光学课件--第三章几何光学.ppt

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1、三角形孔夫琅禾费衍射图像第三章几何光学本章内容光线的概念几何光学的基本定律费马原理光束实象和虚像平面反射和折射，棱镜的最小偏向角，光学纤维光在球面界面上的反射和折射、符号法则近轴物点近轴光线成像的条件薄透镜理想光具组的基点和基面一、光的波动性与光的直线传播1、光在传播过程中波动性显著，体现为波2、光的传播满足惠更斯原理（波面）即：波所到的每一点都可以看作发射次级子波的波源，新的波阵面就是前一时刻波面上各点作为次级子波源发光的各波阵面的包迹（切面）。这也是一切波传播所遵循的规律光线的概念、几何光学的基本定律3、光的波动性与光的直线传播结论：波面线度远大于波长，即障碍物的几何

2、尺寸，可认为光是直线传播。二、光线的概念代表光（能量）传播方向假想的线。用光线代表光的传播方向研究光成像规律的光学内容叫几何光学。1、光线：2、几何光学：考虑的光波面线度远大于波长，即障碍物的几何尺寸，此既几何光学适用条件。3、几何光学适用条件三、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；2、光通过两种介质分界面时的反射定律和折射定律；3、光的独立传播定律和光路可逆原理。实例分析：分波面干涉分振幅干涉PS*问题：为什么上左装置用光的波动分析，右装置用光的直线传播分析？P1P2透镜f缝平面b观测屏单逢衍射装置与光路b：几千纳米光栅平面玻璃坯光栅平面法线金属层

3、槽法线透镜观测屏闪耀光栅装置与光路示意图角可为任意角四个物理常量与《光学》内容分类——plankconstant（普朗克常数）联系光的波动性与量子性——光速联系光与电磁波——光波长是否趋近于零区分几何光学与波动光学——介质的电极化率其对光场响应是线性与非线性区分线性与非线性光学1、2、3、4、费马原理一、费马原理：极值或：或：光在指定的两点间传播时，实际的光程总是一个极值。其数学表达式为：（极大值、极小值或恒定值）二、几何光学的基本实验定律与费马原理1、几何光学的基本实验定律或费马原理都可以作为几何光学出发点，从而建立几何光学内容体系。2、由费马原理可以推导几何光学的基本

4、实验定律。（2）、光的反射定律（3）、光的折射定律（1）、光在均匀介质中的直线传播1、光的折射定律（1）折射面与入射面在同一个面内（2）折射线与入射线分居在法线的两侧（3）三、光折射定理的证明2、光折射定理的证明如图平面为两种介质的交界面，设由点发出的光经界面折射后到达点，为实际光路、为入射点。入射点C的位置决定光折射的性质分析：（1）证明折射面与入射面在同一个面内过作一平面垂直于界面，假设不在交线上，而为。作垂直于，交于，由于，光程总大于，由费马原理知不可能。故必在上。即折射面与入射面在一个平面内。问题：为什么这里光程极值取极小？交于，（2）证明折射线与入射线分居在法线

5、的两侧假设折射线与入射线不分居在法线的两侧，过作的垂线交于，在左侧处。故必不在之外。即反射线与入射线分居在法线的两侧。显然：则（3）求的具体位置（建坐标如图）设的坐标分别为由2知：于是光程为：根据费马原理，（得证）四、光程取极大、极小、恒定值的几个实例恒定值极小值极大值预习思考题：（第三章、第三、四节）1、你怎么理解物与像、理想成像？2、像似深度的推导。3、光纤传输信号的原理。为什么入射角小于时，信号可以通过光学纤维？作业：159页1题光束实像和虚像一、光束1、光束3、发散光束5、入射光束2、单心光束4、会聚光束6、出射光束：有一定关系的光线的集合问题讨论1、人的感知与世

6、界（1）漫反射与“物”（2）人眼中的“亮”与“暗”（3）人的感知与世界物一定是发光体吗？2、你怎么理解物与像、理想成像？3、平面反射、折射、像似深度的推导。4、光纤传输信号的原理。为什么入射角小于时，信号可以通过光学纤维？5、三棱镜对光线的作用。二、物与像（相对于光学仪器）入射光束的会聚点。发散的入射光束的反向会聚点。会聚的入射光束的会聚点,且会聚前遇到光学仪器。1、物：（1）实物：（2）虚物：2、像：出射光束的会聚点会聚的出射光束的会聚点。发散的出射光束的反向会聚点。入射光束和与之对应的出射光束都是单心光束的成像。这也是我们着重研究的情况。（2）虚像：（1）实像：（3）

7、理想成像：3、物、像与人眼对人眼来所，物与像都是进入瞳孔的发射光束的顶点。物、像、虚像人眼不能分辨。但对于像，其光束有一定的限制，必须在特定的范围才能观察到。‘问题：这里的像就是人眼视网膜上所成的像吗？人眼能否区分物与像？结论：光在平面界面上的反射和折射光学纤维棱镜一、光在平面界面上的（镜面）反射光的单心性没有被破坏，即入射光为单心光束时，折射光也为单心光束，平面镜反射光成像是理想成像。问题：物体表面发生漫反射和镜面反射人所观察到的有什么不同？二、光在平面界面上的折射1、单心性被破坏（有多个像点）2、理想成像条件、象似深度设