几何光学基本原理

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1、第三章几何光学的基本原理安庆师范学院物理系张杰1§3-3单心光束实象和虚象§3-1光线的概念§3-2费马原理§3-4光在平面界面上的反射和折射光学纤维§3-5光在球面上的反射和折射§3-6光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念§3-7薄透镜§3-8近轴物点近轴光线成象的条件§3-9理想光具组的基点和基面§3-10理想光具组的放大率基点和基面的性质§3-11一般理想光具组的作图求象法第三章几何光学的基本原理2§3-3单心光束实象和虚象§3-1光线的概念§3-2费马原理§3-4光在平面界面上的反射和折射光学纤维§3-5光在球面上的反射和折射§3-6光连续在几个球面界

2、面上的折射虚物的概念§3-7薄透镜§3-8近轴物点近轴光线成象的条件§3-9理想光具组的基点和基面§3-10理想光具组的放大率基点和基面的性质§3-11一般理想光具组的作图求象法第三章几何光学的基本原理3第三章几何光学的基本原理波长、位相——波动概念光线、波面——几何概念4一、光线与波面§3-1光线的概念“光线”只能表示光的传播方向，决不可认为是从实际光束中借助于有孔光阑分出的一个狭窄部分“光束由无数光线构成”5以几何定律和某些基本实验定律为基础的光学——几何光学(或光线光学)反映光的波动性的那部分光学——波动光学几何光学所研究的实际上就是波动光学的极限情况6二

3、、几何光学的基本实验定律(1)光在均匀介质中的直线传播定律；(2)光通过两种介质分界面时的反射定律和折射定律；(3)光的独立传播定律和光路可逆原理。7§3-2费马原理nds(=cdt)称为光程当两列波在同一点相遇而叠加时，其光强取决于位相差，而位相差又取决于光程差根据费马原理，通过光程的概念推导出光的直线传播、反射和折射定律8光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。也就是说；光沿光程值为最小、最大或恒定的路程传播。——费马原理数学表达式极值(极小值、极大值或恒定值)光通过两种不同介质的分界面时，所遵从的反射定律和折射定律也是费马原理的必然结果。9用费马原理

4、证明折射定律：实际光线在界面上的折射点C的确定。证明入射面和折射面在同一平面内。确定C点在上的位置同样也可以导出反射定律——折射定律10几种特例：（1）最短光程（2）光程为恒定值11§3-3单心光束实象和虚象成象是几何光学要研究的中心问题之一凡是具有单个顶点的光束叫做单心光束光束中各光线实际上确是会聚的，会聚点——实象光线反向延长后仍能找到光束的顶点，这个发散光束的会聚点——虚象一、单心光束实象和虚象12二、实物、实象、虚象的联系与区别只有当光束进入人眼时，方能引起视觉效应。人眼所能看到的，即能成象于视网膜上的只是光束的顶点，而不是光束本身来自实物发光点的光

5、束，如果不改变方向而直接进入人眼，则该发光点作为光束的顶点能直接被看到光束进入瞳孔后，所引起的视觉都没有什么不同13对眼睛来说，“物点”和“象点”都不过是进入瞳孔的发散光束的顶点实象所在点P’确有光线会聚，但光线决不在会聚点停止，它们相交后仍继续沿原来的直线传播，人眼所见到的只是这实象，而不再能看到实物P14虚象所在之处则根本没有光线通过，实际存在的只是进入人眼的转向后的光束15发光的物点向一切方向发光，人眼无论何处都可以看见它。把白纸置在实象所在处点，该点受会聚光束照射后发生漫反射，因而可以看见白纸上的亮点。而虚象则不能在白纸上显现出来。16§3-4光在平面

6、界面上的反射和折射光学纤维光束单心性的破坏，并不意味着与衍射有任何联系一、光在平面上的反射平面镜是一个最简单的，不改变光束单心性的，能成完善象的光学系统。17二、光束单心性的破坏光线在折射率不同的两个透明物质的平面分界面上反射时单心光束仍保持为单心光束，但折射时，除平行光束折射时仍为平行光束外，单心光束将被破坏。18现在来讨论折射光束问题P1点的纵坐标为P2点纵坐标y2的表式有类似的形式。19P’点的坐标为折射光束的单心性已被破坏20一条是点所描出的P’，一条是由点P’所描出的垂直于图面的象线——子午象线这样的两条线段称为象线。位于图面内的象线——弧矢象线只

7、要光束的波面元不是严格的球面，都具有象散特性21——象似深度[例3-1]使一束向P点会聚的光在到达P点之前通过一平行玻璃板，如桌将玻璃板垂直于光束的轴竖放，问会聚点将朝哪个方向移动？移动多少距离？22三、全反射光学纤维对光线只有反射而无折射的现象叫全反射——临界角23光学纤维24四、棱镜出射线和入射线之间的交角——偏向角对称的入射角为与棱镜材料的折射率25§3-5光在球面上的反射和折射一、符号法则26部分球面的中心点O——顶点球面的球心C——曲率中心球面的半径——曲率半径连接顶点和曲率中心的直线CO——主轴通过主轴的平面——主截面27符号规定——有向距

8、离光线和主轴交点的位置都