《应用光学》6

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光学系统中成像光束的选择----光阑(应用光学第六,七次课)

x f f物
D Γ D 1 D Γ nu D 2 f 物 f目 2 f 500 2 250
数值孔径
Γ NA nu D 500
增大数值孔径可以提高显微镜的视放大率。增大物方孔径角增大数值孔径的方法增大物方介质的折射率 (浸液物镜)
光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳
光学系统中总有一个光孔是限制光束的大小的。看下图：出射光瞳孔径光阑
入射光瞳
A

-U
U

A
说明
(1) 孔径光阑通过其前面的透镜成像到物空间去，入射光瞳(入瞳) 入瞳实际上限制着光学系统的物方孔径角 U (2) 孔径光阑通过其后面的透镜成像到像空间去，出射光瞳(出瞳) 出瞳实际上限制着光学系统的像方孔径角 U (3) 入瞳位于物空间的；出瞳位于像空间的。 (4) 入射光瞳和出射光瞳对于整个光学系统是共轭的，即：

F物
非成像的光，来自反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。
(2) 其危害：使像面产生明亮的背景，降低像的衬度 (3) 该光阑不限制通过光学系统的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光，例如：各反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。
物镜
消杂光光阑分划板
(4) 当然也只是一些重要的光学系统，专门设置消杂光光阑的，且可以有几个的。例如：天文望远镜，长焦距平行光管等。 (5) 一般的系统仅仅使用其镜管内壁加工成内螺纹，并涂以黑色无光漆或者煮黑来达到消杂光的目的。
A 视场光阑
L2
L1
B
(9) 入射光瞳为有限大时，此时入射窗并不能完全决定光
学系统的成像范围
当入射光瞳无限小时
入射窗

应用光学课件-PPT

4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位置,发出得主光线都不随物体位置得移动而变化;读出刻尺面上光斑得中心示值,即可求出准确得象高。
三、象方远心光路
1、概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。

应用光学各章知识点归纳

第一章几何光学基本定律与成像概念波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。

光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。

波前：某一瞬间波动所到达的位置。

光线的四个传播定律：1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。

2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。

3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。

4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nn I I ''sin sin = 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。

光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。

各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。

各向异性介质：单晶体（双折射现象）马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。

费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。

全反射临界角：12arcsinn n C = 全反射条件：1）光线从光密介质向光疏介质入射。

2）入射角大于临界角。

共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。

物点/像点：物/像光束的交点。

实物/实像点：实际光线的汇聚点。

虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。

共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。

（A ，A ’的对称性）完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。

每一个物点都对应唯一的像点。

理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。

应用光学赵存华著 I 1-21章精选ppt课件

感度称为视见函数（vision function），用 V（）表示，所以
V（55n5m ）1
V（） 1
图1.5 视见函数
1.2.1 光线和光束
人眼睛可以感受的光称为“可见光” 相同波长（或频率）的光颜色相同，称为“单色光” 不同波长光波的混合称为“复色光” 光在透明介质中行进的速度称为“光速” 光波传播时抽象的能传递能量的几何线称为“光线” 一束光线的集合称“光束”
当光线遇到障碍物时会发生光的衍射现象，从而偏离光线的直线传播。
衍射
双折射
梯度折射率
2.2 光的独立传播定律
在光相交的区域可能发生叠加，甚至发生干涉。不管是哪一种情况，在光离开相交区域后，光波继续沿着既定的方向向前传播，该光波身上找不到其他光波对其产生的任何影响，此现象称为光的独立传播定律。
德国科学家夫琅禾费（Joseph von Fraunhofer）在研究太阳光光谱时，把太阳光光谱中在可见光区域内，某些明显的线型用英文字母命名，称为夫琅和费波长，列于右表。
波长/nm 404.6 435.8 480.0 486.1 546.1 587.6 589.3 643.8 656.3 706.5
由折射率定义
n' 1 n 2
sin I 1 sin I ' 2
nsiInn'siIn'
2.6.3 Snell定律的讨论
讨论:
nsiInn'siIn'
1. 如果 nn' 那么 sinIsinI'
所以 I I'
结论: 折射率小的一边相对法线夹角大.
2. 假定: 入射角很小
nIn'I'
如果光波在某种透明介质中的电容率（capacitivity）为ε，磁导率（magnetoconductivity）为μ，该介质中的光速为

