2.几何光学资料

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几何光学知识点

几何光学知识点Geometry optics, also known as geometrical optics, is a branch of optics that focuses on the behavior of light in terms of rays. 几何光学，也称为几何光学，是光学的一个分支，侧重于光的行为方面的射线。

In this field, light is considered to travel in straight lines and interact with various optical elements such as lenses and mirrors. 在这个领域中，认为光在直线上传播，并与各种光学元件如透镜和镜子相互作用。

Geometry optics is grounded in the principle that light reflects and refracts according to the laws of physics. 几何光学建立在光按照物理定律反射和折射的原则上。

Understanding the principles of geometry optics is essential for designing optical systems and devices for applicationsin areas such as imaging, lighting, and telecommunications. 理解几何光学的原则对于设计用于成像、照明和电信等领域的光学系统和设备至关重要。

One fundamental concept in geometry optics is the point source model, which assumes that light originates from a single point and travels in straight lines. 几何光学中的一个基本概念是点光源模型，假定光源自一个点并以直线传播。

几何光学资料课件

素有关。
焦距
透镜的两个焦点到透镜的距离之和，决定了透镜的成像特性。
成像公式
通过物距、像距、焦距之间的关系，可以推导出透镜成像的公式，
以指导实践中光学系统的设计。
透镜组及其应用
透镜组的种类
透镜组的应用设计考虑因素
CHAPTER
光学仪器及其应用
放大镜和显微镜
放大镜
放大镜是一种简单的光学仪器，使用凸透镜来放大物体。通过放大镜，我们可以看到比肉眼所能看到的更小的细节。放大镜的放大倍数取决于透镜的曲率和与物体的距离。
光路的搭建和调整
搭建基本光路
光路调整与优化
光学仪器的使用和操作
要点一
仪器介绍与操作演示
教师或实验指导员将向学习者介绍常见的光学仪器（如显微镜、望远镜、分光仪等），并演示其基本操作方法。
要点二
仪器实践操作
学习者将在指导下，亲自操作这些光学仪器，完成一些基本的观测或测量任务。这一实践环节有助于学习者熟悉光学仪器的使用，并理解其在科学研究、工业生产等领域的应用。
几何光学的基本原理
01
直线传播原理
02
反射定律
03
折射定律
04
成像原理
CHAPTER
光线和线的传播路径
直线传播
光线路径的可逆性
光线的反射和折射
反射：当光线遇到光滑表面时，按照入射角等于反射角的规律进行反射，称为镜面反射。
折射：当光线从一个介质传播到另一个介质时，其传播方向发生改变，遵循斯涅尔定律，即入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射角与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
研究内容
非线性光学主要研究光的非线性传播、光的频率转换、光与物质的相互作用等内容。

几何光学(最全、最详细)

