第1章-几何光学(1)-20150908

1、第一章几何光学(GeometricalOptics )，光线传播的基本规律光线传播的实验规律费马原理光线传播的普遍规律成像的基本原理成像的基本概念单球面和共轴球面系统近轴成像(逐次成像) 薄镜头近轴成像折射力高斯式和牛顿式作图法共轴球面系近轴成像(基底面成像)成像器眼、放大镜和目镜、显微镜、望远镜光圈和像差、几何光学：也称为光线光学。 光：表示光能的传播方向的线，通过观察它建立了几何光学的基本规律。 波前：是垂直于光的几何平面或曲面。 abeeamoflightgeneratedbyalars.thebeamisvisiblebecauseparticlesintheairhavescatte

2、redlight .只说方向，不说强弱的理想模型，无视光的波动性，3 .反射的1.1光线传播的基本定律，“三定律”:1.直线传播的定律(均匀介质中)，2 .光的独立传播的定律，邂逅时互不干涉，(4.光路的可逆原理)； 1.1.1光线传播的实验规则thereflectedrayliesintheplaneformedbytheincidentrayandthenormal .1、光的反射规律、Reflection、入射角、反射角paralleltotheincomin thissarrrrarrasforrnerreflectorswasleftonthemoonbytheaollo 14 as

3、tronauts .典型应用：角反射器，2，光折射规律：真空中，介质，n小-光稀疏介质； n大-光密介质，1 .折射率n :复习要点：thereflectedrayliesintheplaneformedbytheincidenttrayandthenormal .1，光的反射规律，Reflection，入射角，反射角，2，光的折射n大-光密介质，折射角，abeamoflightisrefractedasitentersatanofwater .讨论：光路可逆性，光的折射规律：“实验结果”，3，临界角和全反射，criticalangleandtotalinternalreflection 实验

4、验证规则放入临界角：金刚石、水中，根据波动理论，发生全反射的情况下，光稀疏介质上并不完全存在透射波，但向界面方向传播，其强度在垂直界面方向上呈指数衰减，侵入深度仅为波长级，称为渐逝波或隐波但是，平均来说，光波的能量全部返回光密媒体，在光疏媒体上不形成透射光。 光疏媒体、光密媒体、入射线、反射线、光纤、光纤、包层、芯线、全反射应用， lightcantravelwithlittlelossinacurvedopticalfiber becauseetherittallyreflectedwhneveritstrikestheore-cliddinginterferacesandbe edwhee

5、nethecoresitelfissmall .芯线直径一般为410m，外径也为125m，光纤、光纤、医疗应用、Abronchoscope肺部观察镜、Acolonoscope， showninuseinthisx-ray photographic结肠镜、内窥镜、关节显微手术lightraysemanatingfrombeesbodyenterthetubeand，inpart， areguidedaroundthe 90 degreeviatir veeventurleyexingthroththefrontsurfaceandallowingyoutoseebee .例题：从正上方看时，水中

6、物体的视位置、视深度、a点吗1 )全反射棱镜：的横截面为等腰三角形的棱镜；(2)光线从AC面垂直入射，在AB、BC面全反射两次，垂直从AC面出射，容易校正，反射率一定，总是可以代替45组平面镜望远镜为了提高倍率，镜筒很长，通过使用全反射棱镜可以缩短镜筒的长度，改变光的传播方向，缩短镜筒的长度，将全反射棱镜、角、偏转角、分散、入射光线、出射光线、2 )折射棱镜用作分散器件的adispersived色光入射，白色光入射，光出射吗？ 发射光，toffectechangentintheroreationofthedirectrectionofpropagationofabeam， 例： rainbow

7、s thecollorsofararinboorservelforshitictionforindindaritydorinddropletsntheair .入射日光、水珠，1.1.2费米原理光传播的普遍规律，1 “三定律”和光路可逆性：(1)均匀介质，v=c/n是常数，时间最短，即最短，因此直线传播。(2)反射规律，对应的折线AMB最短。(Fermatsprinciple )、2 .光路、Opticalpathlength、物理意义 :光路的概念可用于将光通过介质的几何距离换算为通过真空的距离。 定义 :在均匀介质中，光路l是光通过介质中的几何学路径l与该介质的折射率n的积。 光路长度=相

8、同传播时间内真空中的程度，“最小时间原理”是“最小光路长度原理”。 一般：n(x，y，z )，划分均匀介质中的光路：l，=n1l1n2l2n3l3，折射率连续变化介质：3 .费马原理的表现，意义 :从一点到另一点的实际光线采用这种路径，该光路与邻接路径的光路相比为极大值、极小值(经验光路平稳的路径)数学描述：在实际光线的路径中，光路的一次变化为零。 实际光路采取什么样的状况取决于光学系统对光线的制约状况。 (1)均匀介质中的两点间(直线传播)、平面反射的两点间、以及平面折射的两点间的实际光路全部为光路取极小值的情况。 (2)成像系统的物点和像点之间取光路稳定值的情况。 物点，像点，透镜，(3)

