[工程光学][第01章a]

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1、工程光学路海luhai123@gmail.com4,Sep2013@HeNanNormalUniversity课程安排学分:4.0总学时:72.0讲授学时:72.0课程类别:必修授课方式:现场讲授考核方式:考试上课班号:001周次:1-18节次:三[7-8节]四[1-2节]地点:田家炳楼&阶梯楼参考书目《工程光学系统设计》----林大键《光学设计理论基础》----王之江《应用光学》----张以谟《ModernOpticalEngineering》----WarrenJ.Smith课本《工程光学》----郁道银课程目标了解工程光学的研究对象---

2、-光。淡化复杂的数学计算，着重阐述基本概念和基本规律，建立清晰的物理图像，树立鲜明的物理思想。主动把握所研究的对象，学会物理学的研究方法和研究思想，养成良好的自学习惯。通过工程光学课的学习，学习物理学家们那种创造性研究问题的思想和方法，培养良好的创新能力和科研素质。Grade：10%inclass;90%infinalexam！概述1234光学是研究光的本性、光的传播、光与物质的相互作用以及光的实际应用的科学。光主要以波动的形式存在。光的本质是电磁波。光学系统的主要作用是传输光能和对研究的目标成像。几何光学撇开了光的波动本性，采用一种简便和实用

3、的几何学的方法来研究光的传播和光经光学系统的成像规律。第一章几何光学的基本定律与成像概念第一节几何光学的基本定律第二节光学系统的物像概念第一节几何光学的基本定律一、几何光学的点、线、面二、几何光学的基本定律三、费马原理一、几何光学的点、线、面点：光源、物体、像都看成是点的集合。线：光波的传播抽象成几何线一样的光线，相当于波面的法线，代表了光的传播方向。光波由一束光线表示，平面波对应于平行光束，球面波对应于同心光束。如图平行光束与同心光束同心光束球形波面平面波面平行光束各类光束及对应的波面二、几何光学的基本定律几何光学的基本定律决定了光线在一般

4、情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。几何光学的基本定律有三大定律：1．光的直线传播定律各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。光的直线传播图例2．光的独立传播定律当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。3．光的折射定律和反射定律当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将

5、被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。光线经界面后的传播CABA反射定律入射光线、入射点界面的法线、反射光线三者共面，入射光线与反射光线分居于法线的两侧，且入射角与反射角绝对值相等。入射光线、入射点界面的法线、折射光线三者共面，入射角I与折射角I′之间满足下列关系式反射定律看作是折射定律中的一个特例。折射定律推论光路的可逆性用射出去的光路在一定条件下可以决定射回的光路。利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物。光路的可逆性全反射现象全反射：折射光线因大于等於折射光线因大于等于90而消失，所有的光

6、线反射到原介质中的现象。在一定的条件下,光线发生全反射①光线由光密介质射向光疏介质；②入射角大于临界角。二者缺一不可。折射率较高的介质折射率较低的介质折射角等于90度时的入射角全反射现象TEXTTEXTTEXT全反射现象全反射的应用举例（1）全反射棱镜全反射的应用举例（2）光纤的全反射传光全反射光纤三、费马原理费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为

7、n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为费马原理费马原理指出，光从一点传播到另一点沿的是极值光程路径。即光沿光程为极大值、或极小值、或常量值的路径传播，其数学表示为光程的一阶变分为0：至于光程走的是极大值还是极小值，这要取决于折射表面的曲率及两点之间的位置，大多数情况下是极小值。费马原理可以用来证明光的直线传播定律和光的折、反射定律。第二节光学系统的物像概念一、物方光线和像方光线二、物和像三、物空间和像空间四、物像的相对性一、物方光线和像方光线光学系统由若干不同介质组成，对光线实现所需的传播。光线未通过系统前称为物方光线。物方光线连接着

8、物体。光线通过系统后称为像方光线，像方光线连接着物体的像。为分析和处理问题方便，常将光线沿传播直线向任意方向延长，延长后的光线性质不变。二、物和像物：