光的反射、折射、全反射
[实验目的] 研究光的反射（漫反射）、折射、全反射的规律。 [训练器材] J2501型光具盘、激光光源三只（4.5V）、平面镜、半圆柱透镜。 [实验原理] 1. 平面镜反射：光入射到两种介质的平滑界面时，常有部分光返回到原价质中，这种现象称为光的反射现象。 2. 反射定律的内容是：反射光线位于入射光线和法线决定的平面内；反射光线和入射光线分别位于法线的两则；反射角r等于入射角i。
1、折射线、法线、入射线在同一平面上。
2、折射线、入射线在法线的两侧。 3、折射角的正弦与入射角的正弦的比值是一
常数。
n' sin r n sin i
全反射：当光从光密介质射向光疏介质，且入射角i大于某一值im时，入射光将从介质的分界面上全部反射回去而无折射光线，这一现象称为光的全反射。 im称为临界角，其满足：
平面镜的成像规律： 1. 平面镜成的像与物体分居镜面的两侧； 2. 物体和像上的对应点在镜面（或其延长线）的同一条垂线上且到镜面（或其延长线）的距离相等，即物和像关于镜面对称； 3. 平面镜成像既不放大也不缩小，总是正立的。
反射面是球面的一部分的镜子称为球面镜。反射面为凸面的的球面镜称为凸面镜。凸面镜有使入射光会聚的作用，亦称会聚镜。反射面为凹面的球面镜称为凹面镜。凹面镜有使入射光发散的作用，亦称发散镜。
中学物理实验—几何光学
实验内容：
光的反射、折射、全反射平面镜、凹面镜、凸面镜成像
凸透镜、凹透镜的成像规律
光的色散光学仪器 (选做)
磁吸附式光具盘（J2501型）
靖江市季光教仪设备有限公司
中学物理实验—几何光学
实验注意事项：
(1)在使用仪器前必须认真阅读仪器使用说明书，切忌盲目动手，抱着试试看的心理。 (2)使用和搬动光学仪器时，应轻拿轻放，谨慎小心，避免受震、碰撞，更要避免跌落地面。光学元件使用完毕，不应随便乱放，要做到物归原处。 (3) 保护好光学元件的光学表面，绝对禁止用手触入，只能用手接触经过磨砂的“毛面”，如透镜的侧边，棱镜的上下底面等。若发现光学表面有灰尘，可用毛笔、镜头纸轻轻擦去。对于没有镀膜的表面，可在教师的指导下，用干净的脱脂棉花蘸上清洁的溶剂(酒精、乙醚等)，仔细地将污渍擦去，不要让溶剂流到元件胶合处，以免脱胶；对于镀有膜层的光学元件，则应由指导教师作专门的处理。 (4) 白炽灯、激光光源使用完毕后，应及时关闭，避免过热影响其使用寿命。另外，刚使用完的白炽灯不能用手立刻触碰，以免烫伤。