应用光学第6章

dΦV EV = ds
（6－7）
光照度的单位名称是勒克斯（lx）。1 lx=1lm/m2。
第6章光度学和色度学基础
4.发光强度 I V 点光源向各方向发出可见光，在某一方向，在元立体角 d Ω 内发出的光通量为 dΦV ，则点光源在该方向上的发光强度 I V 为
dΦV IV = dΩ
（6－8）
6.2 光传播过程中光学量的变化规律
6.2.1 点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度如图6－3所示，设点光源S的发光强度为I，在距光源r处有一元面积为ds的平面，其法线与r方向成θ角。根据照度的定义，点光源S在ds面上形成的照度为
dΦ E= ds
（6－15）
第6章光度学和色度学基础
图6－3 点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
（6－20）
dΦ = dΦ′ + dΦ1
即
d d d1 (1 - )d
（6－21）
由图6－6可知
d sin idid d sin idid
dΦe Ie = dΩ
辐射强度的单位为瓦特每球面度（W/sr）。
（6－4）
第6章光度学和色度学基础
6.辐(射)亮度Le
为了表征具有有限尺寸辐射源辐通量的空间分布，采用 “辐亮度”这样一个辐射量。元面积为ds的辐射面，在和表面法线N成θ 角的方向，在元立体角dΩ 内发出的辐通量为 dΦ e，则辐亮度Le为
由图6-5，光束通过微面积的光通量为
ds2 cosi2 dΦ1 = L1 cosi1ds1dΩ1 = L1 cosi1ds1 r2
同样，光束通过时的光通量为
ds1 cosi1 dΦ2 = L2 cosi2 ds2 dΩ2 = L2 cosi2 ds2 r2

应用光学答案(二、三、六、九)

1 1 1 101mm 得l1 l1 l1 f1 s 对第二个负透镜，假设向右移动了S距离，则 l 2 d l1 对第一个正透镜组应用物像关系式
等于移动前像距（f 2 x 由透镜位置关系知道，l 2 ）减掉移动的量（ s） F f 2 f 2 f f 2 (前镜到像点的距离 ) (镜间距d ) ( s ) 即l 2 s 或l 2 1 .5 又因d 78 .9, f 173 .3, 28 .9 1 1 1 将上述参量代入第二透镜的物像公式： l 2 f 2 l2 得s 1.51，即透镜应向右移动1.51mm
2、弄错了焦点、物距的起点位置。
H
H´
F´
－f´
f
F
许国政张凌宇
F´
H 物距f´/2 或－L＝-f´/2
H´
F
物距f´ 或－L＝-f´
F´
H
H´
F
3、对于虚像点，注意出光点位置。叉号是错点。
F´ 物距为0的作图理解错误正确
F
F´
F
F´
F
4、用过节点的线做更简单
F´
F
六、已知照相物镜的焦距 f´=75mm，被摄景物位于距离x=-∞，-10，-8，-6，-4，-2m外，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远的地方。
F
F´
F 光逆向时
F´
5、斜入射的平行光线必交于焦平面上的某一点上。
F
F´
例如：L＝f´
出射光线点 F´ F
f´
F´ F
f´ F´ F f´
实像
F´ F
逆向作图，系统位置不能颠倒，注意光线出点位置

《应用光学》教学大纲

附件一：理论课程（含实验理论课程）教学大纲基本格式《应用光学》课程教学大纲课程名称：应用光学课程编码：0230021英文名称：Applied Optics学时：64 其中实验学时：16 学分： 3.5开课学期：第五学期适用专业：光电信息工程测控技术与仪器信息对抗技术探测制导与控制工程课程类别：必修课程性质：专业基础课先修课程：高等数学教材：工程光学天津大学机械工业出版社一、课程性质及任务本课程主要探讨的是几何光学的基本知识，研究的是光的传播和成像规律，典型光学系统的工作原理、光学特性，像差理论的部分内容。

