应用光学(第一章)综述课件

应用光学应用光学2024/6/261哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所应用光学2023/8/111哈工大光电测控技术与装备研究所授授课教师：光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所庄志涛庄志涛E-mail:办公电话：办公电话：86402312/3-800办公地点：办公地点：制造楼制造楼6042024/6/262哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所授课教师：光电测控技术与装备研究所庄志涛E-mail:研究领域光电测试技术与仪器光电测试技术与仪器视觉检测技术与图像处理视觉检测技术与图像处理网络化测试技术网络化测试技术生物医学图像技术生物医学图像技术光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所Optics Instrument&Automation Lab.(OIAL)http:/ 主要研究光学与电子学相结合的测量与控制方法主要研究光学与电子学相结合的测量与控制方法及相应的装备，在激光测量技术和光纤测量技术及相应的装备，在激光测量技术和光纤测量技术等方面取得一系列成果等方面取得一系列成果 。快速、非接触式激光快速、非接触式激光测量系统在很多应用中具有其他测量手段不可比测量系统在很多应用中具有其他测量手段不可比拟的优势。随着激光技术、精密机械技术和电子拟的优势。随着激光技术、精密机械技术和电子技术的发展，光、机、电三者相结合的产品如激技术的发展，光、机、电三者相结合的产品如激光干涉仪、激光跟踪仪，激光坐标测量机，激光光干涉仪、激光跟踪仪，激光坐标测量机，激光测距仪，全站仪等仪器在工业检测中占有举足轻测距仪，全站仪等仪器在工业检测中占有举足轻重的地位。重的地位。2024/6/264哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所研究领域光电测试技术与仪器2023/8/114哈工大光电测控研究领域研究领域视觉检测技术与图像处理视觉检测技术与图像处理 是精密测试技术领域内最具有发展潜力的新是精密测试技术领域内最具有发展潜力的新技术，它综合运用了电子学、光电探测、图象技术，它综合运用了电子学、光电探测、图象处理和计算机技术，将机器视觉引入到工业检处理和计算机技术，将机器视觉引入到工业检测中，实现对物体测中，实现对物体(产品或零件产品或零件)三维尺寸或位三维尺寸或位置的快速测量，具有非接触、速度快、柔性好置的快速测量，具有非接触、速度快、柔性好等突出优点，在现代制造业中有着重要的应用等突出优点，在现代制造业中有着重要的应用前景。视觉检测技术为解决在线测量问题提供前景。视觉检测技术为解决在线测量问题提供了一个理想的手段，美国国家标准局八十年代了一个理想的手段，美国国家标准局八十年代在调查的基础上曾作过预测：今后工业检测工在调查的基础上曾作过预测：今后工业检测工作的作的80%80%将由视觉检测技术完成。经过十多年将由视觉检测技术完成。经过十多年的发展，视觉检测技术在国内外都获得了长足的发展，视觉检测技术在国内外都获得了长足的进步，应用领域已涵盖汽车、钢铁、微电子的进步，应用领域已涵盖汽车、钢铁、微电子器件等几乎所有的现代制造业领域器件等几乎所有的现代制造业领域。2024/6/265哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所研究领域视觉检测技术与图像处理2023/8/115哈工大光电网络化测试技术网络化测试技术 网络的最大特点就是可以实现资源共享，使现有网络的最大特点就是可以实现资源共享，使现有资源得到充分利用，从而实现多系统、多专家的协资源得到充分利用，从而实现多系统、多专家的协同测试与诊断，它解决了已有总线在仪器台数上的同测试与诊断，它解决了已有总线在仪器台数上的限制，使一台机器为更多的用户使用，实现测量信限制，使一台机器为更多的用户使用，实现测量信息的共享，实现整个测试过程的高度自动化、智能息的共享，实现整个测试过程的高度自动化、智能化，同时减少了硬件的设置，有效降低了测试系统化，同时减少了硬件的设置，有效降低了测试系统的成本。另外，网络可以不受地域的限制，这就决的成本。另外，网络可以不受地域的限制，这就决定了网络化测试系统可以实现远程测控，使测试人定了网络化测试系统可以实现远程测控，使测试人员不受时间和空间的限制，随时随地获取所需信息，员不受时间和空间的限制，随时随地获取所需信息，同时网络化测试系统还可以实现测试设备的远距离同时网络化测试系统还可以实现测试设备的远距离测试与诊断，提高测试效率。正是网络化测试系统测试与诊断，提高测试效率。正是网络化测试系统的这些优点，使得网络化测试技术倍受关注。的这些优点，使得网络化测试技术倍受关注。研究领域研究领域2024/6/266哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所网络化测试技术研究领域2023/8/116哈工大光电测控技术生物医学图像技术生物医学图像技术 生物医学图像在生命科学研究、医学诊断、生物医学图像在生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方面起着重要的作用。生物医学图临床治疗等方面起着重要的作用。