(整理)郁道银主编工程光学(知识点).
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响,各光束独立传播。 3 )反射定律和折射定律(全反射及其应用): 反射定律:1、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,且反射角和入射角绝对值相等,符号相反,即I’’=-I。 全反射:当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射,2、入射角大于临界角
时,入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中,而没有折射光产生。 sinIm=n’/n,其中mI 为临界角。
8 、共轴球面系统公式(过渡公式、成像放大率公式) 第二章小结 (理想光学系统) 1、什么是理想光学系统? 为了系统的讨论物像关系,挖掘出光学系统的基本参量,将物、像与系统件的
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内在关系揭示出来,可暂时抛开光学系统的具体结构(r,d,n),将一般仅在光学系 统的近轴区存在的完善成像,拓展成在任意大的空间中一任意宽的光束都成完善像 的理想模型。简单的说就是物像空间满足“点对应点,直线对应直线,平面对应平 面”的光学系统。
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1)沿轴线段(L、L’、r):规定光线的传播方向自左至右为正方向,以折射面 顶点 O 为原点。
2)垂轴线段(h):以光轴为基准,在光轴以上为正,以下为负。 3)光线与光轴的夹角(U、U’):光轴以锐角方向转向光线,顺时针为正,逆时 针为负。 4)光线与法线的夹角(I、I’):光线以锐角方向转向法线,顺时针为正,逆时针 为负。 5)光轴与法线的夹角(φ ):光轴以锐角方向转向法线,顺时针为正,逆时针为 负。 6)相邻两折射面间隔(d):由前一面的顶点到后一面的顶点,顺光线方向为 正,逆为负。 5 、单个折射球面的光线光路计算公式(近轴、远轴)
10、理想光学系统两焦距之间的关系?
11、理想光学系统的放大率?(定义、公式、用途、与单个折射面公式的区别 和联系)
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12、理想光学系统的组合公式为何?正切计算法?
13、几种典型的光组组合及其特点(组成、特点和应用)?
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第 三 章 小 结( 平面与平面系统) 1、平面光学元件的种类?作用?(4 种) 平面反射镜,唯一能成完善像的最简单的光学元件,可用于做光杠杆 平行平板,平行平板是个无光焦度的光学元件,不使物体放大或缩小, 反射棱镜,实现折转光路、转像和扫描等功能。 折射棱镜,改变光线的出射角,可用于放大偏转量。 2、平面镜的成像特点和性质?平面镜的旋转特性? 每一点都能成完善像,并且像与物虚实相反。
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应用:1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。(镀膜平面反射镜只 能反射90%左右的入射光能)2、光纤
折射定律: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 正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关,仅由两种介质的性质决定。 n’sinI’=nsinI 。
应用:光纤 4 )光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递,最后在D点以CD方向出射,若光从D点以CD 方向入射,必原路径S传递,在A点以AB方向出射,即光线传播是可逆的。 5 )费马原理 光从一点传播到另一点,其间无论经历多少次折射和反射,其光程为极值。 (光是沿着光程为极值(极大、极小或常量)的路径传播的),也叫“光程极端定 律”。 6 )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。 折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的 一个基本定律,而把另外两个作为该基本定律的推论。 3 、完善成像条件(3种表述) 1)、入射波面为球面波时,出射波面也为球面波; 2)、入射光束为同心光束时,出射光束也为同心光束; 3)、物点A1 及其像点Ak ’之间任意二条光路的光程相等。 4 、应用光学中的符号规则(6 条)
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出的光线经过系统后是一组平行光线。 可用直接表示光学系统,便于推断和计算光路。 7、图解法求像的方法? (可选择的典型光线和可利用的性质 5条+1条) 8、解析法求像方法为何?(牛顿公式、高斯公式) 1)牛顿公式:
2)高斯公式:
9、由多个光组组成的理想光学系统的成像公式?(过渡公式)
2、共轴理想光学系统的成像性质是什么?(3大点) 1)位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上;位于过光轴的某一个 截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内;同时,过光轴的任意截 面成像性质都是相同的 2)垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与物相似。 3)如果已知两共轭面的位置和放大率,或者一对共轭面的位置和放大率,以及 轴上两对共轭点的位置,则其他一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共 轭点来表示。 3、无限远的轴上(外)物点的共轭像点是什么?它发出的光线有何性质? 像方焦点;它发出的光线都与光轴平行。 4、无限远的轴上(外)像点的对应物点是什么? 物方焦点。 5、物(像)方焦距的计算公式为何? f’=h/tanU’,h为平行光线的高度,U’为像方孔径角。 6、物方主平面与像方主平面的关系为何? 互为共轭。 光学系统的基点及性质?有何用途? 一对主点和主平面,一对焦点和焦平面,称为光学系统的基点和基面。 一束平行光线经过系统后交于像方焦平面上一点,物方焦平面上一点光源发射
6 、单个折射面的成像公式(定义、公式、意义)
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垂轴放大率成像特性: β>0,成正像,虚实相反;β<0,成倒像,虚实相同 |β|>1,放大;|β|<1,缩小。 轴向放大率结论: 折射球面的轴向放大率恒为正,轴向放大率与垂轴放大率不等。 角放大率:表示折射球面将光束变宽变细的能力;只与共轭点的位置有关,与 光线的孔径角无关。 7 、球面反射镜成像公式
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第一章小结(几何光学基本定律与成像概念) 1 、光线、波面、光束概念。 光线:在几何光学中,我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带
