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大学物理第20章几何光学.ppt

大学物理第20章几何光学.ppt

心处.对于厚透镜,如果两侧的折射率相同,物方焦
距等于像方焦距.
21
三、成像公式
图中△PA1B1~△F1A2B2,△RB2A2~△F2H2A2
所以
f1 u
h/ h + h/
f2
h h + h/
两式相加得
f1 + f2 1
u
若系统两侧的折射率相同,此时有f1=f2= f 22
1+1 1
u f
注意式中u、、f 都是从相应的主平面算起的
一、光的直线传播定律
光在均匀介质中沿直线传播.
二、光的独立传播定律
不同的光线以不同的方向通过空间某一点时彼
此不发生影响.
三、折射定律和反射定律
1.折射定律
相对折射率 绝对折射率
sin i1 sin i2
n21
n2 n1
n cP
o
Q
i2 n2
N/ C
为光在介质中的速度
3
2.反射定律
A
N
B
7
n1
n2
n1
n2
F1
A
A
F2
物方焦点
像方焦点
物方焦距f1. u=f1, =∞
f1
n1 n2 n1
r
像方焦距f2. u=∞,=f2
f2
n2 n2 n1
r
1.焦距f1和f2可能是正数,也可能是负数 2. 一般地,n1≠n2,对于同一折射面, f1 ≠f2
f1 n1
f2 n2
8
3. 曲率半径 r↑→f1 ↑(f2↑),折射本领就越差 媒质的折射率与该侧焦距的比值来表示折射本 领,称为折射面的焦度,用Φ表示,
18

《几何光学》PPT课件

《几何光学》PPT课件

0
sin 1
r
sin 1
sin(
cos1
z)
r0
sin( Az )
29
表明光线在光纤中是弯曲的,正弦振荡 其Z向空间周期为:
L cos1 2
若考虑近轴光线(与光纤轴夹角很小)cos1 1, 在轴上一点所发出的近轴光线都聚焦在z 2 点。
有自聚焦效应,可用来成像等
30
其数值孔径也定义为光纤端面处介质折射率与最大 接光角正弦的乘积。
Outline of Geometric optics
几何光学的三个基本定律 费马原理 近轴成像理论
1
几何光学
以光线概念为基础研究光的传播和成像规律,光线 传播的路径和方向代表光能传播的路径和方向。
作为实验规律,三定律是近似的,几何光学研究 的是光在障碍物尺度比光波大得多情况下的传播 规律。这种情况下,相对而言可认为波长趋近于 零,几何光学是波动光学在一定条件下的近似。
n(0) cos1 n(r) cos n(rmax )
1
n2 (r)
cos2 n2 (0) cos2 1
28
路径光线在某点的斜率
dr dz
tg
1
(cos2
1
1) 2
dz
n(0) cos1
dr
[n2 (r) n2 (0) cos2 1]1 2
z r dr cos1 arcsin( r )
光在介质中走过的光程,等于以相同的时间在真空中走过的
距离。光在不同介质中传播所需时间等于各自光程除以光速
C
s s L t l
V cn c
c
32
n1 S1 n2
S2
Av
v2

第八章(几何光学)XPPT课件

第八章(几何光学)XPPT课件
第八章 理想光学系统
第一节 激光光学系统 第二节 傅里叶变换光学系统 第三节 扫描光学系统 第四节 阶跃型光纤光学系统 第五节 梯度折射率光纤光学系统 第六节 光电光学系统
第一节 激光光学系统 一、高斯光束的特性
1、高斯光束的振幅
r2
A A0e 2
★当 r 时
A A0 e
高斯光束的截面
二、高斯光束的传播
f
z
f
z
02
f
z
2
02
2
2
z i
f
f
2
02
z 2
02
2
★高斯光束腰位置的q参数
q0
q0 z
i 02
q0
f
z f
f
z
z 2
0 2
0 2
2
2
z i
f
2
0 2
f
z 2
0 2
2
★所以,实 部与实部相 等,虚部与 虚部相等,
f
z f
f
z
02
z
2
1、高斯光束沿z轴传播的光场分布
E
c
z
exp{
r2
2
z
i
k
z
r2
2R
z
z
}
★高斯光束截面半径
(z)
★波面曲率半径
R(z)
★位相因子
(z)
高斯光束的传播
2、高斯光束截面半径
1
z
0
1
z 0 2
2
2
3、高斯光束的波面曲率半径 ★波面曲率半径
Rz
z
1

几何光学PPT(1)

几何光学PPT(1)

理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
中央部分比边缘部分薄的透镜 凹透镜 (发散)
凹凸透镜 平凹透镜 双凹透镜 平凹透镜 凹凸透镜
r1 0, r2 0 r1 r2
r2 r1 0
r1 0, r2 0
r2 0 r1
r1 0, r2 0 r1 r2
2020年4月10日星期五
f
' o
为光学筒长,即物镜与目镜的间距
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
显微镜的视角放大率
M
'
hi / fe'
So
So
ho / So
fo' fe'
fo fe
h0
Fo
h0´
Fo´
Fe (´ hi
Fe´
(´
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14