它是仪器科学与技术、光电信息工程等专业的必修专业基础课程。

通过本课程的学习，能够为其它光学后续课程，诸如：光学测量、光学设计等打下良好的基础，也为学生更好的掌握光学总体设计方法、从事简单的光学系统的设计起到非常重要的作用，通过本课程的学习能够培养学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决问题的能力。

二、课程的教学要求（一）几何光学基本定律与成像概念9学时1．几何光学的基本定律掌握：(1)光波与光线的概念，(2)几何光学基本定律,(3)费马原理,(4)马吕斯定律；理解：光的根本属性及其传播规律现象等；了解：了解全反射的特点，并能够利用全反射的特点及规律解释一些常见的现象。

2．成像的基本概念与完善成像条件掌握：(1)光学系统与成像的概念，(2)完善成像的条件,(3)物像的虚实；了解：完善成像的定义与条件。

3．光学计算与近轴光学系统掌握：(1)基本概念与符号规则，(2)实际光线的光路计算,(3)近轴光线的光路计算。

理解：实际光线与近轴光线在光路计算中的区别及结果的差异。

了解：符号规则对所涉及的光学系统的作用；4．球面光学成像系统掌握：(1)单个折射面成像，(2)球面反射镜成像，(3)共轴球面系统。

理解：(1)垂轴放大率、轴向放大率及角放大率之间的区别与联系，(2)折射面成像与反射面成像之间的联系。

了解：如何能够利用相应的公式计算光学系统的物像位置关系及放大率。

工程光学第6章

(1)li ur =−(meridional)：物点（或主光线，即通过孔径中心的光线）所在并包含光轴的平面。

对于轴对称系统的轴上物点，它有无限多个子午面。

对空间光线A−yt ′BMC Os ′rnn ′-t=-s (BM )B t ′B s ′子午焦线垂直于子午面；弧矢光束形成的弧矢焦线垂直于弧矢面。

B 为实际物体时，t =s ，以M 和光线行进方向一致为正，反之为负。

I B s ′在辅轴BC 上。

A−y iBM iO i −t it i ′t i+1D i M i +1O i +1−U zi −U ′zix i−x i +1d it h i h i +1i s入射光线方向余弦(L,M,N)，折射光线方向余弦偏折系数T：入射光线与曲面交点的法线：孔径角越大，球差值越大(单透镜)。

246⎛⎞⎛⎞⎛⎞U U U246123max max max U U U L'a a a ......U U U ⎛⎞⎛⎞⎛⎞=+++⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠齐明透镜的作用提高孔径角成一彗星形光斑，这种光学系统成像缺陷称为彗差。

轴上点和近轴点具有相同的成像缺陷，称为等晕成像。

正弦差描述对等晕条件的偏离：场曲的形成桶形畸变枕形畸变异称为色差。

位置色差和倍率色差。

成像的细微结构分辨能力的大小来判断像质的优劣的。

不同的像差）。

ISO 12233分辨率测试标板。

应用光学第六章光能及其计算

d Id
cosds
d r2
I cosds
d r2
E

I r2
cos
• 2、面光源在与之距离为 r 处的表面上形成
的照度
E

d ds

Ldss
cos1
r2
c os 2
• 3、在同一介质的元光管中光通量和光亮度的传递
d1

L1
c osi1ds1d1

L1
c osi1ds1
• 主要原因： • 透明介质折射界面的光反射 • 介质对光的吸收 • 反射面对光的透射和吸收等所造成的光能
损失
1、光在两透明介质界面上的反射损失
• 光垂直入射到两介质分界面时的反射率

n

n
2
n n 该面的反射光通量与入射光通量之比
1 该面的透过率
directions, we call this kind of surface perfect diffusive surface(全扩散表面).
This kind of surface has characteristics of cosine radiation(余弦辐射特性).
第三节成像系统像面的光照度
1、辐（射能）通量 e
辐通量：在单位时间内通过某一面积的辐射能量的大小称为辐射通量。单位是w （瓦）。用 e表示。
2、辐[射]出[射]度 M e
辐射源单位发射面积发出的辐通量，通
常以 M e 表示，单位为瓦特每平方米。
Me

d e ds
3、辐[射]照度 Ee
辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量，以Ee 表示。假定受照面的微面积ds 上接受的辐通量d为e ，则辐照度为

