应用光学各章知识点归纳复习整理

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n

n 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：1

2arcsin

n 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。

第二章高斯光学

子午线：通过物点和光轴的截面

物方截距L：顶点O 到入射光线与光轴的交点的距离。

物方孔径角U：入射光线与光轴的夹角

光线经过单个折射球面的实际光路计算公式:

给定单个折射球面的结构参量n，n’，r 时，由已知入射光线的坐标L 和U，求出出射光线的坐标L’和U’。

U r

L I sin r sin -=(2-1)由折射定律得I n n I sin ''sin =(2-2)

方孔径角：''I U I U -+=(2-3)像方截距：'

sin 'sin 'U I r r L +=(2-4)转面公式：11212'

d L L U U -==(2-5)

近轴光路计算公式：

当孔径角U 很小时，在（2-1）至（2-4）中，将角度的正弦值用相应弧度代替，则有

u r r l i -=

(2-6)，i n n i '=(2-7)

'

'i i u u -+=(2-8)

)'

'('u i l r l +=(2-9)阿贝不变量：将式2-6和2-7中i 和i’代入式2-8和2-9得Q l

r n l r n =-=-)11('11(',其中Q 为阿贝不变量，对于单个折射球面，物空间与像空间的阿贝不变量Q 相等，随共轭点的位置而异。

近轴区球面光学成像系统：垂轴放大率β：l

n nl y y '''==β取决于共轭面的位置，在一对共轭面上，β为常数，大小和物与像的位置有关，故物与像相似。轴向放大率α：22'''l

n nl dl dl a ==，与垂轴放大率关系:2

'βn n a =角放大率γ：'

'l l u u ==γ,为一对共轭光线与光轴的夹角之比值，和物体位置有关，与孔径角无关。三个放大率之间关系：βββαγ==''

2

n n n n 拉赫不变量：'''y u n nuy J ==，在近轴区成像时，在物像共轭面内，物体大小y，成像光束孔径角u 与物体所在介质的折射率n 的乘积为常数J。J 越大，光学系统传递的能量和信息量越多。

光学系统的基点和基面：

焦点：过焦点F 入射的任意光线，经过光学系统后，平行光轴射出。f 面任意点发出的光线，经系统后为斜平行光线出射。

主平面：放大率为β=+1的一对共轭面，假定物空间任意一条光线和物方主平面交点为I，它的共轭光线和像方主平面交于I’点，