当ni=no 1
p
V
h0
p
1
1
2 hi
pI´
2
1 2 F
p
f´1

2
hi 3
3
2

1
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
大学物理
§11-14 几何光学
光轴:若光学系统由球面组成,各球心的连线在

66几何光学习题讲解1PPT课件

66几何光学习题讲解1PPT课件
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人:XXXXXX
时 间:XX年XX月XX日
17
7
例3:一个直径为200mm的玻璃球,折射率为1.53。 球内有两个小气泡,看上去恰好在球心,另一个从 最近的方向看去,好像在球表面和中心的中间,求 两气泡的实际位置。
8
解:如上图可知,气泡A的像A’在球心,则根据折射 率定律,A也在球心。对于气泡B有
解之得:
气泡离球心实际位置:
9
例4:有一玻璃半球,折射率为1.5,半径为50mm, 其中平面镀银。一个高为10mm的小物放在球面顶点 前方100mm,求经过这个系统最后所成像的位置、大 小、虚实和正倒。
2
例2:一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射 率n=1.5的玻璃球上,求其会聚点的位置。
3
解:该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决
4
(1)考虑光束射入玻璃球的状态,用高斯公式:
5
会聚点位于第二面后15mm处。
6
进一步可以讨论:像的属性:虚实、放缩; 再进一步可以考虑镀膜的情况(凹面、凸面)。
例1:一厚度为200mm的平行平板玻璃(设n=1.5), 下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一 圆形纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都看不到 该金属片,问纸片最小直径应为多少?
1
解:令纸片最小半径为x, 全反射临界角求取方法为: 其中n2=1, n1=1.5, 根据几何关系有: 联立两式可以求出纸片最小直径为358.77mm。
10
第一次成像有:
解之得:
11
对于第二个平面而言,因为
,所以
其物方光线垂直入射到该平面上,经过反射后,

几何光学PPT【2024版】

几何光学PPT【2024版】
只与两种介质有关,折射率
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光(复色光)从一种媒质 (例如真空或空气)射入另一种媒质时, 只要入射角不等于0,不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射,也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质,折射角比
入射角大

入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4.全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜) 32
• 根据这一事实,也可以得出这样的结论, 既然在媒质中,光总是沿直线、折线、或 曲线传播,那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播,这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线,是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域,也无法定义诸如波长、
51
n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
s
s nr f n
n n
O
Q

几何光学(课堂PPT)

几何光学(课堂PPT)

