几何光学-PPT医用物理学课件.ppt

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1、本单元测验题1利用旋转矢量法确定下述各种t=0情况下的初相。2．已知波源在原点x＝0的平面简谐波方程为y=acos(10πt-πx+π/3)，其中a、b、c均为常量，试确定波速、波长、周期及频率。3、一列波沿x轴正向传播,其中x=5m处的质点振动曲线如图所示，已知A=0.1m试求:(1)波动表达式;(2)x=8m处的质点在t=1s时的振动速度。第十一章光学光学发展概述光学的起源也和力学、热学一样，可以追溯到二、三千年前。我国的《墨经》就记载了许多光学现象，例如投影、小孔成像、平面镜、凸面镜、凹面镜等光学真正形成一门科学，应该从建立反

2、射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。牛顿惠更斯微粒说波动说光的波粒之争牛顿:物体发出的粒子流(微粒说)惠更斯:光是一种波(波动说)光是什么？光的波粒二象性理论体系经典光学几何光学以光的直线传播为基础,研究光在透明介质中的传播问题波动光学以光的波动性为基础,研究光的传播及其规律量子光学以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，研究光的一系列规律现代光学激光原理及应用傅立叶光学全息光学光谱学非线性光学几何光学一、几何光学的基本定律光的直线传播定律：在均匀介质中,光沿直线传播2.光的反射定律入射光线反射光线法线i

3、i3.光的折射定律其中:n12称为介质2相对于介质1的折射率入射光线折射光线入射角i折射角i’法线介质1介质2相对于真空的折射率称为绝对折射率,其定义为：两种介质相比较，折射率大的介质，光在其中的传播速度小，称为光密介质；折射率小的介质，光在其中的传播速度大，称为光疏介质.折射率与介质、光的波长有关；通常表中所列数值为对钠黄光(589.3nm)而言。色散：白光通过三棱镜,折射时将各波长的光分散形成光谱光的独立传播定律光在传播过程中与其它光线相遇时，不改变传播方向，各光线之间互不受影响，各自独立传播，会聚处，光能量简单相加光路可逆性

4、原理如果反射光或折射光的方向反转，光线将按原路返回二、全反射1)光需由光密介质射向光疏介质2)入射角大于临界角1.产生全反射的条件：2.临界角的计算：n1为光疏媒质折射率；n2为光密媒质折射率如图所示，一束平行光线以入射角θ射入折射率为n、置于空气中的透明圆柱棒的端面，试求：光线在圆柱棒内发生全反射时，折射率n应满足的条件。根据折射定律，有：按全反射条件，应有：利用三棱镜,可以(a)改变路径的方向,(b)使看到的物体变为倒立,(c)同时改变路径的方向和使像变为倒立潜水望远镜利用两个三棱镜来改变光线的行进方向，形成正立的像3.全反射的

5、应用(a)(c)(b)全反射的应用水柱引导光线的行进内窥镜光纤三、费马原理(Fermatprinciple)费马原理更正确的称谓应是“平稳时间原理”，是在1662年提出的，又称“最短时间原理”：光线传播的路径是需时最少的路径设光在1，2，…，k等均匀介质中传播皮埃尔·德·费曼法国物理学家光从介质1中的A点到介质k中的B点所需的时间为:对于连续变化的介质所用时间为：折射率n与路程l的积，数值上等于以相同的时间在真空中走过的距离费马原理也可以这样来理解，光线在空间两点之间的传播，将沿着光程为极值的路程传播光程(opticalpath):

6、1几个概念四、几何光学成像的基本概念和薄透镜成像规律S发散的同心光束会聚的同心光束S同心光束的三要素:中心、主光线、立体角发射光线的光源,其本身线度比观察点距离小很多,此时可将光源抽象为几何点,称发光点同心光束发光点：物和象物：入射光束的心实物→发散虚物→会聚象：出射光束的心实象→会聚虚象→发散虚物实像实物实像会聚同心光束发散同心光束会聚同心光束会聚同心光束2、光在平面上的反射成像同心光束经平面反射后仍然保持为同心光束实际光线的延长线,相应的光程称为虚光程虚光程:像与物大小相等蓝线—傍轴光线3、光在球面上的折射和反射主光轴(opti

7、calaxis)—光学系统的对称轴主光轴傍轴光线(paraxialray)—与主光轴夹角较小，并靠近光轴的光线.绿线—非傍轴光线(1)符号法则：3.1单球面折射的物像公式①线段:由指定的原点为起点,沿光线进行方向为正,逆光线进行方向为负.在垂直方向上,光轴上方为正、下方为负.②角度:(锐角)以主轴或法线转向某光线顺时针为正，逆时针为负.③图中标出:必须保证为正值,即本身为负时加负号.Q(2)单球面折射的物像公式物像关系式Q物像关系式光焦度Q*单球面折射的物像公式另一推导方式表征:处于确定介质中的球面的光学特性(3).物方焦距、像方焦

8、距、高斯公式可得：像方焦距：物方焦距：高斯公式(4)横向放大率（又称垂轴放大率）因近轴光线：如图所示，一玻璃棒(n=1.5)长50cm，两端面均为半球面，半径分别为5cm和10cm，一小物高0.1cm，垂直位于左端球面顶点之前20cm