生物医学图像技术主要研究生物医学成像和图像处理方面像技术主要研究生物医学成像和图像处理方面的基本原理方法和发展趋势。针对国内外的先的基本原理方法和发展趋势。针对国内外的先进技术，尤其是在射频超声等医学信号、信息进技术，尤其是在射频超声等医学信号、信息提取方法方面开展深入的研究。提取方法方面开展深入的研究。研究领域研究领域2024/6/267哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所生物医学图像技术研究领域2023/8/117哈工大光电测控技师资力量师资力量 光电测控技术与装备研究所经过多年发展，光电测控技术与装备研究所经过多年发展，现有现有400400平方米实验室，在编人员平方米实验室，在编人员1010人，教授四人，教授四名名(浦昭邦浦昭邦,袁怡宝袁怡宝,刘宛予刘宛予,张琢张琢),),副教授二名副教授二名(刘国栋刘国栋,庄志涛庄志涛),),在读博士助教在读博士助教3 3人（刘炳国，人（刘炳国，任淑燕，胡涛），高级技师任淑燕，胡涛），高级技师1 1人（王文涛），陈人（王文涛），陈凤东（博士，留校工作，计算机学院）凤东（博士，留校工作，计算机学院）.光电测控技术与装备研究室科研方向光电测控技术与装备研究室科研方向隶属于自动化测试与控制一级学科，自建所以隶属于自动化测试与控制一级学科，自建所以来，培养博士生来，培养博士生2828人、硕士生人、硕士生4848余人余人 。现承担。现承担博士研究生学位课一门、硕士生学位课多门。博士研究生学位课一门、硕士生学位课多门。2024/6/268哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所师资力量 光电测控技术与装备研究所经过多激光焦点法多功能测量系统激光焦点法多功能测量系统柱面镜四象限光电二极管L1O2L2L3O1zABlLDL4/4 片偏振分光棱镜 splitter线圈磁铁分光棱镜被测面A信号处理电路数据采集卡恒流源驱动电路zyx2341光杠杆23412024/6/269哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所激光焦点法多功能测量系统柱面镜四象限光L1O2L2L3O1z万万工工显显视视觉觉测测量量仪仪器器2024/6/2610哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所万工显视觉测量仪器2023/8/1110哈工大光电测控技术与2024/6/2611哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所2023/8/1111哈工大光电测控技术与装备研究所考试成绩组成：考试成绩组成：期末考试卷面成绩:70%平时成绩:30%作业成绩：10%实验成绩：10%出勤成绩：10%注意：缺勤一次扣缺勤一次扣5分，分，三次和三次和三次以上缺勤者或或缺席一次和一次以上一次和一次以上实验的，的，不准参加期末考试2024/6/2612哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所考试成绩组成：期末考试卷面成绩:70%2023/8本门课程的主要参考教材1、工程光学基础 徐家骅 主编 机械工业出版社2、工程光学李湘宁 主编 科学出版社3、计量光学许世文 主编 哈尔滨工业大学出版社2024/6/2613哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所本门课程的主要参考教材1、工程光学基础 徐家骅 主编 光-Light，是我们最熟悉的现象之一，没有光，人类就无法生存。万物生长靠太阳！万物生长靠太阳！地球上的主要能源都是直接或间接来地球上的主要能源都是直接或间接来自太阳能！自太阳能！2024/6/2614哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所光-Light，是我们最熟悉的现象之一，没有光，人类就无法生生活中，大自然中有关光的现象无处不在生活中，大自然中有关光的现象无处不在佛光2024/6/2615哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所生活中，大自然中有关光的现象无处不在佛光2023/8/111彩虹2024/6/2616哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所彩虹2023/8/1116哈工大光电测控技术与装备研究所海市蜃楼2024/6/2617哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所海市蜃楼2023/8/1117哈工大光电测控技术与装备研究所日晕2024/6/2618哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所日晕2023/8/1118哈工大光电测控技术与装备研究所2024/6/2619哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所你还能举些有关光的现象么？2023/8/1119哈工大光电测几何光学发展最为迅速，荷几何光学发展最为迅速，荷兰数学家兰数学家斯涅尔斯涅尔发现的准确发现的准确的折射定律对于的折射定律对于光学仪器的光学仪器的设计和改进具有重要意义设计和改进具有重要意义！