光学几何光学知识点总结

光学几何光学知识点总结光学几何光学是研究光传播的基本规律和现象的一门学科，它通过几何光学原理来描述光的传播路径和成像规律。

在这篇文章中，我们将总结光学几何光学的核心知识点，帮助读者加深对光学几何光学的理解。

1. 光传播的直线特性光学几何光学的基本假设之一是光在均匀介质中直线传播。

根据光的直线传播特性，我们可以得出光传播的两大基本规律：直线传播定律和逆向规律。

直线传播定律指出，光在均匀介质中传播的路径是直线。

这意味着当光通过一块透明介质时，光线的传播路径是直线，除非发生折射或反射。

逆向规律指出，光线的传播方向与光线的路径相反。

这意味着当光线反射或折射时，其传播方向会发生变化，但光线总是沿着路径的反方向传播。

2. 折射定律和反射定律折射定律和反射定律是光学几何光学中最重要的定律之一。

折射定律描述了光在两种不同介质之间传播时的路径变化规律。

它指出，光线在通过两种介质的交界面时，入射角和折射角之间的正弦比等于两种介质的折射率之比。

反射定律描述了光线从一种介质到同种介质的传播过程中的路径变化规律。

它指出，入射角和反射角之间的角度相等。

这两个定律为解释光在透明介质之间传播和反射的现象提供了重要的理论基础。

3. 成像规律成像规律是光学几何光学的核心内容之一，它用来描述光线经过光学系统（如透镜和反射面）后的成像规律。

对于薄透镜而言，成像规律可以用薄透镜公式来描述。

薄透镜公式指出，当光线通过一个薄透镜时，入射光线与透镜光轴的乘积等于出射光线与透镜光轴的乘积。

对于反射面而言，成像规律可以用镜面成像公式来描述。

镜面成像公式指出，当光线经过反射面时，入射角和出射角之间的角度关系与光的传播路径相对应。

这些成像规律帮助我们理解光在透镜和反射面上的成像过程，从而应用于光学仪器和光学系统的设计和优化。

4. 光的光程差和相干性光程差是光学几何光学中的重要概念之一。

它表示光线经过不同路径传播所经历的光程的差异。

光程差在干涉和衍射现象中起着关键作用。

几何光学知识点高二公式

几何光学知识点高二公式：几何光学是研究光线在透明介质中传播的规律和现象的科学。

在高中物理学习中，几何光学也是一个重要的章节，其中有许多涉及到的知识点和公式。

下面将介绍几个高二几何光学的重要知识点和相应的公式。

一、折射定律折射定律是描述光线在两种不同介质之间传播时的行为规律。

它由斯涅尔定律给出，即入射角和折射角之间的关系：n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂其中n₁和n₂分别表示两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别表示入射角和折射角。

二、薄透镜公式薄透镜是一种能够将光线聚焦或发散的光学元件。

在薄透镜成像的过程中，可以使用薄透镜公式来计算物体和像的位置关系，公式如下：1/f = 1/v - 1/u其中f表示透镜的焦距，v表示像的位置，u表示物体的位置。

该公式也可以写成以下形式：f = (v * u) / (v + u)三、球面反射镜成像公式球面反射镜是一种由曲面构成的镜子，其成像原理可以用球面反射镜成像公式来描述，公式如下：1/f = 1/v + 1/u其中f表示反射镜的焦距，v表示像的位置，u表示物体的位置。

四、光的全反射条件全反射是指当光线从一种介质射向另一种折射率较小的介质时，入射角大于临界角时，光线完全被反射回原介质的现象。

全反射的条件可以由以下公式表示：sinθc = n₂/n₁其中θc表示临界角，n₁和n₂分别为两种介质的折射率。

五、倍率公式倍率是指光学仪器（如显微镜、望远镜等）放大物体的能力。

在几何光学中，倍率可以由以下公式计算：倍率 = 视角放大率 * 纵向放大率其中视角放大率表示透镜或物镜的放大能力，纵向放大率表示目镜的放大能力。

总结：几何光学是高中物理学习中的重要内容，其中包括了折射定律、薄透镜公式、球面反射镜成像公式、光的全反射条件和倍率公式等知识点和公式。

通过熟练掌握和应用这些知识和公式，我们可以更好地理解光的行为规律，揭示光学现象背后的科学原理。

在实际应用中，几何光学也有着广泛的应用领域，如光学成像、光学仪器设计等。

几何光学完美版

:课第题课:± ± ± ± ± = ± ±:!| 光的直线传播.光的反射基础知识I 一、光源1 •定义：能够自行发光的物体.2. 特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能,二、光的直线传播仁光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C = 3X8 10 m/s ;各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即v<C 。

说明：① 直线传播的前提条件是在同一•申.介质，而且是均匀.介质。

否则，可能发生偏折。

如从空气进入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。

② 同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的。

不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。

在同一种介质中，频率越低的光其传播速度越大。

根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过C o③ 当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，发生明显的衍射现象，光线可以偏离原来的传播方向。

④ 近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa ）和极低的温度（10-9K ）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到 17m/s ，甚至停止运动。

2. 本影和半影（1）影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域.（2）本影：发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域.（3）半影：发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域.（4）日食和月食：人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位光的传播（几何光学）光的传播规律光在介质中传播就是能量的传播.于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食.当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住，便分别能看到月偏食和月全食.具体来说：若图中的P是月球，则地球上的某区域处在区域A内将看到日全食；处在区域B或C内将看到日偏食；处在区域D内将看到日环食。

