光学基础知识.ppt

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1、光学基础知识第一章几何光学基本原理第一节光波与光线研究光的意义:90%信息由视觉获得,光波是视觉的载体光是什么？弹性粒子－弹性波－电磁波－波粒二象性1666年：牛顿提出微粒说，弹性粒子1678年：惠更斯提出波动说，以太中传播的弹性波1873年：麦克斯韦提出电磁波解释，电磁波1905年：爱因斯坦提出光子假设20世纪：人们认为光具有波粒二象性一般情况下,可以把光波作为电磁波看待，光波波长：λ光的本质是电磁波光的传播实际上是波动的传播物理光学：研究光的本性，并由此来研究各种光学现象几何光学：研究光的传播规律和

2、传播现象可见光：波长在400-760nm范围红外波段：波长比可见光长紫外波段：波长比可见光短几何光学的研究对象和光线概念研究对象不考虑光的本性研究光的传播规律和传播现象特点不考虑光的本性，把光认为是光线光线是能够传输能量的几何线，具有方向光波的传播问题就变成了几何的问题所以称之为几何光学当几何光学不能解释某些光学现象，例如干涉、衍射时，再采用物理光学的原理采用光线概念的意义：1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象：影子、日食、月食2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计的第二节几何光学基本定律一

3、、光的传播现象的分类灯泡空气玻璃光的传播可以分类为：1、光在同一种介质中的传播；2、光在两种介质分界面上的传播。二、几何光学基本定律1、光线在同一种均匀透明介质中时：成分均匀透光2、光线在两种均匀介质分界面上传播时:反射定律，折射定律直线传播AO:入射光线OB:反射光线OC:折射光线NN:过投射点所做的分界面法线I1:入射光线和分界面法线的夹角，入射角R1:反射光线和分界面法线的夹角，反射角I2:折射光线和分界面法线的夹角，折射角第三节折射率和光速一、折射定律和折射率的物理意义折射定律：折射光线在入射面

4、内SinI1SinI2＝n1,2n1,2:第二种介质相对于第一种介质的折射率QO´Q´SinI1υ1SinI2υ2=n1,2第二种介质对第一种介质折射率等于第一种介质中的光速与第二种介质中的光速之比。=二、相对折射率与绝对折射率1、相对折射率：一种介质对另一种介质的折射率2、绝对折射率介质对真空或空气的折射率3、相对折射率与绝对折射率之间的关系相对折射率：υ1υ2n1,2=第一种介质的绝对折射率：第二种介质的绝对折射率：n1=n2=所以n1,2=n2n1空气n=1水n=1.33I1I2玻璃n=1.5空气

5、n=1I1空气n小玻璃n大cI1空气n小玻璃n大第四节光路可逆和全反射一、光路可逆AB1、现象光路可逆的作用：用于求光学器件或器件组的焦点在光学设计中进行逆向计算：所需目镜放大倍数，显微物镜调节等二、全反射1、现象水空气AI1R1I2O1O2O3O4I02、发生全反射的条件必要条件：n1>n2由光密介质进入光疏介质充分条件：I1>I0入射角大于全反射角当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻璃的折射率不同、对应的临界角不同n1.51.521.541.561.581.601.621.641.66I041°4

6、8’41°8’40°30’39°52’39°16’38°41’37°7’37°7’37°3’3、全反射的应用用棱镜代替反射镜：减少光能损失第五节光学系统类别和成像的概念各种各样的光学仪器显微镜:观察细小的物体望远镜:观察远距离的物体各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求光学系统分类按介质分界面形状分：球面系统：系统中的光学零件均由球面构成非球面系统：系统中包含有非球面共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对称轴线今后我们主要研究的是共轴球

7、面系统和平面镜、棱镜系统按有无对称轴分：共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴非共轴系统：没有对称轴线二、成像基本概念1、透镜类型正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转2、透镜作用－－－成像AA’A’点称为物体A通过透镜所成的像点。而把A称为物点A′为实际光线的相交点，如果在A′处放一屏幕，则可以在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。A和

8、A′称为共轭点。A’与A互为物像关系，在几何光学中称为“共轭”。3、透镜成像原理正透镜：正透镜中心比边缘厚，光束中心部分走的慢，边缘走的快。AOPQPQO’A’P’Q’成实像负透镜:负透镜边缘比中心厚，所以和正透镜相反，光束中心部分走得快，边缘走得慢。AA’成虚像第六节摄影光学基础最早的照相机——小孔成像：一般的放大镜就可以作为照相的镜头。缺点：有色差、球面差、像场畸变、轴外向差等等的问题，这些问题使得影像不清楚或是边缘影像不清楚，或者是变