为研究整个光学系统提供了为研究整个光学系统提供了计算的可能。计算的可能。2024/6/2620哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所几何光学发展最为迅速，荷兰数学家斯涅尔发现的准确的折射定律对光学开始进入了一个新的时期，以致于成光学开始进入了一个新的时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。组成部分。二十世纪六十年代，激光问世。二十世纪六十年代，激光问世。从此光学有开始了一个新的发展时期，并发展出了许从此光学有开始了一个新的发展时期，并发展出了许许多多新兴的光学学科，如：许多多新兴的光学学科，如：傅立叶光学傅立叶光学薄膜光学薄膜光学集成光学集成光学纤维光学纤维光学全息光学全息光学红外与微光技术红外与微光技术等等等等2024/6/2621哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所光学开始进入了一个新的时期，以致于成为现代物理学和现代科学技光学的应用领域越来越广泛工业工业：显微镜、汽车车身的检测、机器人视觉、材料金相结构：显微镜、汽车车身的检测、机器人视觉、材料金相结构 等等等等车车身身模模型型数数字字化化系系统统2024/6/2622哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所光学的应用领域越来越广泛工业：显微镜、汽车车身的检测、机器人农业：收割、除草、叶面与果实的检测叶面积仪叶面积仪2024/6/2623哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所农业：收割、除草、叶面与果实的检测叶面积仪2023/8/11军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等红外侦察红外侦察2024/6/2624哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平激光制导2024/6/2625哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所激光制导2023/8/1125哈工大光电测控技术与装备研究所潜望镜2024/6/2626哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所潜望镜2023/8/1126哈工大光电测控技术与装备研究所红外雷达和平视显示器2024/6/2627哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所红外雷达和平视显示器2023/8/1127哈工大光电测控技医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测通信：光缆通讯通信：光缆通讯航天：资源勘探、星际探索航天：资源勘探、星际探索 哈勃号太空望远镜是被送入哈勃号太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。总长轨道的口径最大的望远镜。总长12.8米，镜筒直径米，镜筒直径4.28米，主镜直米，主镜直径径2.4米，连外壳孔径则为米，连外壳孔径则为3米，全米，全重重11.5吨吨日用：扫描仪、光碟、照相机日用：扫描仪、光碟、照相机2024/6/2628哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测通信：光缆通讯航天：资源哈勃太空望远镜2024/6/2629哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所哈勃太空望远镜2023/8/1129哈工大光电测控技术与装备“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC 3370”螺旋星系的照片2024/6/2630哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC 3370”螺旋星系的哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片2024/6/2631哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片人们还在不断研究光的应用领域宇宇宙宙1号号太太阳阳帆帆宇宙1号的太阳帆面积为530.93平方米，由光压获得的推力为255克。如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力即为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星2024/6/2632哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所人们还在不断研究光的应用领域宇宙1号太阳帆宇宙1号的太阳帆面应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律以及光与物质相互作用的研究还在不断继续。