jhgx[1]几何光学基本原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,几何光学的基本原理,制作人：从守民,1,3-1 几何光学的基本定律和原理,几何光学撇开光的波动本性，以几何定律和某些实 定律为基础的光学称为几何光学。,一、光线和波面 物与象,光线表示光的传播方向线,光束有无数光线构成,波面等相面，在各向同性介质中，光线和波面是垂直的。,单心光束球面波,平行光束平面波,象散光束高次曲面,物：入射光束的心,实物发散,虚物会聚,实象会聚的心,象：出射光束的心,虚象发散的心,2,球面波,波阵面,波射线,波阵面,波射线,平面波,3,光学系统,实物成虚实象,光学系统,物空间,像空间,实物成实象,光学系统,虚物成实象,4,物空间象空间分别是入射光束和出射光束所在的空间。也可用这两个空间判断物象的实和虚（同学们思考）完善成象：单心性不被破坏。,二、几何光学的实验定律,1.光的直线传播定律。（各向同性介质中）,2.反射定律和折射定律：,共面,分于法线两侧,角度关系,3.光的独立传播定律和光路可逆原理（各向同性介质中）,三、费马原理几何光学的基本原理,。,过去表述：光沿所需时间为极值的路径传播。,现在表述：光沿光程取极值的路径传播。,5,A,B,i,1,i,2,C,(x1,y1),(x2,y2),(x,0),n,1,n,2,x,y,光程(ACB)为,例：用费马原理导出折射定律,6,光程取极值，只可能是极小值，光程对x求一介导数,令其为0,有三角形几何关系可得,7,指出：费马原理和力学中的最小作用量原理等价，在处理变折射光学问题很重要。,3-2 光在平面界面上的反射和折射,一、光的平面反射,1.能否完善成象？,保持光束的单心性能完善成象,2.成象规律讨论,物象关于镜面对称、等大、旋性相反,物象间象空间重合，,3.用途：主要用于改变光的行进方向和成象位置,S,S,物空间，也是像空间，两者重合,物在物空间，像不在像空间，实物成虚象,问：虚物能否成实象？,8,二、平面折射,y,n,1,n,2,x,P物点,水介质,空气介质,物空间,像空间,像P1 P2,单心性受到破坏，不能完善成像,在近垂直窄光束条件下，可近似完善成像,P,9,1.空间立体单心元光束折射,画出的弧线（子午交线）,出射光线交于,和,成为象散光束，,单心性受,到破坏。不能完善成象,2.近似完善成象。,窄光束,条件,垂直入射,，当n,2,n,1,时，yy。如从水面上看下面的鱼,5.成象规律讨论, 物象同侧, 实物成虚象虚物成实象（物象之间分开）,像方折射率,物方折射率,像距,物距,10,y,物距y=60cm,像距y=40cm,水n1=1.5,空气n2=1,例：水深度为60cm处有一个青蛙，在水面上方看到的青蛙上升了多少cm?,解：,像方折射率,物方折射率,像距,物距,上升的高度为,H=(1-n2/n1)*(水深度),11,三、全反射及其应用,时，,临界角。,i,c,n,1,n2,全反射的应用：改变光路，光导纤维,12,四、棱镜,可证,时，,有极小值。,作用：改变光路 色散分光,顶角A,偏向角,13,3-3 球面反射和折射,一.符号法则：,笛卡儿坐标，以顶点为参考点左边为负右边为正；一光轴为准上方为正，下方为负。角度，以主轴或法线转向某光线顺时针为正，逆时针为负。图中标出必须保证为正值即本身为负是加负号。,二.单球面反射,1.单心性被破坏,不能完善成象。,2.近似成象：近轴光线,可导出,3.焦点焦距,实物,-y,y,-S,-r,-S,S,虚象,14,主光轴,-f =-f,-r,o,C,F,F ,凹面镜,-s,o,C,F,F,凸面镜,r,15,横向放大率,F,F ,-S,-S,y,-y,有相似三角形得：,实物成实象,实物成虚象,16,三,、,单球面折射,不能完善成象,近似完善成象：近轴物,近轴光线,焦距,反号在两侧,公式,（光焦度）,物方折射率n,像方折射率n,r,S,-S,17,3-4 薄透镜,一、光连续在几个球面上的折射,1.共轴球面下绕,2.逆次成象法（隔离体）,二、薄透镜物象公式：,厚度,和半径相比可忽略时为薄透镜。,焦点焦距,高斯公式,牛顿公式,O,1,O,2,像方焦点F,物方焦点F,n1,n2,n,-f,f,18,三.作图求象法,1.平行光线法：将特征光线适用于主轴处物点,2.倾斜光线法：副轴：过焦平面和光心的直线物方焦平面性质：,3-5复合光具组的基点基面 理想光具组,一.基点和基面,1.焦点和焦平面,19,2.主点和主平面,一对主平面性质,。将光线的多次实际偏折等效于在主平面上,的一次偏折来代替,3.节点,，角放率,过节点光线不改变方向。,二.复合光具组基点基面的确定,令光学间隔,1.系统主点：,20,2.系统焦点,空气中主点和节点重合。,返回,21,