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1、第三章几何光学的基本原理Chap.3BasicPrinciples ofGeometricalOptics1主要内容3.1几个基本的概念和定律,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3.5薄透镜3.6近轴物点近轴光线成像的条件*3.7理想光具组的基点和基面2教学要求（1）理解光线和光束的概念（2）理解物和像的概念，掌握物、像虚实的实质及判断。（3）掌握几何光学基本定律，并应用它讨论一些问题。（4）了解由惠更原理，费马原理导出几何光学基本定律，了解费马原理在光学中的地位及作用。（5）掌握几何光学
2、中的符号法则。3（6）掌握用物像公式寻找成像规律。（7）掌握以光线作图法寻找成像规律。（8）熟练掌握正确运用物像公式和光线作图法求解单球面、薄透镜及简单光具组的成像问题。4重点1、各种光学系统的成像理论和成像计算。2、各种光学系统的成像作图。3、几何光学的符号法则。4、基点、基面的概念及意义。难点1、几何光学的符号法则。2、像的性质判别。3、多个光学系统的成像计算和作图。5一、光线与波面1、光线的概念光线：代表光的传播方向。光能量传播方向的几何线——光线。借助“光线”，用几何作图的方法确定像的位置与大小，因而称几何光学（或光线光学、高斯光学）。“光线”的概念只能表
3、示光的传播方向，决不可认为是从实际光束中借助于有孔光阑分出的一个狭窄部分。光线的集合——光束相互平行的光线——平行光束自一点发出或会聚于一点的光线——同心光束(单心光束)3.1基本概念及实验定律2、波面和波线在波的传播过程中，各位相相同点的轨迹是等相面——波面(wavesurface)。同心光束的波面是球面——球面波(sphericalwave)。平行光束的波面是平面——平面波(planewave)。例：球面波平面波在波场中有一线簇，它们每点的切线方向代表该点波的传播方向，这种线簇——波线。在各向同性介质中，波线总是与波面垂直的。波线波线二、基本实验规律1、光在均
4、匀介质中沿直线传播说明：不均匀介质中，光线弯曲2、光的独立传播和光路可逆原理3、光的反射定律和折射定律反射、折射线同在入射面内，并与入射线分居两侧,且二、几何光学基本定律1、光的直线传播定律：光在各向同性的均匀介质中沿直线传播物体的影子、针孔成像、日蚀、月蚀、日食、月食都是直线传播的实验。2、光的独立传播定律：自不同方向或不同物体发出的光线相遇时，对每一光线的独立传播不发生影响，相遇前后的传播方向和强度都保持原来的传播方向和强度。适用于强度不太大，相干性较差的光线传播。i1i1’i2n1n23、光的反射定律和折射定律条件：光从一种各向同性的均匀介质传播到另一种各向
5、同性的均匀介质。（1）反射定律反射光线、法线、入射光线在同一平面内反射光线、入射光线分居法线两侧反射角（2）折射定律折射光线，入射光线，法线在同一平面内折射光线、入射光线分居法线两侧入射角的正弦与折射角的正弦之比是常数ABCD4、光路可逆原理当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。四、费马原理（P.deFermat1657）光在空间两指定点传播的实际路径是使其光程取极值（极大、极小、恒定值）的路径，即光沿光程为极值的路径传播。数学表示（由变分原理）此式与力学最小作用原理相似，上式是光学最小作用原理。五、费马原理应用1、直线传播光在均匀介质中从点传播到点，由费马原
6、理知，光沿光程为极值的路径传播，到直线距离最小，即的光程取极小值，因此光在均匀介质中沿直线传播。AB2、反射定律是两介质,的分界面；是平面内的两个固定点，且在同种均匀介质中，则从A点发出的光线经分界面反射到达点的轨迹如何？A(x1,y1,o)B(x2,y2,0)D(x,0,0)C(x,0,z)xzyii’由费马原理知，(1)(2)由经到的光程为A(x1,y1,o)B(x2,y2,0)D(x,0,0)C(x,0,z)xzyii’由（2）知，，说明入射点一定在平面内即由此，入射光线、法线，反射光线在同一平面内（平面）。由（1）光垂直入射到分界面，三线重合.（2）当（两
7、分开）时，一定在之间，因而入射光线和反射光线分居法线两侧。2、折射定律是平面内的两个固定点，且在不同的介质中，则光线的轨道如何？由经到的光程为：A(x1,y1,o)B(x2,y2,0)D(x,0,0)C(x,0,z)xzyi1i2n1n2由费马原理知，(1)(2)由（2）式知，，说明入射点一定在平面内，即，因此，入射光线，法线，折射光线在同一平面内（平面）由（1）式知：由都是锐角，,由图，要使等式成立，都是正，因此，在之间，即入射光线和折射光线分居法线两侧。4、光路可逆原理由费马原理光从传播到点，光走光程为极值的路径，则光从点传播到点如何？根据费马原理，也应该走光
8、程为极值的
