最新工程光学(第一章)课件PPT.ppt

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1、工程光学(第一章)内容提要第一节几何光学基本概念与定律第二节成像的基本概念和完善成像条件第三节光路计算与近轴光学系统第四节球面光学成像系统8/22/20212几何光学基本概念与定律一光波与光线基本概念二几何光学基本定律三费马原理四马吕斯定律8/22/20213Spectrumofelectromagnetic(orHertzian)wave8/22/20217单色光与复色光单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色，称之为单色光；复色光：由不同波长的光混合成的光称为复色光；白光是由各种波长光混合在一起而成的一种复色光。8/22/20218

2、波长以纳米（nm）或埃（À）为单位。1nm=10E－9m不同的波长，在视觉上形成不同的色觉,即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中：红6400~7600->红外橙6000~6400黄5500~6000绿4800~5500蓝4500~4800紫4000~4500->紫外人眼对5550À（555nm）的黄绿光最敏感8/22/202192、光源从物理学的角度看，辐射光能的物体称为发光体，或称为光源。点光源是当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，此光源可认为是点光源。例如：人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。在几何光学中，发

3、光体与发光点概念与物理学中完全不同。无论是本身发光或是被照明的物体在研究光的传播时统称为发光体。在讨论光的传播时，常用发光体上某些特定的几何点来代表这个发光体。在几何光学中认为这些特定点为发光点，或称为点光源。8/22/2021103、光线当光能从一两孔间通过，如果孔径与孔距相比可以忽略则称穿过孔间的光管为物理学上的光线。几何光学上的光线是无直径、无体积的，而有方向性的几何线，其方向代表光能传播的方向。8/22/202111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

4、的8/22/202112光线与波面之间的关系At时刻t+Δt时刻4、波面光波是电磁波，任何光源可看作波源，光的传播正是这种电磁波的传播。光波向周围传播，在某一瞬时，其相位相同的各点所构成的曲面称为波面。在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以认为光波波面法线就是几何光学中的光线。8/22/2021135、光束与波面对应的法线（光线）的集合，称为光束，通常波面可分为平面波、球面波和任意曲面波。对应于波面为球面的光束称为同心光束。为平面的称平行光束。8/22/202114同心光束可分为会聚光束和发散光束，如图所示。同心光束经实际光学系统

5、后，由于像差的作用，将不再是同心光束，与之对应的光波则为非球面光波。图波面与光束a)平面光波与平行光束b)球面光波与发散光束c)球面光波与会聚光束8/22/202115像散光束：不严格交于一点，波面为非球面8/22/202116（1）光的直线传播定律（2）光的独立传播定律（3）光的折射定律（4）光的反射定律二、几何光学基本定律8/22/2021171.光的直线传播定律在各向同性的均匀介质中，光线按直线传播。例子：影子的形成、日食、月蚀等。8/22/2021182.光线的独立传播定律不同的光线以不同的方向通过某点时，彼此互不影响，在空间的这点上

6、，其效果是通过这点的几条光线的作用的叠加。利用这一规律，使得对光线传播情况的研究大为简化。8/22/2021198/22/2021203.光的折射定律和反射定律8/22/202121反射定律归结为：（1）反射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；（2）反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角与入射角的绝对值相等，符号相反，即：8/22/202122折射定律归结为：（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；（2）折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅由两种介质的性质决定，即：通常写为:若在此式中令　　　，则有此结果在形

7、式上与反射定律的式相同。8/22/202123折射率是表征透明介质光学性质的重要参数。我们知道，各种波长的光在介质中的传播速度会减慢。介质的折射率正是用来描述介质中光速减慢程度的物理量，即：这就是折射率的定义。折射率相对和绝对折射率8/22/202124课堂练习：判断光线如何折射空气n=1水n=1.33I1I2玻璃n=1.5空气n=1I18/22/202125空气n小玻璃n大cI1空气n小玻璃n大8/22/2021264.光路的可逆性在图中，若光线在折射率为　的介质中沿CO方向入射，由折射定律可知，折射光线必沿OA方向出射。同样，如果光线在折

8、射率为n的介质中沿BO方向入射，则由反射定律可知，反射光线也一定沿OA方向出射。由此可见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性。8/22/2021278/22/2