2024/6/2633哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律几何（应用）光学的研究内容采用光的直线传播概念，研究光采用光的直线传播概念，研究光传播的基本规律和光通过光学系传播的基本规律和光通过光学系统成像的原理和应用统成像的原理和应用通过本门课程的学习，使大家了解在光电测通过本门课程的学习，使大家了解在光电测量仪器设计中所需的一些基本概念、基本设量仪器设计中所需的一些基本概念、基本设计术语、基本设计方法等等。计术语、基本设计方法等等。几何（应用）光学的研究目的2024/6/2634哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所几何（应用）光学的研究内容采用光的直线传播概念，研究光传播的2024/6/2635哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所2023/8/1135哈工大光电测控技术与装备研究所2024/6/2636哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所2023/8/1136哈工大光电测控技术与装备研究所光切显微镜2024/6/2637哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所光切显微镜2023/8/1137哈工大光电测控技术与装备研究2024/6/2638哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所2023/8/1138哈工大光电测控技术与装备研究所2024/6/2639哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所2023/8/1139哈工大光电测控技术与装备研究所2024/6/2640哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所2023/8/1140哈工大光电测控技术与装备研究所第一章第一章 几何光学的基本原理几何光学的基本原理2024/6/2641哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所第一章 几何光学的基本原理2023/8/1141哈工 在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域，在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域，使用着种类繁多的的光学仪器，如望远镜，显微镜，使用着种类繁多的的光学仪器，如望远镜，显微镜，投影仪等。投影仪等。光学系统：千差万别光学系统：千差万别 但是其基本功能是共同的：传输光能或对所研究但是其基本功能是共同的：传输光能或对所研究的的目标成像目标成像目标成像目标成像。研究光的传播和光学成像的规律对研究光的传播和光学成像的规律对于设计光学仪器具有本质的意义！于设计光学仪器具有本质的意义！1-1 光波和光线光波和光线2024/6/2642哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所 在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域从本质上讲，光是电磁波，它是按照波动理论进行传播。但是按照波动理论来讨论光经透镜和光学系但是按照波动理论来讨论光经透镜和光学系统是的传播规律或成像问题时将会造成计算统是的传播规律或成像问题时将会造成计算和处理上的很大困难，在实际解决问题时也和处理上的很大困难，在实际解决问题时也不方便。不方便。好累！太不方便了！2024/6/2643哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所从本质上讲，光是电磁波，它是按照波动理论进行传播。但是按照波按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统成像。问题变得简单问题变得简单而且实用而且实用！2024/6/2644哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。点：光源、焦点、物点、像点线：光线、法线、光轴面：物面、像面、反射面、折射面由于光具有波动性，因此这种只考虑粒子由于光具有波动性，因此这种只考虑粒子性的研究方法只是一种对真实情况的近似性的研究方法只是一种对真实情况的近似处理方法。必要时要辅以波动光学理论。处理方法。必要时要辅以波动光学理论。2024/6/2645哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规一一.发光点发光点 几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时，也可认为是一个点。天体天体遥远的距离遥远的距离观察者观察者2024/6/2646哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所一.发光点天体遥远的距离观察者2023/8/1146哈工大 任何被成像的物体，任何被成像的物体，是由无数个发光点组成是由无数个发光点组成1、本身发光。、本身发光。2、反射光。、反射光。因此研究物体成像时，可以用某些特征点的成因此研究物体成像时，可以用某些特征点的成像规律来推断整个物体的成像。像规律来推断整个物体的成像。