几何光学物理光学知识点PPT课件

.
25
如图示：红光和紫光沿同一方向射向玻璃半球的球心，经折射后从球面射出，若红光在玻璃中传播时间为t红，紫光在玻璃中传播时间为t紫，则a
是红光， t红＜ t紫（填＞、＜或 =）
ba
解：白光通过三棱镜，发生色散，红光偏折角
最小，紫光偏折角最大．所以a是红光。
t=r/v=rn/c 红光的折射率小，t小。
反射定律
面镜基
光源
基本折射定律
规律全反射
本光学器件
透镜棱镜
成像规律
光的传播速度
（物理实质）
色散
.
1
一、光的直线传播： 1. 光的直线传播-----
光在同一种均匀介质中沿直线传播。本影和半影，日食和月食 2、光的直线传播的现象
（1）小孔成像.
（2）影
定义：在物体的后面光线照不到的区域.
注意：
a. 在光的反射现象中，光路是可逆的， b.不论镜面反射还是漫反射都遵循反射定律
.
7
三．平面镜对光线的控制作用
只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质．一个平面镜对光线的控制作用．
（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射光遵循反射定律．
（2）一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜转动α角，反射光转动2α角．
DE即为所求。（注意箭头）
B
A·
CD
.
E
13
04年全国理综17
17．图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图所示。二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l 表示镜的长度， h 表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l 的最小值

