说”和“微粒说”两者辨证地统一起来。第一单元基本概念一、光的基本性质（一）发光体与发光点：所有本身能发光的物体。

当一个发光体的直径大大小于其光线直接传播的距离时，该发光体就可近似认为一个发光点，如天上的星星。（二）光波和光速可见光范围：380~760NM图1–2

N=C/

=/M

式中，和M分别是光经该介质时的波速和波长。此式表明： 红光（C）：

C

C

NC

蓝光（F）：

F

F

N

F

即

NC

N

F

N

值的大小表示了光学介质折光能力的强弱。介质折射率：（三）光线与光束：光线——即为无直径、无体积而有一定方向的 几何直线，代表光能传播的方向。

光束——即为有一定关系的无数条光线的集合。

会聚光束

同心光束 发散光束光束 平行光束

非同心光束 像散光束同心光束发散光束会聚光束平行光束二、几何光学的四个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和折射定律光路可逆原理1、光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。日常例子：如影子的形成，日蚀和月蚀等实验证明：小孔成像实验问题思考：在不均匀介质中，光的传播途径如何变化？2、光的独立传播定律：当各条不同的光线以不同的方向通过某点时，彼此互不影响，通过相交处后，仍各自独立的传播，但在相交处光能量相叠加。日常例子：如两手电筒光束相交；舞台上多种 灯光相交等实验证明：两条激光束相交实验3、光的反射定律和折射定律

入射光线 法线 反射光线I -I"I'折射光线nn'光的反射定律： I=-I"光的折射定律：

SINI/SINI'=N'/N

或 NSINI=N'SINI'

折射定律的推论： 若设N'=N，则有I=-I'，即反射定律是折射定律在N'=N时的特例。因此，凡是由折射定律导出的公式，只要代入N'=N，便可应用于反射情况。

4、光路可逆原理：任何一条光路都是可逆的。

A N B P Q O C N'三、符合规则入射光线方向

+

－

－顺时针逆时针++

－符合规则卡笛生系统，假定所有光线从左向右进行。1、所有光线自透镜向左衡量为负，向右度量为正。物体在透镜的左侧，物距是从透镜量度到物体，所以物距为负值。2、所有光线自光轴向下度量为负，向上度量为正。3、所有角度自光线转向光轴度量，顺时针为负，逆时针为正。4、透镜的半径符号？符合规则

第二单元透镜及成像一、透镜

1、凸透镜和凹透镜透镜：由两个折射面构成的透明介质。凸透镜：凹透镜：2、透镜种类：双凸 平凸 正弯月 等厚3、成像类型：4、透镜屈光度单位：

（1）屈光度透镜屈光力大小的单位为屈光度（DIOPTER，D）。D＝1/F

F为焦距，（单位为米）。

（2）屈光度表示法A:1/4系统：以1/4D为间距，保留两位小数±0.25D±0.50D±1.00DB:1/8系统：以1/8D为间距，保留两位小数±0.12D±0.25D±0.37D±0.50注意：当±0.12D、±0.37D±0.62D等相加时应将尾数舍去的0.005计算在内，如：0.12+0.12＝0.25

二、透镜成像 当透镜的两个折射面为同轴球面，且透镜的厚度可视为零（薄透镜），置于空气中时，有：

1/像距－1/物距＝1/焦距凸透镜成像AfIA'F'I'

透镜成像“像距”：为像点至透镜的距离；I′“物距”：为物点至透镜的距离；I“焦距”：为焦点至透镜的距离；F

例

物距和像距均为60CM，求该透镜的焦距？解：1/像距－1/物距＝1/焦距物距为-60CM，像距为+60CMF=30CM第三单元三棱镜（一）

棱镜和棱镜效果

棱镜：两个平面相交形成的三角形透明柱1、棱镜的分类

一次反射

简单棱镜 二次反射 反射棱镜 三次反射 屋脊棱镜

棱镜 复合棱镜 三棱镜（等边棱镜） 折射棱镜

薄棱镜（光楔）折射棱镜

由两个互不平行的折射平面所围成的光学零件，称为折射棱镜。

2、名词解释棱顶（尖）顶角、顶线底、底顶线主切面ACBB’A’C’（二）棱镜的光学特征与效果光线往棱镜底的方向偏折像往棱镜尖的方向移动光线的聚散度不变BB’二、棱镜的单位

（1）偏向角以偏向的角度表示棱镜的偏向力记录：8°d（2）棱镜度（PRISMDIOPTER）

PRENTICE提倡1△

：光线在100单位距离处，偏移1个单位的距离。P△=100TAN(D)1△=0.5729°

D=TAN–1(0.01P)100△=45°

棱镜度（PRISMDIOPTER)1△：光线在100cm处，偏移1cm。1△1cm100cm（3）厘弧度（CENTRAD）以一弧度的1/100表示偏向角的大小用R▽表示1弧度＝180/Π＝57.296°1厘弧度R▽＝0.57296°R▽＝1.745D厘弧度（CENTRAD)

1▽：弧长为1/100R。1▽1/100rr

棱镜底的主方向标记BIBOBUBD老式英国标记新式英国标记棱镜的标记

老式英国标记法120上604530R外下60453013515O120135150右眼