《光学教程》姚启钧原著.ppt

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1、现代光学第三章几何光学的基本原理1第三章几何光学的基本原理3.1几何光学基本概念和定律费马原理3.2光在平面界面上的反射和折射光学纤维3.3光在球面上的反射和折射3.4光连续在几个球面界面上的折射，虚物的概念3.5薄透镜3.6近轴物点近轴光线成象的条件3.7理想光具组的基点和基面2第三章3.1几何光学基本概念和定律费马原理3球面波波面光线波面光线平面波一、光线和波面光束：光线的集合4二、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5投影(shadow)针孔成像(pinholeimaging)二、几何光学的基本实验

2、定律6（2）光的反射定律11’O二、几何光学的基本实验定律711’O2（3）光的折射定律二、几何光学的基本实验定律8（4）光的独立传播定律和光路可逆原理二、几何光学的基本实验定律9适用条件：R远大于光波长λ（否则，用衍射光学）二、几何光学的基本实验定律10三、费马原理（一）、概念光程:BA费马原理:光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。11（二）由费马原理导出几何光学的实验定律三、费马原理光程为极值的例子:（1）光的直线传播定律均匀媒质中，两点间光程最短的路径是直线。12ADB

3、马原理C’ABOO’C’’由A到B点,符合反射定律,其光程最小。BD’DAEB'Bi1i2OO’n1n213由A到B,符合折射定律的光线ACB的光程最小。三、费马原理ABB’A’C’C’’OO’n1n2xai1i2ABA’B’Ch2h1D(3)折射定律142.等光程的例子旋转椭球凹面镜，自其一个焦点发出，经镜面反射后到达另一焦点的光线等光程。PP’A1A2三、费马原理15透镜成像时：物点到像点的光程取恒定值。PP’费马原理三、费马原理163.光程为极大值三、费马原理PP’A2PP’A2Fermat原理光传播的可逆性原理光程为

4、极小值17四、单心光束实像和虚像①发散光束：由一顶点发出的光束；②汇聚光束：向一个顶点会聚的光束。1、光学系统：由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按一定次序组合成的整体。2、单心光束：具有单个顶点的光束（同心光束）183.物和像（1）物点：入射到光学系统的单心光束的顶点①实物点：发散的入射单心光束的顶点②虚物点：会聚的入射单心光束延长线的顶点四、单心光束实像和虚像19（2）像点：经光学系统出射后的单心光束的顶点①实像点：会聚的出射单心光束的顶点②虚像点：发散的出射单心光束的顶点四、单心光束实像和虚像20（1）实物点、虚

5、物点、实像点、虚像点的集合分别称为实物、虚物、实像、虚像。四单心光束实像和虚像4、实物、实像、虚像的联系与区别21实物光线进入人眼实像光线进入人眼虚像光线进入人眼区别(1)物点向一切方向发光(2)像点发光范围受仪器（透镜、面镜等）限制(3)实像点确有光线通过，虚像点没有光线通过人眼在像点发光范围内可见它22四单心光束实像和虚像5.物空间和像空间物空间（物方）：物所在的空间。像空间（像方）：像所在的空间。AA’A’’III23四单心光束实像和虚像24第三章3.2光在平面界面上的反射和折射25（一）、理想光学系统1、使单心光束保

6、持其单心性不变的光学系统。一、光在平面反射PN=P’N平面镜是不改变单心性的理想光学系统（二）、光的平面反射成像2、理想光学系统是成像的必要条件。26平面折射系统不是理想光学系统二、光束单心性的破坏Qx1x2y1y2P’坐标27（1）当i1＝0，有x＝0，y=y1=y2=yn2n1。折射光束近似单心，y称为像似深度。若n1>n2，则yy,像似深度增大。（2）越大，象散越严重。0yy=tgi·二、光束单心性的破坏28二、光束单心性的破坏例：一束汇聚光束的顶点为P，若在其汇聚

7、前先通过一块与光轴垂直的平行玻璃板（厚度为d，折射率为n），问汇聚点向哪个方向移动？移动多少？DEPP’li1i2ABC29光从光密(n1）光疏(n2）时，i1＝ici2＝90，n1sinic＝n2——临界角三、全反射光波导点光源.全反射30a0倏逝波，表面波n2n1n2三、全反射光波导31(一）光波导光波导：约束光波传输的媒介介质光波导三要素：－“芯/包”结构－凸形折射率分布，n1>n2－低传输损耗光波导的分类：－薄膜波导（平板波导）－矩形波导（条形波导，脊形波导）－圆柱波导（光纤）三、全反射光波导32平板波导三、全

8、反射光波导33矩形波导条形波导脊型波导三、全反射光波导34光进入光学纤维后,多次在内壁上发生全内反射,光从纤维的一端传向另一端.光学纤维（二）光纤三、全反射光波导35阶跃光学纤维的端面AB---数值孔经，决定了可经光学纤维传递的光束的入射角.证明当时，光能够沿光纤的内壁由光纤的一端传到另一