最新姚启钧光学课件--第3章教学讲义ppt.ppt

《最新姚启钧光学课件--第3章教学讲义ppt.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、姚启钧光学课件--第3章3.光线与波面的关系在各向同性介质中，光线总是与波面法线方向重合。即光线与波面总是垂直的。平面波球面波柱面波二、几何光学的基本实验定律1.直线传播定律：在均匀介质中，光总是沿直线传播的。2.反射定律：①反射线在入射线和法线决定的平面内；②反射线、入射线分居法线两侧；③3.折射定律：①折射线在入射线和法线决定的平面内；②折射线、入射线分居法线两侧；③4.独立传播定律：5.光路可逆原理：自不同方向或不同物体发出的光线相交时，对每一光线的传播不发生影响。即各自保持自己原有的特性，沿原方向继续传播，互不影响。

2、在几何光学中，任何光路都是可逆的。③i2n2B‘A’CBAn1O’OPMi1XYZ由于反射、折射定律是实验定律，是公认的正确的结论，所以，费马原理是正确的。同理：也可证明反射定律。成像问题是几何光学研究的主要问题之一。光学元件质量的高低是以成像质量来衡量的。为学习研究成像规律，首先介绍几个基本概念。四、单心光束、实像、虚像1、发光点：只有几何位置而没有大小的发射光束的光源。它也是一个抽象概念，一个理想模型，有助于描述物和像的性质。点光源就是一个发光点。若光线实际发自于某点，则称该点为实发光点；若某点为诸光线反向延长线的交点，

3、则该点称为虚发光点。2、单心光束：只有一个交点的光束，亦称同心光束。该唯一的交点称为光束的顶点。发散单心光束会聚单心光束实象：有实际光线会聚的象点。虚象：无实际光线会聚的象点。（光束反向延长线的交点）。当顶点为光束的发出点时，该顶点称为光源、物点。3、实像、虚像当单心光束经折射或反射后，仍能找到一个顶点，称光束保持了其单心性。该顶点称为象点。P‘PP’P实像虚像实物、实像、虚像的联系与区别1、成像于视网膜上的只是光束的顶点而非光束本身。光通过浑浊的空间时，尘埃微粒作为散射光束的顶点被看到，而不是看到了光束本身；宇航员看到的洁

4、净的宇宙空间是漆黑的，是由于没有尘埃作为散射源。对能保持单心性的光束，一个物点能且只能形成一个像点，即物与像形成一一对应关系。2、人眼以刚进入瞳孔前的光线方向判断光束顶点位置单独用人眼无法直接判断顶点是否有实际光线通过实发光点实像虚像对人眼而言，无论是物点还是像点，是实像还是虚像，都不过是发散光束的顶点，二者之间没有区别。实物、实像、虚像的区别PP‘P’‘A：P与P’、P‘’P各处可见；而由于透镜大小的限制，P‘和P’‘仅在光束范围内可见。B：P’与P‘’置一白纸于P’、P‘’处，由于有实际光线通过，P’是亮点；由于无实际光

5、线通过，P‘’处看不到光点。§3-2光在平面介面上的反射和折射光学纤维保持物、像在几何形状上的相似性，是理想成像的基本要求。保持光束的单心性是保持形状相似从而实现理想成像的保证。所以，研究成像问题就归结为研究如何保持光束单心性问题。一般情况下，光在介面上反射和折射后，其单心性不再保持。但只要满足适当的条件，可以近似地得到保持。接下来主要研究在不同介面反射、折射时，光束单心性的保持情况。一、光在平面上的反射DM’MP‘PCBA如图示：点光源P发出单心光束，经平面镜反射后，形成一束发散光束，其反向延长线交于一点P‘，且与P点对称

6、。显然，反射光束仍为单心光束，说明在此过程中光束保持了其单心性，是一个理想成像过程——P‘是P的虚像。∴平面镜是一个不破坏光束单心性、理想成像的完善的光学系统。并且也是唯一的一个。二、光在平面介面上的折射1、光束单心性的破坏xB1B2n2n1OyP2P1PP`i1i2i1+△i1i2＋△i2A1A2●●z介质n1中的发光点P发出单心光束经两面介面XOZ折射后进入介质n2，现取其中一微元光束（如图示），在XOY平面内，其折射光束的反向延长线交于P‘点，并与OY轴交于P1、P2两点。各点坐标如图示：经计算（见附录3—1）可得：x

7、B1B2n2n1OyP2P1PP`i1i2i1+△i1i2＋△i2A1A2●●z将PA1、PA2沿OY轴旋转一微小角度成一立体微元，则：P、P1、P2三点不动，而交点P’将画出一小圆弧（近似视为垂直于XOY平面的一小段直线）。所以，光束内任一条光线与Y轴的交点均处在直线P1P2（弧矢象线）内，但不相交；交点P‘也处在直线P’P‘（子午象线）上，也不相交。即：发光点经折射后，成象为两条相互垂直的象线而不是象点，称为象散。折射后，光束的单心性已被破坏。2、象似深度三、全反射光学纤维1、全反射：xA3n2n1OyPi1i2icA1

8、A2只有反射而无折射的现象称为全折射。2、光学纤维单根构造：内层：外层：原理：∴在顶角为2i的园锥体内的光线，均能在光纤内顺利传播。直径约为几微米的单根或多根玻璃(或透明塑料)纤维.四、棱镜EDCB1、偏向角、最小偏向角：棱镜是一种由多个平面界面组合而成的光学元件。光通过棱镜时，产生两个或