应用光学课件完整版

由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚交在一点A′，则A为物点， A′为物点A通过光学系统所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。
一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应；一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
反射定律可表示为 I I ''
4. 光的折射定律
折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点
的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦
之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一
常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在
介质折射率之比。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
5. 费马原理（光程极值原理）
1）光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n • l
均匀介质
m层均匀介质
连续变化的非均匀介质
s=n • l=c • t
m
s
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。波面法线方向即为光传播方向。
光源
光线
波面
5. 光束— 与波面对应的法线集合。
同心光束— 波面为球面，聚于一点。发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。
平行光束— 波面为平面。象散光束— 波面为曲面，不聚于一点。
1. 共轴球面系统的结构参量：各球面半径：r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔：d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率：n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1

应用光学

第一章几何光学的基本定律§ 1-1 发光点、波面、光线、光束返回本章要点发光点 ---- 本身发光或被照明的物点。

既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。

对于光学系统来说，把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点 ( 发光点 ) 。

把不论多大的物体均看作许多几何点组成。

研究每一个几何点的成像。

进而得到物体的成像规律。

当然这种点是不存在的，是简化了的概念。

一个实际的光源总有一定大小才能携带能量，但在计算时，一个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。

今后如需回到光的本质的讨论将特别指出。

波面 --- 发光点在某一时刻发出的光形成波面如果周围是各向同性均匀介质，将形成以发光点为中心的球面波或平面波第二章球面和球面系统§ 2-1 什么是球面系统？由球面组成的系统称为球面系统。

包括折射球面和反射球面反射面：n ' =-n.平面是半径为无穷大的球面，故讨论球面系统具有普遍意义折射系统折反系统§ 2-2 概念与符号规则•概念① 子午平面 —— 包含光轴的平面② 截距：物方截距 —— 物方光线与光轴的交点到顶点的距离像方截距 —— 像方光线与光轴的交点到顶点的距离③ 倾斜角：物方倾斜角 —— 物方光线与光轴的夹角像方倾斜角 —— 像方光线与光轴的夹角返回本章要点•符号规则返回本章要点因为分界面有左右、球面有凹凸、交点可能在光轴上或下，为使推导的公式具有普遍性，参量具有确切意义，规定下列规则：a. 光线传播方向：从左向右b. 线段：沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准，左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准，上“ + ”下“ - ” 间隔 d(O1O2) 以前一个面为基准，左“ - ”右“ + ” c. 角度：光轴与光线组成角度 ( U,U' ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到光线，顺时针“ + ”逆时针“ - ”光线与法线组成角度 ( I,I' ) 以光线为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”光轴与法线组成角度 ( φ ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”§ 2-3 折射球面返回本章要点•由折射球面的入射光线求出射光线已知： r, n, n',L, U 求： L', U'，由以上几个公式可得出 L' 是 U 的函数这一结论，不同 U 的光线经折射后不能相交于一点点－》斑，不完善成像•近轴光线经折射球面折射并成像.1 ．近轴光线：与光轴很靠近的光线，即 -U 很小， sin(-U) ≈ -U ，此时用小写：sin(-U)= - usinI=iL=l 返回本章要点近轴光线所在的区域叫近轴区2 ．对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l , u —> l ',u' , 以上公式组变为：当 u 改变时， l ' 不变！点 —— 》点，完善成像此时 A ， A' 互为物像，称共轭点近轴光所成像称为高斯像，仅考虑近轴光的光学叫高斯光学返回本章要点近轴光线经折射球面计算的其他形式（为计算方便，根据不同情况可使用不同公式）利用：可导出返回本章要点4 ．（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距可见，当（ n'-n )/r 一定时， l ' 仅与 l 有关。

应用光学0419-6

lH f
主点位臵：
lH f
d 3a 2a a f 1 2 3a
d 3a 2a 3a f2 2 a
特点：惠更期目镜的第一焦点在两透镜之间并靠近第二透镜 L2 ，若由该目镜出射的为平行光束，则物必在镜间 F 点，即此目镜只能同来观察像。而且两透镜间隔 d

