应用光学课件 (1)[46页]

§1.2.2 完善成像条件
（见图1-9） 表述一： 入射波面是球面波时，出射波面也是球面波。 表述二： 入射光是同心光束时，出射光也是同心光束。 表述三： 物点及像点之间的任意两条光路的光程相等。
n1A1E n1EE1 n2E1E2 nk ' Ek E'nk ' E' Ak ' n1A1O n1OO1 n2O1O2 nk 'OkO'nk 'O' Ak ' C
6）折射面间隔（d）：由前一面的顶点到后一面的顶点，顺光 线方向为正，反之为负。（折射系统中，d恒为正）
§1.3.2 实际光线的光路计算
已知：折射球面曲 率半径r，介质折射 率为n和n,及物方坐 标L和U。
sin(180 - I ) sin(U )
工程光学上篇 几何光学
前言
第一章 几何光学基本定律与成像概念 第二章 理想光学系统 第三章 平面与平面系统 第四章 光学系统中的光束限制 第六章 光线的光路计算及相差理论 第七章 典型光学系统 第九章 光学系统的像质评价和像差公差
第一章 几何光学基本定律与成像概念
➢ 以光线为基础、用几何方法来研究： 光在介质中的传播规律 光学系统的成像特性
2） 垂轴线段（h）：以光轴为基准，在其上为正，反之为负。 3）光线与光轴的夹角（U,U'）：用光轴转向光线所形成的锐角
来度量，顺时针为正，反之为负。
§1.3.1 基本概念与符号规则
4） 光线与法线的夹角（I，I'）：由光线以锐角转向法线， 顺时针为正，反之为负。
5）光轴与法线的夹角（Φ）：由光轴以锐角转向法线，顺时 针为正，反之为负。
3、解释：
在均匀介质中，光沿着直线传播。在非均匀 介质中，光不再沿直线传播，此时折射率n为空 间位置的函数，其光程应有极值。
费马原理的验证
§1.1.4 马吕斯定律
➢ 光线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。这种正交性表明，垂直于波面的光线束 经过任意多次折、反射后，无论折、反射面形如何，出 射光束仍垂直于出射波面。
§1.3.1 基本概念与符号规则
1、 基本概念
光轴：通过球心C的直线 顶点：光轴与球面的交点 子午面：通过物点和光轴的截面 物方截距：顶点O到光线与光轴交点A的距离 物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 像方截距： 像方孔径角：
§1.3.1 基本概念与符号规则
2、符号规则
1） 沿轴线段（L,L',r）：规定光线的方向自左向右，以折射面 顶点O为原点，由顶点到光线与光轴交点或球心的方向和光线 传播的方向相同为正，反之为负。
§1.1.2 几何光学的基本定律
5、全反射及其应用（原理如图）
注意：
光密介质（折射率较高的介质）
光疏介质（折射率较低的介质）
临界角 （折射角等于90的入射角）
由折射定律可求出临界角Im
nsinI n'sin I ' (I ' 90） sinIm n'n
全反射条件： （1）光线从光密介质进入光疏介质；
➢ 马吕斯定律描述了光经过任意多次折、反射后，光束与 波面、光线与光程之间的关系。
§1.2 成像的基本概念与完善成像条件
§1.2.1 光学系统与成像概念 §1.2.2 完善成像条件 §1.2.3 物、像的虚实
§1.2.1 光学系统与成像概念
1、光学系统的作用：
对物体成像，扩展人眼的功能。
2、完善像点与完善像：
1、光波:
本质：电磁波，380nm---780nm。
传播速度：c ≈3×108 m/s，在介质中 n(λ)=C/V(λ)
单色光（具有单一波长的光）和复色光（由不同的单 色光混合而组成的光）
2、光源与发光点：
光源（发光体）：能够辐射光能的物体。 发光点（点光源）：辐射光能量的几何点。
§1.1.1 基本概念
（2）入射角大于临界角。
应用：（1）光纤（图1-4）
（2）反射棱镜（图1-5）等
§1.1.3 费马原理
1、光程：
光在介质中传播的几何路程l与该介质折射 率n的积s，即：S=nl=cl/v=ct 见图1-6
2、原理内容：
光从一点传播到另一点时，其间无论进行了多少 次反射或折射，其光程为极值。光是沿着光程是极 值的方向传播的。
不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互 不影响，各光束独立传播
3、反射定律：（图1-2）
I"=-I
注意：光路的可逆性原理
§1.1.2 几何光学的基本定律
4、折射定律：（图1-2）
sinI n' 或 n sin I n'sin I ' sin I ' n
注意区别：绝对折射率、相对折射率
拓展：负折射率，隐形材料
§1.2.3 物（像）的虚实
1、实物（像）：
由实际光线相交会聚所形成的的物（像）。
2、虚物（像）：
由光线的延长线相交所形成的物（像）。
图1-10分别表现了不同的情形。 请注意实物、实像、虚物、虚像以及物空间、
像空间。
§1.3 光路计算与近轴光学系统
§1.3.1 基本概念与符合规则 §1.3.2 实际光线的光路计算 §1.3.3 近轴光线的光路计算
3、光线
由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何线，它代表 光的传播方向。
4、波面与光束
波面：振动位相相同的点在一瞬间所构成的曲面
光束：与波面对应的法线束 光波的分类：（见图1-1）
§1.1.2 几何光学的基本定律
1、光的直线传播定律ห้องสมุดไป่ตู้
在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线方向传播的
2、光的独立传播定律
➢ 主要内容： §1.1 几何光学的基本定律和原理 §1.2 成像的基本概念与完善成像条件 §1.3 光路计算与近轴光学系统 §1.4 球面光学成像系统
总结
§1.1 几何光学的基本定律和原理
§1.1.1 基本概念 §1.1.2 几何光学的基本定律 §1.1.3 费马原理 §1.1.4 马吕斯定律
§1.1.1 基本概念
若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心 光束，该光 束中心即为该物点的完善像点。 完善像是完善像 点的集合。
3、物空间、像空间：
物所在的空间、像所在的空间。
4、共轴光学系统：
若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上 ，则该光学系统是共轴光学系统。
5、光轴：
各光学元件表面的曲率中心的连线。