9、光路长度取极大值的例子，凹球面镜： c是其球心，p是球面顶点，越过c是PC的垂线，a和a是距垂线上的任意一对c点等距离的点。 光路APA满足反射规律，是实际光路。 与相邻的光路相比，证明光路是极大值。 因为在实际问题上拐点的情况很少，所以费马的原理也被称为光路极值原理，或时间极值原理。 实际光路，如反射镜，4种反射镜，拐点的情况下，4 .梯度(渐变)折射率介质中光线的弯曲，分层均匀介质，梯度折射率介质中光线的弯曲，inagradedindexmedium，蜃楼冬海面，蜃楼夏沙漠， 下海市蜃楼夏季沙漠thebendingofraysthrughinhomogenousmedia .在不均匀介质中

10、光是弯曲的曲线，海市蜃楼，1.2成像的基本原理，1、同心光束、同心光束(单心光束):光束本身或其延长线与一点相交的光束。 (光束有共同的中心)这里指的是由几个反射折射的光学像。 1.2.1成像的基本概念，光学系统：由几个反射面或折射面构成，也称为光学工具组。 同心光束的三要素：2、2、2、成像，三对概念：物点、像点、实物、虚物、实像、虚像、实像、成像的本质 :将入射的同心光束转换成出射的同心光束，物点、像点、虚物点：会聚的入射光束的顶点或入射光束的延长线的交点。 点之类的：光学系统(光学工具组)射出的同心光束的顶点。 实像点：会聚的同心出射光束的顶点。 虚像点：发散的同心出射光束的顶点。 虚物

11、(virtualobject ) :由虚物点构成的物体。 物点：发光点或同心光束入射的顶点。 实物点：发散入射光束的顶点。 实物(realobject ) :由实物点构成的物体。实物是虚像，虚物是实像，物体空间(物体侧) objectspace :包含入射光束及其延长线的空间。 (包括虚物)、像空间(像侧) imagespace :包含出射光束及其延长线的空间。 (包括虚像)物体空间和像空间重叠。 像点一样，在人的视觉上，(a )中的p点和(b )、(c )中的p点的地位是相等的。对人眼来说，“物点”和“像点”都不过是进入瞳孔的发散光束的顶点。 理想光学系统：可以保持通过系统的同心光束的同心性

12、的光学系统。 现实中，实像的意思是光实际发出或通过这一点，但是虚物、虚像是光的直线传播的性质给人眼带来的一种错觉，实际上光不会通过这一点。 3、理想光学系统anidealopticalsystem、完备像、共轭点、共轭线、面、物体像共轭性、理想光学系统成像、Aperfectimage、点物体点像、Apointsource，不满足理想成像条件的情况下，即，通过光具组后光束的同心像差光束：空间不能相互在一点相交，但有一定关系的光束的集合。 平面镜是最简单，不改变光束同心性，能形成完美像的光学系统，4，等光路面，反射等光路面，(2)其他反射等光路面都是旋转二次曲面，(Asphericalmirror

13、s )，对某些特定的物点形成完美像，旋转椭圆体面：两焦点共轭可以用于聚光，非常特殊的情况下可以用于成像。 以p、p为焦点的旋转椭圆体面、实物点、虚物点、1、光路的概念及其物理意义、重点内容的复习、物理意义 :通过介质中的时间内通过真空的程度，两者的等价，实物为虚像：折射面，相互对应的物点p和像点p称为共轭点。 物像共轭性。 (2)其他反射等光路面均为旋转二次曲面，旋转椭圆体面反射镜： p和p为共轭点，均为实或虚。 可以用于聚光，非常特殊的情况下可以用于成像。p、p、a、实物点、虚像点、虚像点、凹面反射镜、凸面反射镜、旋转抛物面反射镜：焦点与轴上无限远点共轭，很现实。 广泛使用(发送或接收)。

14、准线、旋转抛物面、旋转抛物面、旋转双曲面反射镜： p和p在共轭点上，一实一虚。 以p、p为焦点的旋转双曲面、实物点、虚物点、虚像点、实像点、the 2.4 m-diameterhyperboloidalprimarymirrofhubbleespacetelescope、an off-axisparabolicmi 哈勃望远镜this solar-thermalelectricplantinthemojavedesertuseslongrowsofparabolicmirrorstofocustunsraysonoil-filleddpipes， whicharelocatedatthefoc

15、alpointtofeatchmirror .应用2太阳能发电站，折射等光路面，笛卡尔卵形面：四次曲面，给出后只有一对共轭点。ahyperbolicinterfacebetwenairandglass，光路：物体点、像点无限远、平行光出射、esselectionopeoptimasphericalileses、Polishingasphericallens、inth 抛物面，比较主光轴，1，光的折射规律，2，全反射和临界角，3，光路的概念及其物理意义，重点内容的复习，物理意义 :将光通过介质中的几何程度换算为通过真空中的介质中的几何程度l，与在真空中的几何程度nl中所经历的相位变化相同意义 :从某一点来看4、费马原理、Aftertwointernalreflection、水珠、入射阳光、Thedisksoverlap， soitisrevlitivitybrighterbelowtheprim