L 7200 xx ff
由求得的数据重新画图标明基点位臵说明：开始图解法时预先设定符号，并不影响解析法的计算结果！
第四章平面镜棱镜系统作业：p104,2,3,6 在光学仪器中经常用到：平面反射镜，棱镜（折射、反射）以及平行平板等元件。作用：（1）改变光路的方向：转、折、平移等；（2）改变像的方向：倒、正、补偿；（3）分光、分色等； 60 棱镜、紫外、石英棱镜 § 4-1，平面镜成像一、成像特点（性质） a）成理想像，同心光束共轭。 b）物像关于镜面对称， l l 代 n n 及 r 到球面折射物像 c）（物体）成像放大率 1 公式及
f nr r2 1 (n 1)[ n(r2 r1 ) (n 1)d ]
代入数据，得： f 505 .65(mm) f
l F f [1
( n 1) n 1 d d1 ] f [1 ] n n r1
499 .67 (mm )后截距 n 1 d ] 509 .84 ( mm )前截距 n r2 n 1 光焦度 1.978 (折光度) 197 .8(度) f 505 .65 l F f [1
即照相底片应在物镜像方焦平面外 3.21mm 处。
实践题：（请于四周后交出纸质程序和结果）如图所示为一激光耦合系统的双胶合透镜的实际参数，请编制程序求解物、像方主点、焦点位臵和焦距。n1=1.67268,n2=1.51637

《应用光学》第六届编委会第二次工作会议在西安召开

队伍建设等。与会代表对《用光学》年来的进展表示满意，应用光学》应两对《目前存在的问题进行了分析，
与国内外优秀期刊相比，仍有较大差距。
自《应用光学》第六届编委会第一次工作会议以来，年的时间，年连续荣获陕西省优秀科技期刊两两奖，新闻出版总署公布的首批合格期刊，０８年８万方数据报告期刊影响因子达到０９，是２０月．２总被引频次
５３同时被俄罗斯《４，文摘杂志》Ａ）美国《（Ｊ、剑桥科学文摘》ＣＡ）英国《学文摘》ＩＰＣ）波兰《自（Ｓ、科（ＮＳＥ、哥
尼索引》Ｉ等数据库收录，国际上有了一定影响。这些表明，应用光学》国内外学术界的知名度和（Ｃ）在《在
学》问林尊琪院士、顾陕西省科技期刊编辑学会张忠智名誉理事长和第六届编委会委员、审专家，评共计
５３人。
会议由《用光学》应第六届编委会副主任委员、中国兵工学会许毅达副秘书长和主任委员、０２５研究所王小
影响力已有较大幅度的提升。与会代表还兴致勃勃地参观了２５究所展厅、０研国防科技工业光学计量一级站、光夜视国防科技重微
点实验室。
（阳供稿）柏
鹏所长主持。
会上，０２５研究所王小鹏所长首先致词，与会编对

精选第六章应用光学目视光学系统

一、工作原理目视光学仪器的两个要求扩大视角出射平行光显微镜是将近物成像于无限远，望远镜使无限远物体成像在无限远，所以望远镜是一个无焦系统由于是无焦系统，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学筒长＝0
望远镜有两种基本型式：伽利略望远镜、开普勒望远镜。
➢开普勒望远系统，物镜和目镜都是正透镜，中间有实像面，可在实像处
一、显微镜的成像原理及视角放大率
放大镜不能满足对更细小的物体观察，考虑可以先用一组透镜把物体放大成像到放大镜前焦面上，再通过放大镜观察；
这样经过两级放大形成的光学系统称为显微镜系统；
靠近物体，把物体尺寸放大的透镜叫做显微物镜靠近眼睛，用来扩大视角的放大镜叫做显微目镜。
光学筒长△：F′物到F目之间的距离。
tg f目 D
➢望远镜系统的特点：P148 1.Γ可正可负，Γ>0,ω、ω´同号，物像方向相同（伽利略望远镜）
Γ<0,ω、ω´异号，物像方向相反（开普勒望远镜）
2.目镜焦距不能太小，因此要提高放大率，必须加长物镜焦距； 3.出瞳与人眼眼瞳直径相匹配，为了得到高倍率，要加大物镜口径。
三、分辨率及工作放大率
⑴、显微镜的视角放大率； ⑵、出瞳距离（镜目距）； ⑶、斜入射光照明，波长为0.55微米，求其分辨率； ⑷、物镜通光孔径； ⑸、出瞳直径； ⑹、设物高2y＝6mm，K=50％，求目镜的通光口径。
6.4 望远镜系统
主要内容： 1、工作原理； 2、视放大率； 3、分辨率及工作放大率； 4、透镜转象系统；
NA ，λ 时， σ ，分辨率
3、有效放大率（要使显微镜分辨的细节能被人眼所分辨）
便于眼睛分辨的角距离为 2 ~ 4
该角距离在眼睛的明视距离250mm处所对应的线距离σ眼，可表示为：