几何光学知识点总结归纳

几何光学知识点总结归纳在几何光学中，有很多重要的知识点和概念，本文将对几何光学的一些重要知识点进行总结和归纳。

1. 光线光线是指在光学中用来表示光传播方向和轨迹的一条直线，它是几何光学的基本概念之一。

在几何光学中，一般假设光线是直线，不考虑其波动性质。

光线的传播方向和速度与光的传播方向和速度一致，但不同于光的波动特性。

光线可以用来描述光的传播、折射和反射规律，是进行光学系统设计和分析的重要工具。

2. 折射定律折射定律是描述光线在两种介质界面上折射规律的定律。

在两种介质的界面上，入射角和折射角之间有着确定的关系，这一关系就是折射定律。

折射定律可以用来计算光线在折射介质中的传播方向和角度，同时也可以用来设计和分析光学系统中的折射元件。

折射定律的数学表达式为n1*sin(θ1) = n2*sin(θ2)，其中n1和n2分别是两种介质的折射率，θ1和θ2分别是入射角和折射角。

3. 反射定律反射定律是描述光线在介质表面上反射规律的定律。

根据反射定律，入射角和反射角相等，且入射光线、反射光线和法线在同一平面内。

反射定律是光学中非常重要的定律，它可以用来计算光线在反射介质中的反射方向和角度，同时也可以用来设计和分析光学系统中的反射元件。

反射定律的数学表达式为θ1=θ2，其中θ1和θ2分别是入射角和反射角。

4. 球面折射球面折射是几何光学中的一个重要现象，它描述了光线通过球面介质界面的折射规律。

当光线通过球面介质界面时，由于介质的曲率，光线会发生折射，并且折射后的光线会经过焦点。

球面折射主要应用在光学系统的球面透镜设计和分析中，通过球面折射定律可以计算光线通过球面透镜后的折射方向和焦点位置，从而进行成像和焦距的计算。

5. 薄透镜成像薄透镜成像是几何光学中的一个重要知识点，它描述了光线通过薄透镜后的成像规律。

薄透镜成像主要应用在光学系统的透镜设计和分析中，通过薄透镜成像规律可以计算光线通过透镜后的成像位置和放大率，从而进行成像质量的评估和优化。

几何光学知识点总结高中

几何光学知识点总结高中光学是物理学的一个重要分支领域，主要研究光在空气和透明物质中传播的规律，以及光的成像、色散、干涉等现象。

几何光学是光学研究中的一个重要分支，主要研究光在透明介质中传播时的几何规律，包括反射、折射、成像等现象。

本文将从光的波动性质、光的反射和折射、成像和光学仪器等方面对几何光学知识点进行总结。

一、光的波动性质1. 光的波动模型光既具有波动性质也具有粒子性质，可以通过光的干涉、衍射、偏振等现象来说明光的波动性质。

波动模型主要是用来解释光的干涉和衍射现象，比如双缝干涉实验和单缝衍射实验。

2. 光的波长和频率光的波长决定了光的颜色，波长越短的光颜色越偏蓝，波长越长的光颜色越偏红。

而光的频率与波长之间有确定的关系，频率越高的光波长越短，频率越低的光波长越长。

3. 光的速度和光的折射率光在不同介质中传播时，速度和折射率都会发生变化。

光在真空中的速度是最快的，而在介质中的速度要小于真空中的速度。

折射率是介质对光的折射能力的度量，不同介质的折射率是不同的。

二、光的反射和折射1. 光的反射定律光线和法线的夹角等于入射角和反射角的夹角，这就是光的反射定律。

光的反射定律适用于所有的反射现象，无论是平面反射还是曲面反射。

2. 光的折射定律光线和法线的夹角的正弦比等于入射介质的折射率和折射介质的折射率的比值，这就是光的折射定律。

光的折射定律适用于所有的折射现象，无论是平面折射还是曲面折射。

3. 光的全反射当光线从折射率较高的介质朝折射率较低的介质射入时，入射角大于临界角时，光线将发生全反射。

全反射现象在光纤通信和水面反射中都有重要的应用。

三、成像和光学仪器1. 透镜成像透镜是一种常用的光学元件，主要可以将平行光线汇聚成焦点或将发散光线聚成焦点。

透镜成像可以分为凸透镜和凹透镜两种情况，分别对应着实物的虚像和实像。

2. 显微镜成像显微镜是一种用来观察微小物体的光学仪器，主要由物镜和目镜组成。

显微镜成像原理和透镜成像原理类似，但是显微镜可以放大物体的微小细节，能够观察到肉眼无法看到的微观结构。

几何光学ppt

反射式光学系统
光线通过光学元件（如反射镜、反射棱镜等）反射回来的光学系统。
反射式光学系统具有体积小、重量轻、结构紧凑等特点，适合用于激光雷达、光谱仪器等领域。
光纤光学系统
光线通过光纤传输的光学系统。
光纤光学系统具有传输损耗低、带宽高、抗电磁干扰等特点，被广泛应用于通信、医疗、传感等领域。
红外光学系统
VS
详细描述
光的反射定律表明，光线在传播过程中，当遇到一个界面时，会按照入射角等于反射角的规律反射。而折射定律则表明，光线在从一种介质进入另一种介质时，会产生折射现象，折射光线会偏离原来的直线方向，其偏转角度与介质折射率有关，且遵循一定的斯涅尔折射定律。
04
几何光学成像原理
成像的基本概念
光的独立传播定律
总结词
光的独立传播定律是指光在传播过程中，不受其他光束的影响，各自独立传播。
详细描述
光的独立传播定律表明，在同一个均匀介质中，各个光束的传播速度相同，且光线的传播方向不会因为其他光线的存在而改变。这个定律是几何光学中光线追迹和光束分析的基础。
光的反射定律和折射定律
总结词
光的反射定律和折射定律是指在光的传播过程中，光线与界面相遇时，光线会按照一定的规律反射和折射。
场合。
照相机系统
03
照相机是一种捕捉图像的光学系统，可以记录和保存图像信息
。
计算机辅助光学设计软件的应用
TracePro
TracePro 是一款常用的光学设计软件，可用于模拟和分析光学系统的性能。
Code V
Code V 是一款功能强大的光学设计软件，可以用于设计和优化各种光学系统。
Zemax
直射光成像和折射光成像

