光学教程几何光学部分.ppt

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1、几何光学第1章　几何光学基础第2章　理想光学系统第3章　光学仪器的基本原理1第1章几何光学基础第1章几何光学基础以光线概念为基础、用三大实验定律和几何方法讨论光的传播及光成像的规律。2第1章几何光学基础第4章几何光学基础1.1几何光学的基本定律1.2物像基本概念1.3球面和球面系统1.4平面和平面系统1.5光学材料（自学）3第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律基本概念发光点与发光体当发光体（光源）的大小和其辐射作用距离相比可略去不计时，该发光体可视为是发光点或点光源。任何发光体（光源）可视为由无数个这样的发光点的集合。4第1章几何光学基础球面波平面波波面光线1.1几何光学的基本定律

2、光线代表光能的传播路径的有向几何线。在各向同性介质中点光源的光线：5第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律光束大量光线的集合。6第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律基本实验定律和原理直线传播定律在均匀介质中，光线按直线传播。光直线传播定律是几何光学的基础，只有光在均匀介质中无阻拦地传播的情况下才成立。7第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律在非均匀介质中光线是曲线8第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律反射定律和折射定律当光传播到两种不同介质的理想光滑分界面时，通常会发生反射和折射，其传播的方向遵循折射定律和反射定律。夹角为代数量，顺时为正。由此导出的公式具有普适性。9

3、第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律反射定律反射光线、入射光线和法线在同一平面内;入射光线与反射光线分别位于法线的两侧;入射光线与法线夹角和反射光线与法线夹角大小相同，即10第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律折射定律折射光线、入射光线和法线定同一平面内；入射光线与反射光线分别位于法线的两侧;折射角正弦与入射角正弦之比为一常数，等于前一介质与后一介质的折射率之比，即11第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律确定反射光线与折射光线方向的几何作图法图1.2-4确定反射光线与折射光线的几何作图法i1i2-i1'n1n221OCAB12第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律数

4、学处理上，反射定律可视为折射定律的特例在折射定律　　　　　　中令得此即反射定律。这表明，凡是由折射定律导得的公式中，只要令　　　　，便可适用于反射的场合。13第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律独立传播定律从不同光源发出的光线同时通过空间某点时，彼此互不影响，各光线独立传播。利用这条定律，研究某一光线传播时，可不考虑其它光线的影响。这可使对光线传播情况的研究大为简化。14第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律全反射只有反射而无折射的现象。条件：光线由光密介质到光疏介质（n>n）入射角大于或等于临界角（IIm）应用：棱镜、光纤等。15第1章几何光学基础例：水（n=4/3）→空

5、气（n=1）：ic=48.59o玻璃（n=1.5）→空气（n=1）：ic=41.81o48.6o48.6o鱼眼在水中的视场水中的针孔成像1.1几何光学的基本定律增大视场角16第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律导光转向n2n1包层纤芯z17第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律光程：光在均匀介质中经过的几何路程S和该介质折射率n的乘积即光程为光在介质中传播时间内在真空中所传播的路程，也称为“折合路程”。18第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律光在非均匀介质中传播，即介质的折射率n是位置的函数，则光在该介质中所经过的几何路程不是直线而是一空间曲线，如图所示。这时，从A点到B

6、点的光程为：nBAds19第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律费马原理表述：光在空间两定点间传播时，实际光程为一特定的极值。数学表达式意义：费马原理是几何光学的基本原理。由费马原理可以导出在均匀介质中的直线传播定律、反射定律和折射定律，20第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律21第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律说明光在均匀介质中的直线传播及在平面界面上的反射和折射，都是光程最短的例子。光线也可能按光程极大的路程传播，或按某一稳定值的路程传播。如图三反射面，通过F、F的光线：对于椭球，光程为恒定值对于内切面，光程为最大值对于外切面，光程为最小值22第1章几何光学基础

7、1.1几何光学的基本定律23第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律光路可逆原理在几何光学中，任何光路都是可逆的。意义：利用此原理可以通过简单的推理获得某些发结论。24第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律习题P391-1,1-225第1章几何光学基础1.2物像基本概念光学系统（由多个反射面、折射面组成）界面传播特性：反射面、折射面几何形状：平面、球面26第1章几何光学基础1.2物像基本概念光学系统的分类非成像光学系统成像光学