西安工业大学光学课件.ppt

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1、应用光学课程：应用光学主讲教师：刘钧教授辅导教师：路绍军李珂李璟电话：83208450光信息科学与技术系课程内容及安排：一、几何光学的基本定律与成像概念二、球面和球面系统三、理想光学系统四、平面和平面系统五、光学系统中的光束限制六、光度学基础七、光线的光路计算及像差概述八、眼睛九、放大镜和显微镜十、望远镜课程说明一、本课程的性质和任务应用光学是一门专业基础课。不涉及光的波动本性，以光的直进、独立传播、折射、反射等实验定律为基础，把光的传播看成是光线的传播，在光学系统中进行光路追迹，研究光学系统的成像特性、

2、应用及初步设计的课程，为以后的光学类课程的学习打下基础。二、课程教学的基本要求1、掌握几何光学的成像规律，熟练掌握透镜成像规律；2、能熟练运用高斯公式和牛顿公式确定理想光学系统的物像关系，熟练应用作图法求解物体经过理想光学系统的像的位置和大小；3、掌握光学系统光束限制的核心问题，即确定光学系统的入瞳、出瞳和入窗、出窗的方法；4、对光学系统的像差有初步的概念，并了解各种像差的现象及表示方法；5、掌握放大镜、显微镜和望远镜的成像原理。三、与其他课程的联系之前需预修高等数学和大学物理等课程；本课程的后续课程有：

3、物理光学、光学测量、光学检测、光学设计、光纤技术、激光技术、光学工艺、光电仪器设计、付里叶光学等专业基础课和专业课；是学习后续光学类课程和进行光学实验的基础，在专业中的地位十分重要。四、教材《工程光学》韩军刘钧西安电子科技大学出版社五、参考书目1、《应用光学》张以谟机械工业出版社2、《工程光学》郁道银机械工业出版社3、《应用光学例题与习题》顾培森机械工业出版社4、《光学教程》叶玉堂清华大学出版社绪论人类对光的研究，可以分为两个方面：一方面是研究光的本性，并根据光的本性来研究各种光学现象，称为“物理光学”；

4、另一方面是研究光的传播规律和传播现象，称为“几何光学”。几何光学中研究光的传播，并不把光看作是电磁波，而是“能够传输能量的几何线”，即光线。第一章几何光学的基本定律和成像的概念第一节基本概念一、光波光是一种电磁波，其振动方向和光的传播方向垂直，为横波。波长在400~760nm范围内的电磁波能被人眼所接受、所感觉，称为可见光。光和其它电磁波一样，在真空中以同一速度c传播，在空气中也近似如此。而在水、玻璃等透明介质中，光的传播速度比在真空中慢，且速度随波长不同而改变，其速度、波长和频率的关系如下：二、光源本

5、身发光或被其他光源照明后发光的物体称为发光体（或光源）。在讨论光的传播时，常用发光体上某些特定的几何点来代表这个发光体，这些特定的点为发光点或点光源。这些发光点被认为既无体积又无线度，所以能量密度应为无限，而这只是一种假设。三、光线在几何光学中，光线被抽象为既无直径又无体积而有方向的几何线，其方向代表光能的传播方向。四、波面在某一瞬时，其振动位相相同的各点所构成的曲面称为波面。或：从同一点光源发出的光振动，经相同时间后的点连在一起所成的面称为波面。波面可分为平面波、球面波或任意曲面波。光线是波面的法线，光

6、线和波面垂直。（在各向同性的介质中）五、光束与波面对应的法线（光线）集合称为“光束”。对应于波面为球面的光束称为同心光束。会聚同心光束发散同心光束平行光束对于波面为非球面的曲面，它所对应的光线束称为像散光束。第二节几何光学基本定律一、几何光学三大基本定律：（一）光的直线传播定律在各向同性的透明、均匀介质中，光是沿着直线传播的。（二）光的独立传播定律当多束光线通过空间某点时，各光线传播不受其它光线的影响，称为光的独立传播定律。（三）光的折射和反射定律1.反射定律（1）反射光线必与入射光线和界面投射点处的法线

7、共面。（2）入射角和反射角绝对值相等，但符号相反，即。2.折射定律（1）折射光线与入射光线和界面投射点处法线共面；（2）入射角正弦和折射角正弦之比为两介质折射率之比，为一常数。二、全反射发生全反射的条件：1、光线由光密介质进入光疏介质（n1>n2）；2、入射角大于临界角（Ⅰ1>Ⅰm）。全反射原理的重要应用根据全反射原理，可以作出全反射棱镜和光学纤维，前者可将光路转折，后者用于内窥光学系统和光通讯。全反射棱镜光学纤维三、光路可逆性原理当光线逆向行进时，它将顺着同一路径传播，这个具有普遍性的结论称为光路可逆性

8、原理。四、介质中的光速一定波长的单色光在真空中的传播速度（c）与它在给定介质中传播速度（v）之比，定义为该介质对指定波长的光的绝对折射率。第三节费马原理一、光程“光程”是指光在介质中经过的几何路程和该介质折射率的乘积。光程的意义：光在同一时间内在真空中走过的路程。如果介质是连续变化的，则光程为：二、费马原理光线由点A传到点B，经过任意多次折射或反射，其光程为极值（极大、极小或常数）。费马原理可以用光程的一次变分为零来表示:三、