几何光学的发展资料课件

光线、光束、光线路径、折射、反射等。
几何光学的发展历程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
古代光学
文艺复兴时期
17世纪
18世纪
19世纪
人类对光的认识可以追溯到古代，如中国的墨子发现了小孔成像现象，古希腊的欧几里德研究了折射定律。
文艺复兴时期，许多科学家开始深入研究光学，如达芬奇、开普勒等。
17世纪，几何光学得到了快速发展，如笛卡尔、费马等人研究了光的折射和反射，牛顿发现了白光是由不同颜色的光组成的。
在通讯、测量、加工、医疗等领域广泛应用，是现代科技发展的重要支撑。
激光技术的原理
利用特定物质在受激发状态下释放相干光，具有亮度高、方向性好、单色性好等特点。
03
光学理论的发展
光的波动理论
总结词
光的波动理论认为光是一种波动现象，具有干涉、衍射等波动特性。
详细描述
光的波动理论最初由荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯提出，他认为光是一种波，具有反射、折射、干涉和衍射等性质。光的波动理论能够解释许多光学现象，例如光的干涉和衍射，为后来的光学研究奠定了基础。
06
未来几何光学的发展趋势与展望
超分辨率成像技术
总结词
超分辨率成像技术是当前光学领域研究的热点之一，它旨在突破传统成像技术的限制，实现高分辨率、高清晰度的成像效果。
详细描述
超分辨率成像技术通过采用信号处理、算法优化等方法，从低分辨率图像中提取更多的细节和信息，从而生成高分辨率图像。这一技术在医学、生物、安全等领域具有广泛的应用前景，例如在医学诊断中提高影像的清晰度和准确性。
量子光学技术
总结词
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的一门学科，它涉及到量子计算、量子通信和量子信息等领域。

几何光学的发展资料

第六章经典光学的发展
光学的发展可追溯到古代，在古中
国和古希腊的典籍中，我们可看到
古人对光的直线传播和反射等问题的观察和思索的成果。17世纪光的反射定律和折射定律的建立为几何
光学奠定了基础。光的本性早在古
希腊时代就成为先贤们争论的课题， 17世纪以来微粒说和波动说的争论成为光学发展的主线和动力。
对于球偏离法线的现象，他先后得出哪两个错误的假设？
5. 费马的工作：
他认为：光沿着所需时间为极值的路径传播，这就是费马原理。并假设光密介质中的光速比光疏中的要慢，推导如下：
疏
密
由此费马正确地推导得出了折射定律的公式。同时证明了光从光疏媒质进入光密媒质时向法线方向偏折。
这样，从托勒密开始，经过了1500年左右的时间才得到了严格的折射定律，连同光的直线传播和反射定律一起构成了几何光学的理论基础。
若有一束光∑从玻璃射向空气，当入射角大于420 时，则到达O点后，将既不能进入空气，也不能进入MON锥形区域，必定反射为∑’。
回顾一下全反射的定义
3. 荷兰数学家斯涅耳，从实验得到准确的
折射定律。
AC CD
Sin
BC CD Sin
1
AC Sin Csc 常数 BC 1 Csc
D
光的折射的系统的研究写了《屈光学》一书，该书记载了两个实验。
第一个实验是比较入射角和折射角：如图，让阳光LMN斜射到竖直屏DBC上，BC边缘在水平底座投下阴影HK；另一部分从光线则从DB
射进一玻璃立方体中，在水平底座投下阴影
IG。
根据屏高BE和两阴影的长度EH 和EG，就可算出立方体的入射角和折射角之比。
第二个实验是：用一个圆柱形玻璃，令光线沿S1和S2入射，通过圆柱中心的光线S1 方向不变，和圆柱边沿相切的光线S2偏折最大，并发现最大偏折角约为420。