l
r1 ( r2)
l
近轴条件下,略去 项, h 2
l s l s
n 1hn 1hnhn hn 2hn 2h0 r1 s r1 r2 r2 s
.
34
n2 n1 nn1n2n
s s
r1
r2
薄透镜的物像公式
物方焦距 像方焦距
fsl im sn1 n r1n1n2r 2n
fls i m sn2 n r1n1n2r 2n
.
5
4、物方空间和像方空间:一个成像的光 学系统将空间分成两部分,入射的同心 光束所在的空间为物方空间,出射的同 心光束所在的空间为像方空间。
5、折射率(n)
6、光程
.
6
2.2几何光学的基本定律、定理
1、光在均匀介质中的直线传播定律。 2、光通过两种介质分界面时的反射定律
和折射定律。 3、光的独立传播定律和光路可逆原理。 4、费马(Fermat)原理:两点间光的实际
基础,研究光在透明介质中传播和
成像问题的光学----几何光学
.
1
一、几何光学历史 二、几何光学基本概念、定理、定律 三、光在平面上的反射和折射、全反射 四、光在球面上的反射和折射 五、薄透镜成像
.
2
一、几何光学历史 墨子及其弟子在《墨经》中,记载着光的直线传播(影的形成和
针孔成像等)和光在镜面(凹面和凸面)上的反射等现象,并提 出了一系列经验规律,把物和像的位置及其大小与所用镜面曲率
1、墨克欧阿人联莱子几眼勒系蒙里构·起(哈得得造来增和前所及。著托著视这4有勒《觉6是《密8光作关光研-学用于前学究》做光全了3研了学书光7究详知6》的了尽识),折平的的研射面叙最究现镜述早了象成。记球,像反录面最问对。镜先题欧和测,几抛定指里物了出得面光了和镜通反托的过射勒性两角密质种等关,介于于并质眼对分 2、欧界入睛光面几射是发时角以出里的的球光入得反面线射射形才(角定式能和前律从看折。到光3射源物3角0发体。-出的前;学2反说7射,5光认)线为与光入线射来光自线于同看面到且的入物射体面,垂并直且 3、克于莱界面蒙。得(50-?)和托勒密(90-168) 4、阿沈入括的勒撰研·写究哈的,增《并梦说(溪明9笔了6谈月5》 相-1对 的0光 变3的 化8直规)线 律传 及播 月及 食球 的面成镜 因成 。像做了比较深 5、沈培根括提(出了1用0透31镜-矫1正09视5力)和采用透镜组构成望远镜的想法,并描述了 6、培透镜根焦(点的法位国置。1214-1294)
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9
5. 如图所示,一光线射入折射率为n的一球形水滴,求(1)此光线在水滴内
球面另一侧的入射角a;此光线被全反射还是部分反射?(2)偏向角(出射 光线与入射光线之间的夹角)的d 表达式;(3)求偏向角d最小时的入射角i1.
i1 i2 a i2
d
10
6.一虚物PQ位于凹透镜右侧二倍焦距处,用作图法求它经透镜成的像。
入瞳、孔径光阑、出瞳相互共轭
将系统中各光阑逐个地对其前面光学系统成像,将所有这些像对入瞳中心
张角,其中最小张角者所对应的光阑即系统的视场光阑F.S.。
入窗—视场光阑经前面 出窗—视场光阑经后面
光学系统的像。---限制物 光学系统的像。---限制
方视场(PQ1)的大小
像方视场(P’Q1’)的大小
视场光阑、入窗、 出窗相互共轭
F
O
Q
F
P
11
7.一玻璃空盒的两端是共轴球面,一端是半径r1= —1.65cm的凹面,另一 端是半径为r2= 1.65cm的凹面,两顶点间距1.85cm。将盒在空气中密封 后放入水中。一高为1cm的物体距前凹球面的顶点10cm,与光轴垂直。
求物体经玻璃盒所成的像。(玻璃厚度忽略不计)
Q
P
C1
O1 O2
入窗 出窗
A.S. D
'0
O2
D
出瞳 E x .P .
将系统中各光阑 分别经其前面的光 学元件成像于系统 的物空间,其中对 轴上物点张角最小 的那个像所对应的
光阑即为孔径光 阑A.S.。
入瞳—孔径光阑通过其前面光学系统所成的像-----决定进入系统光束的大小 出瞳—孔径光阑通过其后面光学系统所成的像-----决定从系统出射光束的大小
习 题 课一几何光学
1、直线传播定律
2、独立传播定律
3、光路可逆原理
平面反射成像规律
4、反射定律 面镜成像规律
R→∞ ★ 单球面反射成像规律
(条件:近轴,细光束)
★ 单球面折射成像规律
5、折射定律
★ 薄透镜成像规律
折射成像规律 ★ 共轴球面系统成像规律
(条件:近轴,细光束) (理想光具组)
物 像 距
14
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人:XXXXXX 时 间:XX年XX月XX日
15
(2) 0
ns ' f 和 x '
n's
x
f'
放大像
缩小像
等大像 y、y’同号
正像
s、s’同号
物像在基准点同侧
实物
虚像
虚物
实像
3
(3) 0
y、y’异号 s、s’异号
倒像 物像在基准点异侧
实物 虚物
实像 虚像
n n’ P’
P F O F’
实物 实像
P’F P O F’
实物
n n’ 虚像
4
薄凸透镜成像
Q
P
FO
F’ P’
Q’
物体置于透镜二倍焦距之外
Q’
Q
F
P’ F P O
物体置于透镜一倍焦距之内
Q
F’
P’
PF O
Q Q´
Q’
P F’ P ´O
F
物体置于透镜二倍焦距之 内,一倍焦距之外
凹透镜只能成正立、缩小的虚像 5
Q 1
B
E
Q
D
Q1 A
0 F
O 2
P P
D
L
入瞳
视场光阑
E n .P .
6
1
2. 有一凹球面反射镜,曲率半径为20cm,如果把小物体放在离镜面顶
点6cm处,则像在镜
cm处,是 像。(正或者倒)
C
P
O
7
3. 为了把仪器刻度放大2倍,在它上面置一平凸透镜,并让透镜的平面 与刻度紧贴。假设刻度和球面顶点距离30mm,玻璃的折射率为1.5,求 凸面的半径。
n
n'
C
O
8
4.一平行平面玻璃板的折射率为1.5,厚度为d。一束会聚光束入射到玻璃 板上,如图所示。其顶点M距玻璃板前表面6cm,此光束沿玻璃板所成的 像M’与M相距0.125cm,求d。
C2
C1
12
8、一个折射率为1.5的玻璃球,半径R,置于空气中。在近轴成像时, 问:(1)无穷远处的物成像在何处?(2)物在球前2R处,成像在何处?
13
结束语
当你尽了自己的最大努力时,失败也是伟大的, 所以不要放弃,坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
焦距和 光焦度
垂轴放 大率
薄透镜、球面折射和球面反射公式对照表
单球面折射
单球面反射
薄透镜
n n nn s s r
f f 1 s s
xx ff
n n r
f n r n n
f n r n n
f n fn
ns y ' ns y
1 1 2 s s r 11 1 s s f xx f 2
2n r
f r 2
fr 2
f 1 f
s s
nnnonnno
s s r1
r2
f f 1 s s
xx ff
nO r1 nn r2nO 1 2
f
nO
n
n n
nO
r1
r2
f
nO
n n n nO
r1
r2
f பைடு நூலகம்n fn
n s f s
n s f s2
讨论: y '
y
(1) 1 1 1
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