精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第6章

第 6 章光的吸收、色散和散射第6章光的吸收、色散和散射
6.1 光与介质相互作用的经典理论 6.2 光的吸收 6.3 光的色散
6.4 光的散射例题
1
第 6 章光的吸收、色散和散射
6.1 光与介质相互作用的经典理论
1.
洛仑兹的电子论假定：组成介质的原子或分子内的带电粒子 (电子、离子)被准弹性力保持在它们的平衡位置附近，并且具有一定的固有振动频率。在入射光的作用下，介质发生极化，带电粒子依入射光频率作强迫振动。由于带正电荷的原子核质量比电子大许多倍，可视正电荷中心不动，而负电荷相对于正电荷作振动，正、负电荷电量的绝对值相同，构成了一个电偶极子，其电偶极矩为
I=I0e-Kl
(6.2-2)
其中，I0是l=0处的光强。这个关系式就是著名的朗伯定律或吸收定律。实验证明，这个定律是相当精确的，并且也符合金属介质
的吸收规律。
13
第 6 章光的吸收、色散和散射
图 6 - 2 介质对光的吸收
14
第 6 章光的吸收、色散和散射
由(6.2-2)式可见，吸收系数K愈大，光波被吸收得愈强烈，当 l=1/K时，光强减少为原来的1/e。若引入消光系数η描述光强的衰减，则吸收系数K与消光系数η有如下关系：
21Biblioteka 第 6 章光的吸收、色散和散射
图 6-3 钠蒸气的几个二重吸收光谱
22
第 6 章光的吸收、色散和散射
图 6-4 室温下YAG晶体的吸收光谱
23
第 6 章光的吸收、色散和散射对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的重要手段。例如，地球大气对可见光、紫外光是透明的，但对红外光的某些波段有吸收，而对另外一些波段比较透明。透明的波段称为“大气窗口”，如图 6-5 所示，波段从1μm到15 μm有七个“窗口”。充分地研究大气的光学性质与“窗口”的关系，有助于红外导航、跟踪等工作的进行。又如，太阳内部发射连续光谱，由于太阳四周大气中的不同元素吸收不同波长的辐射，因而在连续光谱的背景上呈现出一条条黑的吸收线，如图 6-6 所示。夫朗和费首先发现，并以字母标志了这些主要的吸收线，它们的波长及太阳大气中存在的相应吸收元素，如表 6-2 所示。