2024/6/2647哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所 任何被成像的物体，是由无数个发光点组成1、本身发光。二、光线二、光线发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传播方向。2024/6/2648哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所二、光线发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光三、光束三、光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向四周传播，形成以发光点为球心的光向四周传播，形成以发光点为球心的球面波球面波球面波球面波。某一时刻相某一时刻相位相同的点构成位相同的点构成的面称为的面称为波面波面波面波面 波面上某一点的法线就是这一点上光的传播波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方向，波面上的法线束称为方向，波面上的法线束称为光束光束光束光束2024/6/2649哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所三、光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波平行光束平行光束：光线彼此平行，是平面波光线彼此平行，是平面波2024/6/2650哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波平行光束：光线彼此平像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。在几何光学中研究成像时，主要要搞清光线在光在几何光学中研究成像时，主要要搞清光线在光学元件中的传播途径，这个途径称为学元件中的传播途径，这个途径称为光路光路光路光路实际做法：实际做法：实际做法：实际做法：从光束中取出一个适当的截面，从光束中取出一个适当的截面，再求出其上几条光线的光路，即可解决成再求出其上几条光线的光路，即可解决成像问题。这种截面称为像问题。这种截面称为光束截面光束截面2024/6/2651哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。1-2 几何光学基本定律几何光学基本定律(1-2,1-3)一、光的直线传播定律一、光的直线传播定律 在在各向同性的均匀透明介质各向同性的均匀透明介质各向同性的均匀透明介质各向同性的均匀透明介质中，光线沿直线传播。中，光线沿直线传播。二、光的独立传播定律二、光的独立传播定律 不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼彼彼彼此互不影响此互不影响此互不影响此互不影响。在光线的相会点上，光的强度是各光。在光线的相会点上，光的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原方向按原方向按原方向按原方向传播传播传播传播。2024/6/2652哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所1-2 几何光学基本定律(1-2,1-3)一三、折射和反射定律三、折射和反射定律 光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面 时的定律。（一）折射定律（一）折射定律na出射光线出射光线入射光线入射光线法线法线IIONQnbI：入射角入射角I：折射角折射角2024/6/2653哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所三、折射和反射定律 光的折射和反射定律（1）折射光线位于由入射光线和法线）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧。线分居法线两侧。（2）入射角的正弦和折射角的正弦）入射角的正弦和折射角的正弦之比与两角度的大小无关，仅决定于之比与两角度的大小无关，仅决定于介质的性质，为一恒量介质的性质，为一恒量nab即nab:介质介质 b 对介质对介质 a 的相对折射率的相对折射率，如果介质如果介质 a 为真空，则介质为真空，则介质 b 对真空的折对真空的折射率也称为绝对折射率，用射率也称为绝对折射率，用 表示表示nbna出射光线出射光线入射光线入射光线法线法线IIONQnb2024/6/2654哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和也可表述为：也可表述为：C：在真空中光速在真空中光速，：在介质 b 中光速vb两个介质的两个介质的相对折射率相对折射率相对折射率相对折射率可以用光在该介质中的速度表示可以用光在该介质中的速度表示对上式变换对上式变换 两种介质的两种介质的相对折射率相对折射率等于两介质的等于两介质的绝绝对折射率对折射率之比之比2024/6/2655哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所也可表述为：C：在真空中光速，：在介质将上式代入 并设有：真空折射率为真空折射率为1，在标准压力下，在标准压力下，20摄氏度时空气折射摄氏度时空气折射率为率为1.00028，通常认为空气的折射率也为通常认为空气的折射率也为通常认为空气的折射率也为通常认为空气的折射率也为1 1，把其他介质相对于空气，把其他介质相对于空气，把其他介质相对于空气，把其他介质相对于空气的折射率作为该介质的绝对折射率。