北京航空航天大学873仪器综合 《工程光学》笔记new

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1、http://ziliao.kuakao.com北京航空航天大学873仪器综合参考书三：《工程光学》知识点精讲§1.1几何光学的基本定律一、基本概念1、光波（1）光是一种电磁波,其在空间的传播和在界面的行为遵从电磁波的一般规律。（2）可见光波长λ为400nm—760nm。对于不同波长的光，人们感受到的颜色不同。（3）光在真空中的传播速度c为：30万公里/秒，在介质中的传播速度小于c，且随波长的不同而不同。（4）单色光：具有但一波长的光。复色光：不同波长的单色光混合而成的光。2、光源（发光体）：能够辐射光能的物体。如日光灯、太阳、白炽灯、碘钨灯、钠灯、激光器等。3、光线：由发光点发出的光抽象为

2、能够传输能量的几何线，它代表光的传播方向。4、波面：振动位相相同的各点在某一瞬间所构成的曲面。5、光束：与波面对应的法线束。6、光波的分类：平面波、球面波（发散光波和汇聚光波）、任意曲面波中国考研精英式辅导权威品牌1http://ziliao.kuakao.com二、几何光学的基本定律1、光的直线传播定律:在各向同性介质中，光是沿直线传播的。2、光的独立传播定律:从不同光源发出的光线，以不同的方向经过某点时，各光线独立传播着，彼此互不影响。若l1=l2、相差不随时间变化,且不是垂直相交此区内的光强分布将呈现为相干分布。3、反射定律和折射定律反射定律入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三

3、者在同一平面内。入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即：I"=-I折射定律入射光线、折射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。入射角的正弦与折射角的正弦之比和入射角的大小无关，只与两种介质的折射率有关。折射定律可表示为折射率：表达式n=c/v，绝对折射率和相对折射率。4、全反射及其应用概念：当光线射至透明介质的光滑分界面而发生折射时，必然会伴随着部分光线的反射。在一定条件中国考研精英式辅导权威品牌2http://ziliao.kuakao.com下，该界面可以将全部入射光线反射回原介质而无折射光通过，这就是光的全反射现象。光密介质：分界面两边

4、折射率较高的介质光疏介质：分界面两边折射率较低的介质sinI=n'/n*sinI'=n'/n或者nsinI=n'sinI'由折射定律：可求出临界角Im.全反射条件：①光线从光密介质进入光疏介质；②入射角大于临界角应用：光纤、反射棱镜等。5、光路的可逆性：光源S1发射的光线经B点折射向C.若在C点置一光线，光线亦可由C点出射经B点折射而射向A，即光线是可逆的。三、费马原理（最短光程原理）光程：光线在介质中传播的几何距离L与介质折射率的乘积。即S=nL=Lc/v=cL/v=ct=L'其中L:光在真空中相同时间内传播的距离。若介质折射率是空间坐标的函数n=n(x,y,z)从A点到B点光线可能为任意

5、曲线期方程为S=∫ndl,积分与路径有关，且光程是函数的函数<费马原理：①光线从一点传播到另一点，其光程为极值（极大、极小、常量）。②两点间光线的实际路径是其光程为平稳的路径。中国考研精英式辅导权威品牌3http://ziliao.kuakao.com平稳：在某处平稳，指它的一阶微分dy=0在这里可以有极大值和极小值对路径的无穷小变化，其光程变化，利用费马原理，可以导出光的直线传播定律和反射、折射定律。四、马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。§1.2成像的基本概念与完善成像条件一、光学系统与成像概念1、光学系

6、统的作用：对物体成像。2、完善像点：若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。3、完善像：完善像点的集合。4、物空间、像空间：物（像）所在的空间。5、共轴光学系统：若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。6、光轴：光学系统中各个光学元件表面的曲率中心的连线。中国考研精英式辅导权威品牌4http://ziliao.kuakao.com二、完善成像条件表述一：入射波面是球面波时，出射波面也是球面波。表述二：入射是同心光束时，出射光也是同心光束。表述三：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。三、物（像）的虚实

7、实像：由实际光线相交形成。虚像：由光线的延长线相交形成。中国考研精英式辅导权威品牌5http://ziliao.kuakao.com§1.3光路计算与近轴光学系统一、基本概念与符号规则设在空间存在如下一个折射球面：中国考研精英式辅导权威品牌6http://ziliao.kuakao.comr:折射球面曲率半径o:顶点L:物方截距L':像方截距u:物方孔径角u':像方孔径角符号规则:光线方向自左向右（1）沿轴