应用光学复习提纲-超详细复习过程
应用光学总复习
转面公式
' ' n2 n1' , n3 n2 ,, nk nk 1 ' ' ' u2 u1 , u3 u2 ,, uk uk 1 ' ' ' y2 y1 , y3 y2 ,, yk yk 1
l2=l1′－d1，l3=l2′－d2，„，lk=lk－1′－dk－1
' ' h2 h1 d1u1 , h3 h2 d2u2 , ' , hk hk 1 dk 1uk 1
n1u1y1=n2u2y2=…=nkukyk=nk′uk′yk′=J
折射平行平板
L' d (1
不动的。
3. 二次反射像的位置应在物体绕棱线（P点）转动2α角处，转动 方向应是反射面按反射次序，由P1转到P2的方向。 成像：连续一次像，二次反射像与原物坐标系相同，成一致像。 应用: 转折光路
棱镜系统成像方向的规则
假设物为右手坐标系：oxyz，oz为光轴方向；ox为平行于主截面方 向；oy为垂直于主截面方向。则经过系统后，像坐标为x'y'z'，则： （1）z轴（出射坐标轴方向）：经平面镜与棱镜系统反射后，其 光轴出射方向，即是z' 的方向。 （2）y轴：（⊥主截面坐标轴）：视屋脊个数而定； 当没有屋脊面或屋脊面为偶数时，y'方向与y方向相同；当屋脊面为 奇数时，y'方向与y方向相反。 （3）x 成镜像（∥主截面坐标轴）：视反射次数而定；奇次反射成 镜像，由左手确定成像方向；偶次反射成一致像，由右手坐标确定 其成像方向。 以上三条都是对单光轴棱镜而言，若为多光轴面的棱镜（复合棱 镜），上述原则在各光轴面内均适用。 用屋脊面代替一个反射面，可使垂直于主截面内的坐标被这两个相 互垂直的反射面依次反射而改变方向，从而得到物体的一致像。即 物空间坐标和像空间坐标一致。
2010应用光学期末复习提纲
几何光学期末复习提纲第一章几何光学基本定律与成像概念1.几何光学与物理光学的区别？2.理解几何光学的基本概念：可见光、单色光、复色光、光源；均匀介质、各向同性介质；光线、法线、波面、光束等。
3.理解并掌握几何光学的基本定律：直线传播、独立传播定律的内容及限制；折射与反射、全反射定律的内容及应用；光的可逆性原理的内容。
4.了解费马原理、马吕斯定律的内容。
5.理解并掌握光学系统成完善像的概念及条件（三种表述）6.掌握光路计算的基本概念与符号规则。
（在习题中体会其应用）7.掌握光路计算的一般思路：(1)理解单个折射球面元件具有的普遍意义：平面——球面的特例，反射——折射的特例。
(2)宽光束——近轴系光束：a.理解物点发出的宽光束经单个折射球面成非完善像的概念，如存在球差；b.理解物点在近轴区内以细光束成完善像（高斯像）、物像共轭的概念，掌握近轴光路计算的公式：近轴条件，阿贝不变式、拉赫不变量，三种放大率及成像特性分析。
（包括单个折射球面和单个反射球面两种情况）(3)单个球面元件——共轴球面光学系统：理解二者的关系及相关概念，明确物体经光学系统成像是物点发出的光线经光学系统逐面折、反射的结果；理解并掌握共轴球面系统在近轴区的过渡公式、拉赫不变量、成像放大率的公式。
第二章理想光学系统8.理解理想光学系统、物像共轭的定义，理解共轴理想光学系统的成像性质，结合第（3）点体会理想光学系统中三对基点（面）的提出，对成像位置的确定有何意义？9.基点和基面：(1) 理解各基点（面）的定义，其物像共轭点（面）分别是什么？(2) 理解各基点（面）的性质，特别是物点位于其上时，成像性质，如垂轴放大率、角放大率有何特殊性？对应什么物理意义？理想光学系统两焦距之间的关系？(3) 掌握其在图解法求像中的应用。
（结合8中最后一问理解11中解析法求像的理论依据）(4) 特例：物像空间介质相同（折射率相同）时：一对节点与主点重合；物、像两方焦距的绝对值相等。
应用光学各章知识点归纳