的折射率作为该介质的绝对折射率。的折射率作为该介质的绝对折射率。的折射率作为该介质的绝对折射率。提示：提示：但是在设计高精度的太空中的光学仪器但是在设计高精度的太空中的光学仪器时，就必须考虑空气和真空折射率的不同。时，就必须考虑空气和真空折射率的不同。2024/6/2656哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所将上式代入 并设有：（2）入射角）入射角 I和反射角和反射角I的绝对值相同，可表示为的绝对值相同，可表示为 （二）反射定律 （1）反射光线在由入）反射光线在由入射光线和法线所决定的射光线和法线所决定的平面内平面内反射光线反射光线入射光线入射光线法线法线INI”O符号相反说明符号相反说明入射光线入射光线入射光线入射光线和和反射光线反射光线反射光线反射光线分居法线两侧。分居法线两侧。2024/6/2657哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所（2）入射角 I和反射角I的绝对值相同，可表示为 全反射现象全反射现象一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发生反射和折射现象。生反射和折射现象。可知可知即折射光线较入射光线偏离法线即折射光线较入射光线偏离法线由公式由公式当当光光由由光光光光密密密密介介介介质质质质射射向向光光光光疏疏疏疏介介介介质质质质时时,1-3 光路可逆和全反射光路可逆和全反射(1-4,11-1,11-2)(1-4,11-1,11-2)2024/6/2658哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所全反射现象一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发生反射和 不可能大于不可能大于1，此时入射光线将不能射入，此时入射光线将不能射入另一介质。另一介质。按照反射定律在介面上全部被反射回原介质按照反射定律在介面上全部被反射回原介质对应于对应于 的入射角的入射角 被称为被称为临界角临界角记为记为,可知可知2024/6/2659哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所 不可能大于1，此时入射光线将不能全反射的两个条件：全反射的两个条件：（1）光密到光疏介质；）光密到光疏介质；（2）入射角大于临界角；）入射角大于临界角；全反射的应用：全反射的应用：（1）制成各种全反射棱镜，用于折转光路，代）制成各种全反射棱镜，用于折转光路，代替平面反射镜。替平面反射镜。（2）制造光导纤维。）制造光导纤维。2024/6/2660哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所全反射的两个条件：（1）光密到光疏介质；（2）入射角大于临界光导纤维号称现代信息系统的神经由内层折射率较高的纤芯和外层折射率较低的包由内层折射率较高的纤芯和外层折射率较低的包层组成层组成2024/6/2661哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所光导纤维号称现代信息系统的神经由内层折射率较高的纤芯和外层折进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射，直至另一端出射。上连续发生全发射，直至另一端出射。SBA当当大于临界角时，就发生全发射。大于临界角时，就发生全发射。2024/6/2662哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射，直至另一根据折射定律，又有：根据折射定律，又有：SBA可以得到：可以得到：当入射角当入射角时，可以全反射传送，时，可以全反射传送，当当时，光线将会透过内壁进入包层时，光线将会透过内壁进入包层由由得得2024/6/2663哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所根据折射定律，又有：SBA可以得到：当入射角时，可以全反射传定义 为光纤的数值孔径 越大，可以进入光纤的光能就越多，也就越大，可以进入光纤的光能就越多，也就是光纤能够传送的光能越多。是光纤能够传送的光能越多。这意味着光信号越容易耦合入光纤。这意味着光信号越容易耦合入光纤。2024/6/2664哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所定义 为光纤的数值孔径光的直线传播定律、独立传播定律、折射和反射定律、费马原理是几何光学的基本定律，是研究光线传播和成像问题的基础。从上述定律可以得到光线传播的一从上述定律可以得到光线传播的一个重要原理个重要原理光路的可逆性原理光路的可逆性原理。利。利用这一原理，可以由物求像，也可以用这一原理，可以由物求像，也可以由像求物。由像求物。2024/6/2665哈工大光电测控技术与装备研究所哈工大光电测控技术与装备研究所光的直线传播定律、独立传播定律、折射和反射定律、费马原理是几