几何光学总结

（4）光学元件的线度应比光的波长大得多，否）光学元件的线度应比光的波长大得多，
则不能把光束简化为光线。则不能把光束简化为光线。
二、费马原理
费马原理是一个描述光线传播行为的原理. 费马原理是一个描述光线传播行为的原理. （一）光程在均匀介质中,光程为光在介质中通过的几何路程在均匀介质中,光程为光在介质中通过的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积：的乘积：
M n d Q O -P 顶点 h r C P´ Q´ n´
D
光轴
M n d Q -P O h r C P´ Q´ n´
D
符号规则：符号规则：线段：光轴方向上，以顶点为起点，（1）线段：光轴方向上，以顶点为起点，沿光线进行方向为正，反之为负；垂直方向上，进行方向为正，反之为负；垂直方向上，主光轴上方为正，反之为负。为正，反之为负。球面的曲率半径：（2）球面的曲率半径：球心在球面顶点的右方为反之为负。自左向右为正方向）正，反之为负。(自左向右为正方向）
∆ = nl
n=
c
υ
∆ l ∴ = c υ
∆ l =υt = υ c
•直接用真空中的光速来计算光在不同介质中通过一定直接用真空直接用真空中的光速来计算光在不同介质中通过一定几何路程所需要的时间。几何路程所需要的时间。
∆ nl t= = ⇒∆ = ct c c
•光程表示光在介质中通过真实路程所需时间内,在真光程表示光在介质中通过真实路程所需时间内, 光程表示光在介质中通过真实路程所需时间内空中所能传播的路程。空中所能传播的路程。 k ∆ 1 k ∆ = ∑nli , t = = ∑nli 分区均匀介质: 分区均匀介质: i i c c i=1 i=1 连续介质: 连续介质:

几何光学知识

几何光学基础知识几何光学是光学学科中以光线为基础，研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科。

在几何光学中，把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。

在此假设下，根据光线的传播规律，在研究物体被透镜或其他光学元件成像的过程，以及设计光学仪器的光学系统等方面都显得十分方便和实用。

但实际上，上述光线的概念与光的波动性质相违背，因为无论从能量的观点，还是从光的衍射现象来看，这种几何光线都是不可能存在的。

所以，几何光学只是波动光学的近似，是当光波的波长很小时的极限情况。

作此近似后，几何光学就可以不涉及光的物理本性，而能以其简便的方法解决光学仪器中的光学技术问题。

光线的传播遵循三条基本定律：光线的直线传播定律，既光在均匀媒质中沿直线方向传播；光的独立传播定律，既两束光在传播途中相遇时互不干扰，仍按各自的途径继续传播，而当两束光会聚于同一点时，在该点上的光能量是简单的相加；反射定律和折射定律，既光在传播途中遇到两种不同媒质的光滑分界面时，一部分反射另一部分折射，反射光线和折射光线的传播方向分别由反射定律和折射定律决定。