有方向的几何线。 波面:发光点发出的光波向四周传播时,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。 光束:与波面对应所有光线的集合称为光束。 2 、几何光学的基本定律(内容、表达式、现象解释) 1 )光的直线传播定律:在各向同性的均匀介质中,光是沿着直线传播的。 2 )光的独立传播定律:不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影
线位于法线的两侧,且反射角和入射角绝对值相等,符号相反,即I’’=-I。 全反射:当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射,2、入射角大于临界角
时,入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中,而没有折射光产生。 sinIm=n’/n,其中mI 为临界角。
8 、共轴球面系统公式(过渡公式、成像放大率公式) 第二章小结 (理想光学系统) 1、什么是理想光学系统? 为了系统的讨论物像关系,挖掘出光学系统的基本参量,将物、像与系统件的
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内在关系揭示出来,可暂时抛开光学系统的具体结构(r,d,n),将一般仅在光学系 统的近轴区存在的完善成像,拓展成在任意大的空间中一任意宽的光束都成完善像 的理想模型。简单的说就是物像空间满足“点对应点,直线对应直线,平面对应平 面”的光学系统。
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1)沿轴线段(L、L’、r):规定光线的传播方向自左至右为正方向,以折射面 顶点 O 为原点。
2)垂轴线段(h):以光轴为基准,在光轴以上为正,以下为负。 3)光线与光轴的夹角(U、U’):光轴以锐角方向转向光线,顺时针为正,逆时 针为负。 4)光线与法线的夹角(I、I’):光线以锐角方向转向法线,顺时针为正,逆时针 为负。 5)光轴与法线的夹角(φ ):光轴以锐角方向转向法线,顺时针为正,逆时针为 负。 6)相邻两折射面间隔(d):由前一面的顶点到后一面的顶点,顺光线方向为 正,逆为负。 5 、单个折射球面的光线光路计算公式(近轴、远轴)
10、理想光学系统两焦距之间的关系?
11、理想光学系统的放大率?(定义、公式、用途、与单个折射面公式的区别 和联系)
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第 三 章 小 结( 平面与平面系统) 1、平面光学元件的种类?作用?(4 种) 平面反射镜,唯一能成完善像的最简单的光学元件,可用于做光杠杆 平行平板,平行平板是个无光焦度的光学元件,不使物体放大或缩小, 反射棱镜,实现折转光路、转像和扫描等功能。 折射棱镜,改变光线的出射角,可用于放大偏转量。 2、平面镜的成像特点和性质?平面镜的旋转特性? 每一点都能成完善像,并且像与物虚实相反。
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应用:1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。(镀膜平面反射镜只 能反射90%左右的入射光能)2、光纤
折射定律: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 正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关,仅由两种介质的性质决定。 n’sinI’=nsinI 。
应用:光纤 4 )光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递,最后在D点以CD方向出射,若光从D点以CD 方向入射,必原路径S传递,在A点以AB方向出射,即光线传播是可逆的。 5 )费马原理 光从一点传播到另一点,其间无论经历多少次折射和反射,其光程为极值。 (光是沿着光程为极值(极大、极小或常量)的路径传播的),也叫“光程极端定 律”。 6 )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。 折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的 一个基本定律,而把另外两个作为该基本定律的推论。 3 、完善成像条件(3种表述) 1)、入射波面为球面波时,出射波面也为球面波; 2)、入射光束为同心光束时,出射光束也为同心光束; 3)、物点A1 及其像点Ak ’之间任意二条光路的光程相等。 4 、应用光学中的符号规则(6 条)
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出的光线经过系统后是一组平行光线。 可用直接表示光学系统,便于推断和计算光路。 7、图解法求像的方法? (可选择的典型光线和可利用的性质 5条+1条) 8、解析法求像方法为何?(牛顿公式、高斯公式) 1)牛顿公式:
2)高斯公式:
9、由多个光组组成的理想光学系统的成像公式?(过渡公式)
2、共轴理想光学系统的成像性质是什么?(3大点) 1)位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上;位于过光轴的某一个 截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内;同时,过光轴的任意截 面成像性质都是相同的 2)垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与物相似。 3)如果已知两共轭面的位置和放大率,或者一对共轭面的位置和放大率,以及 轴上两对共轭点的位置,则其他一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共 轭点来表示。 3、无限远的轴上(外)物点的共轭像点是什么?它发出的光线有何性质? 像方焦点;它发出的光线都与光轴平行。 4、无限远的轴上(外)像点的对应物点是什么? 物方焦点。 5、物(像)方焦距的计算公式为何? f’=h/tanU’,h为平行光线的高度,U’为像方孔径角。 6、物方主平面与像方主平面的关系为何? 互为共轭。 光学系统的基点及性质?有何用途? 一对主点和主平面,一对焦点和焦平面,称为光学系统的基点和基面。 一束平行光线经过系统后交于像方焦平面上一点,物方焦平面上一点光源发射
6 、单个折射面的成像公式(定义、公式、意义)
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垂轴放大率成像特性: β>0,成正像,虚实相反;β<0,成倒像,虚实相同 |β|>1,放大;|β|<1,缩小。 轴向放大率结论: 折射球面的轴向放大率恒为正,轴向放大率与垂轴放大率不等。 角放大率:表示折射球面将光束变宽变细的能力;只与共轭点的位置有关,与 光线的孔径角无关。 7 、球面反射镜成像公式
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第一章小结(几何光学基本定律与成像概念) 1 、光线、波面、光束概念。 光线:在几何光学中,我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带
有方向的几何线。 波面:发光点发出的光波向四周传播时,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。 光束:与波面对应所有光线的集合称为光束。 2 、几何光学的基本定律(内容、表达式、现象解释) 1 )光的直线传播定律:在各向同性的均匀介质中,光是沿着直线传播的。 2 )光的独立传播定律:不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影