应用光学课件

O1 O2
I2
θ
M β
N B
θ
应用：应用：测距机中用双平面镜代替单个平面镜角镜，角镜，棱镜
应用光学讲稿
§4 - 4
棱镜和棱镜的展开
一、用棱镜代替平面镜的优缺点
棱镜：棱镜：利用光线在介质内部的反射来改变光线方向的光学零件优点：光能损失少优点：坚固耐久，坚固耐久，不易损坏易于安装固定缺点：缺点：体积重量较大对材料要求高受环境影响较大
y P o z 物像大小相等，物像大小相等，形状不同物空间右手坐标对应像空间左手坐标 x x’ z’
y’ o’
分别迎着z 坐标面时，分别迎着、 z ’看xy、x’y’坐标面时，当x按逆时针方向转到看坐标面时按逆时针方向转到 y，x’按顺时针方向转到；物像这种对应关系称为“镜像” 按顺时针方向转到y’ 物像这种对应关系称为“镜像” ，按顺时针方向转到
应用光学讲稿
三、对棱镜的要求 1、棱镜展开后应该是一块平行玻璃板、 2、如果棱镜位于会聚光束中，光轴必须和棱、如果棱镜位于会聚光束中，镜的入射及出射表面相垂直。镜的入射及出射表面相垂直。
应用光学讲稿
四、典型棱镜展开举例
B 1、直角棱镜、在平行光路中使用
在平行光路中只需满平第一个条件：展开开后成平行玻璃板即 AB//AC′ 则∠ ABC = ∠ A′CB Q ∠ A′CB 是∠ ACB 折过过去的，二者相等 ∴ ∠ ABC = ∠ ACB 只要两要两角相等就能 AB//AC′，不一定为45°， ∠ A 也不一定为直角。
应用光学讲稿
结论：结论：
A
物像位置相对平面镜对称，物像位置相对平面镜对称，物像大小相等实物成虚像，虚物成实像。实物成虚像，虚物成实像。 D 单个平面镜对物点能成理想像，单个平面镜对物点能成理想像， O O’

第六章辐射度学与光度学基础C_应用光学

应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用二、立体角的应用
u
A
r
假定有一光学系统，对轴上点A成像，孔径角为u，问这个圆锥角对应的立体角多大？
根据立体角的定义： Ω＝
s r2
以A为球心，r为半径作一球面，求出圆锥在球面上的面积S，除以半径r的平方，即为该圆锥对应的立体角。
应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用
2、灯泡通过聚光镜后在 -u
150mm
2.5m
照明范围内的平均发光强度，
以及灯泡的功率和位置。 15m
思路：像方照度
像方接收的总光通量
像方立体角
像方孔径角
物方立体角像方发光强度
灯泡发
光强度
总光通量
灯泡功率、位置
应用光学讲稿 §6-4 光度学中的基本量
解：像方接收总光通量 E S 50 (1.25)2 246lm
假定圆锥面的半顶为，在球面上取一个 d 对应的环带，
环带宽度为 rd，环带半径为r sin ，所以环带长度为 2r sin
，环带总面积为
ds rd 2 r sin 2 r2 sin d
它对应的立体角为
d
dS r2
2
sin d
2 d cos
将上式积分得
0 2 d cos 2 (1 cos )
应用光学讲稿
§6-3 人眼的视见函数
辐射体发出电磁波，进入人眼，在可见光（波长400～ 760nm）范围内，可以产生亮暗感觉；
可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同
，对波长 =555nm的绿光最为敏感。
光度学中，为表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，定义

《应用光学》王文生华中科技大学出版社第六章上课后答案

即 L' 0.05 (
h 2 h h 5 ) 0.06 ( ) 4 0 ，求得 0.913 hm hm hm 6 h h h ) 0.24 ( ) 3 0 时的值 hm hm hm
即相对高度为 0.913 上的球差为 0。 3）求球差最大值，即求 (L' )' 0.10 (
2、已知 L1 20 mm , d 2mm , n 1.614 ，设计负透镜（齐明），物在第一面的球心，求 r1 ， r2 ， L2 ' 。解：由题意， L1 20 20 mm 。
又 L2 L1 d 22 mm ， r2
A1 0.05 由以上三式得： A2 0.06 L' L' 0.707 0.01 1 .0
此时的球差表达式为： L' 0.05 ( 边缘光球差： L'1.0 0.01
h 2 h ) 0.06 ( ) 4 hm hm
0.85 带球差： L' 0.85 0.05 (0.85 ) 2 0.06 (0.85 ) 4 0.0048 0.707 带球差： L' 0.707 0.05 (0.707 ) 2 0.06 (0.707 ) 4 0.01 0.5 带球差： L' 0.5 0.05 (0.5) 2 0.06 (0.5) 4 0.00875 0.3 带球差： L' 0.3 0.05 (0.3) 2 0.06 (0.3) 4 0.00401 2）若球差为 0，即 L' 0
h 2 h h h ) 0.06 ( ) 4 ]' 0.12 ( ) 0.24 ( ) 3 hm hm hm hm h h h 1 ) 0.24 ( ) 3 0 ，求得 0.707 hm hm hm 2