工程光学-第一章共73页

c)球面光波与会聚光束
10
折射率：折射率是表征透明介质光学性 质的重要参数。我们知道，各种波长的光在 介质中的传播速度会减慢。介质的折射率正 是用来描述介质中光速减慢程度的物理量， 即：
nc v
(1-1)
ห้องสมุดไป่ตู้
这就是折射率的定义。
11
二、几何光学基本定律 几何光学把研究光经过介质的传播问题
归结为如下四个基本定律，是研究光在介质 中的传播规律和光学系统的成像规律的出发 点。
3
光学的发展：经典光学 经典光学：
现代光学
1、几何光学 光的传播、反射、折射、成像等。
2、物理光学 ①波动光学：光的干涉、衍射、偏振等。 ②量子光学：光的吸收、散射、色散、光 的本性等。
4
现代光学：
①激光光学：激光物理、激光技术、激光应 用等。
②非线性光学：光学介质与激光相互作用的 新现象和新效应，实现全光处理技术。
参考书目
《工程光学基础教程 》 天津大学 郁道银 浙江大学 谈恒英
《光学》 赵凯华 鈡锡华 北京大学出版社
1
工程光学授课内容
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：光学系统中的光阑与光束限制 第五章：像差理论 第六章：典型光学系统 第七章：光学系统的像质评价和像差公差
6
第一章 几何光学基本定律与 成像概念
几何光学主要是以光线为模型来研究光在介质 中的传播规律及光学系统的成像特性。
本章主要介绍： 1.几何光学的几本定律 2.成像的概念和完善成像的条件 3.光路计算和近轴光学系统 4.球面光学成像系统
7
第一节 几何光学的基本定律
一、基本概念 光线：在几何光学中，通常将发光点发出的光
(1-3)
n 'sI i' n n sI in
若在此式中令n'n，则式(1-3)成为 I'I,此结果在形式上与反射定律的式
(1-2) 相同。
18
4. 光路的可逆性 由折射定律可知，折射光线与入射光线 是可逆的。同样，由反射定律可知，反射光 线与入射光线也是可逆的。因此，光线的传 播是可逆的，这就是光路的可逆性。
③激光光谱学：物质微观结构及分子运动规 律的分析等。
④集成光学：集成光路理论及制造等。
5
⑤傅立叶光学：光学傅立叶分析、傅立叶变 换等。 ⑥全息光学：光学全息与信息处理等。 ⑦晶体光学：光波在晶体中的传播及晶体的 电光效应等。
瞬态光学、光纤通信、光信息存储、受激 拉曼散射、受激布里渊散射、飞秒激光……
光源S1发射的光线经B点折射 向C. 若在C点置一光线，光线 亦可由C点出射经B点折射而射 向A，即光线是可逆的。
19
5. 全反射现象 光线入射到两种介质的分界面时，通常 都会发生折射与反射。但在一定条件下，入 射到介质上的光会全部反射回原来的介质中， 没有折射光产生，这种现象称为光的全反射 现象。 下面就来研究产生全反射的条件。
同心光束：通常波面可分为平面波、球面波和 任意曲面波。与平面波对应的光束成为平行光束， 与球面波对应的光束称为同心光束。
9
同心光束可分为会聚光束和发散光束， 如图1-1所示。同心光束经实际光学系统后， 由于像差的作用，将不再是同心光束，与之 对应的光波则为非球面光波。
图1-1 波面与光束 a)平面光波与平行光束 b)球面光波与发散光束
局限于非相干情况，忽略光的波动性。
13
若1=2、位相差不随时间变化,且不是垂直相 交，此区内的光强分布将呈现相干分布。
II1I22 I1I2cos
14
不同介质交界面处的传播规律:
3.光的折射定律和反射定律
1.入射面 2.光线角
15
如图1-2所示，入射光线AO入射到两种 介质的分界面PQ上，在O点发生折反射，其
（2）反射光线和入射光线位于法线的两侧， 且反射角与入射角的绝对值相等，符号相反，即：
I"I
(1-2)
折射定律归结为： （1） 折射光线位于由入射光线和法线所决定 的平面内；
17
（2） 折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射 角的大小无关，仅由两种介质的性质决定，即：
通常写为:
sinI ' n sinI n'
2
绪论
光学是物理学中最古老的一门基础学科，又 是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，具 有强大的生命力和不可估量的发展前途。21世 纪是光信息科学的时代!
学好光学,有助于进一步深入学习电动力学、 现代光学、光电子技术、激光原理及应用、光 电子学等相关课程，同时也进一步加深我们对 微观和宏观世界的联系与规律的认识。
中，反射光线为OB，折射光线为OC，NN'
为界面上O点处的法线。入射光线、反射光
线和折射光线与法线的夹角 I、 I" 和 I ' 分别
称为入射角、反射角和折射角，它们均以锐 角度量，由光线转向法线，顺时针方向旋转 形成的角度为正，反之为负。
16
反射定律归结为：
（1）反射光线位于由入射光线和法线所决定 的平面内；
（1）光的直线传播定律 （2）光的独立传播定律 （3）光的折射定律 （4）光的反射定律
12
同一介质内的传播规律:
1.光的直线传播定律
在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的。 如：影子、日食、月蚀、小孔成像等。
局限于宏观尺度; 微观尺度下不成立。
2.光线的独立传播定律
从不同光源发出的光线，以不同的方向经过某 点时，各光线独立传播，彼此互不影响。
20
通常，我们把分界面两边折射率较高的 介质称为光密介质，而把折射率较低的介质 称为光疏介质。当光从光密介质射向光疏介
质且入射角 I 增大到某一程度时，折射角 I '
达到 90o ，折射光线沿界面掠射出去，这时
的入射角称为临界角，记为I m 。
21
由折射定律公式(1-3)
sI m i n 'n sI '/ i n n 's 9 o i / n n 0 n '/ n (1-4)
抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线，即 光线。光线的方向代表光的传播方向。光线的传播 途径称为光路。
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面称为波阵面， 简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播。
8
光束：在各项同性介质中，波面上某点的法 线即代表了该点处光的传播方向，即光沿着波面法 线方向传播，因此，波面法线即为光线。与波面对 应的所有光线的集合，称为光束。