基于上述光线传播的基本定律，可以计出光线在光学系统中的传播路径。

这种计算过程称为光线追迹，是设计光学系统时必须进行的工作。

几何光学中研究和讨论光学系统理想成像性质的分支称为高斯光学，或称近轴光学。

它通常只讨论对某一轴线(即光轴)具有旋转对称性的光学系统。

如果从物点发出的所有光线经光学系统以后都交于同一点，则称此点是物点的完善像。

如果物点在垂轴平面上移动时，其完善像点也在垂轴平面上作线性移动，则此光学系统成像是理想的。

可以证明，非常*近光轴的细小物体，其每个物点都以很细的、很*近光轴的单色光束被光学系统成像时，像是完善的。

这表明，任何实际的光学系统(包括单个球面、单个透镜)的近轴区都具有理想成像的性质。

为便于一般地了解光学系统的成像性质和规律，在研究近轴区成像规律的基础上建立起被称为理想光学系统的光学模型。

几何光学

得
v1= -15cm
2)球面折射成像：u2=R-v1=25cm，n1=1.5，n2=1， r2= -10cm
代入公 n1+式 n2n2-n1 u2 v2 r2
得
v2= -100cm
2．三对基点
引入基点(焦点、主点、节点)的概念，可用于进行几何作图成像，类似于中学学过的薄透镜的几何作图成像。
1)两焦点F1、F2 将点光源放于主光轴上
球面 O
3)实像：会聚的折射光束的顶点为实像。
球面
I
4)虚像：发散的折射光束的顶点为虚像。
球面 I
4、焦度(光焦度)
式（ 14-1）右端 n2-n1 仅与折射率和半，径有 r
与物距、像距无表关征。球它面的光学称性质
为光焦度，表用示。
n2-n1 r
(1-4 2)
单位：屈光度，用D表示，１D = 1m-1
当f1、 f2为正值时，F1、 F2为实焦点；当f1、 f2为负值时，F1、 F2为虚焦点。
4)单球面的两焦点不对称
由式14-3和14-4可知：
f1 n1 f2 n2
(14 -5)
∵ n 1≠n2 ∴ f 1≠f2 单球面折射的两个焦距不相等。
5)焦度与焦距的关系
n2 -n1 r
又 1 fn2n - 1n1r 2,nf2n - 2n1r
由折射定律，有 n1 sin i1= n2 sin i2 在近轴光线条件下， i1 、 i2 都很小，故 sin i1≈i1，sin i2≈i2
由图14-1可见
i1=a+q i2 =q-b
M
n1
i1 A
n2
a
h
i2

几何光学知识

p' p
r1
r2
Φ透

nL n n 'nL
r1
r2
Φ1 Φ2
薄透镜光焦度
P.32/33
（2）横向放大率

12

y' y
n p' n' p
第十四章几何光学
当薄透镜置于空气中: n n 1
1 1 nL 1 1 nL
p ' p r1
r2
p f p
如图所示，一束平行光线以入射角θ射入折射率为n、置
于空气中的透明圆柱棒的端面，试求：光线在圆柱棒内
发生全反射时，折射率n应满足的条件。
根据折射定律，有：

n
sin nsin ncos n2 n2 sin2
按全反射条件，应有： nsin 1
sin n2 1
1.5 (40) 3 1 (20)
(2)整个玻璃棒的横向放大率：
12 3
P.30/33
3.2.球面镜成像作图方法
球面镜成像作图法的三条特殊光线： • 平行于主光轴的傍轴入射光线经球面镜反射后过焦点F，或其反向延长线过焦点（根据焦点的定义）.
• 过焦点的入射光线经球面镜反射后，其反射光平行于主光轴（根据光路可逆性原理）.
③ 图中标出:必须保证为正值,即本身为负时加负号.
P.23/33
第十四章几何光学
(2)单球面折射的物像公式
A
Q
n
u
i o
n'
h i' c u'
Q'
r
p
p'

几何光学基本知识

λ基本的光学实验定律包括：光在均匀介质中的直线传播定律；光通过两种介质界面时的反射定律和折射定律；光的独立传播定律和光路可逆定律。

成立的条件：几何系统的尺度远大于光波波长；介质是各向同性的。

3.光线：光能量的传播方向的几何线表示光的传播方向2.光波面：光波相位相等各点构成的面。

一、光波面与光线1.光源：发光物体统称为光源点光源扩展光源线光源面光源光线1.理想模型：忽略衍射效应2.均匀各向同性介质：直线3.非均匀介质：曲线光线垂直于光波面平面波球面波(发散光)球面波(会聚光)二、费马原理（Fermat principle）费马原理：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一极值。

极小值三、光学系统与成像概念1、光学系统：透镜、反射镜等成像元件2、单心（同心）光束物点为顶点的发散光束，其波面为球面物点为顶点的发散光束光点3、物像关系与物点相联系的同心光束，经光学系统仍是同心光束经过光学系统仍是单心光束4、物空间(物方)与像空间(像方)物空间入射光束所在的空间像空间出射光束所在的空间注意！不是用物、像位置所在的空间来定义物、像空间的！物空间与像空间的含义四、物、像的虚实实物：相对于光学系统，入射光束是发散的(a)虚像：相对于光学系统，出射光束是发散的(b)实像：相对于光学系统，出射光束是会聚的(c)虚物：相对于光学系统，入射光束是会聚的(d)a)实物成实像b)实物成虚像c)虚物成实像d)虚物成虚像五、完善成像条件1()k A A ′=常数★等光程性，物像间任意两点光路的光程相等。

★波面一致，球面波仍然为球面波★光束一致，同心光束仍然为同心光束。