应用光学各章知识点归纳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nn 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：12arcsinn 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。
应用光学复习
反射率和透射率
sin 2 (1 2 ) Rs rs2 sin 2 (1 2 ) tan 2 (1 2 ) R p rp2 tan 2 (1 2 )
n2 cos 2 2 sin 21 sin 2 2 Ts ts n1 cos1 sin 2 (1 2 ) n2 cos 2 2 sin 21 sin 2 2 Tp tp n1 cos1 sin 2 (1 2 )cos 2 (1 2 )
因此，光纤不能有效地传递光能。通常将n0sinφm称为光纤的数值孔径
(NA)，显然，数值孔径表示式为
2 NA n12 n2
n1 n2 2n n 1
2 1
n1 2
n1 n2 n1
例一：一束自然光以布儒斯特角由空气入射到 玻璃(n=1.52)上，试求反射率和透射率及反射光 和透射光的偏振度。
E E0e i ( t kz )
单色球面波 A1 i ( t kr ) E e r 复色波
E eE0 cos( t kz )
A1为离开点光源单位距离处的振幅值。
A1 e ikr E r
E E0 l cos(l t kl z )
l 1
N
频率谱 单色波
rp tp
E0 rp E0 ip E0 tp E0 ip
n2 cos1 n1 cos 2 tan(1 2 ) n2 cos1 n1 cos 2 tan(1 2 )
2n1 cos1 2cos1 sin 2 n2 cos1 n1 cos 2 sin(1 2 )cos(1 2 )
干涉图样相对于ΔR=0的情况，沿着y方向发生了平移。
2011应用光学-期末复习(3)
2、解析法公式 、
1）牛顿公式： xx ′ = ff ′ ）牛顿公式： 2）高斯公式： ）高斯公式：
f′ f + =1 l′ l
y′ f x′ β = =− =− y x f′
n′ 2 α= β n
γ =
n 1 n′ β
β =
y′ f l′ =− y f′ l
′ ′ ★ 系统两焦距之间的关系： f = − n 系统两焦距之间的关系： f n
3、费马原理、马吕斯定律（了解内容） 、费马原理、 了解内容）
二、成像
1、完善像的定义及完善成像条件（3种表述） 、完善像的定义及完善成像条件（ 种表述 种表述） 2、光路中的基本概念与符号规则 、
三、光路计算及公式
1、光路计算的思路： 、光路计算的思路：
a. 球面 球面——平面 (r = ∞) 平面
γ=
u′ 1 =− u β
nuy = n′u ′y ′ = J
J = uy = −u′y′
利用三种放大率分析成像特性 成像特性： ★ 利用三种放大率分析成像特性： 如β 。
共轴球面系统的过渡公式 d. 共轴球面系统的过渡公式
ui+1 = ui′ yi+1 = yi′ ni+1 = ni′ li+1 = li′ − di hi +1 = hi − diui′ (i = 1,2,L, k −1)
2、视场光阑：入射窗、出射窗 、视场光阑：入射窗、
作用：限制成像范围。 作用：限制成像范围。 方视场角： 射窗两边缘对入瞳中心的张角。 物（像）方视场角：入（出）射窗两边缘对入瞳中心的张角。
3、渐晕光阑: 轴外物点发出的充满入瞳的光束，部分光线被其他光孔阻 、渐晕光阑 轴外物点发出的充满入瞳的光束 充满入瞳的光束，
应用光学总复习
匹兹凡和：以正负光焦度分离来校正
★像质评价 几何像差（像差曲线）、波像差(最大剩余波像差为最小的离焦原则)、 点列图、分辨率、光学传递函数
1. 做完题检查结果是否有可能性 例如，摄影系统景深若干mm不可能，显微系统景深过大不可能 放映系统像面照度零点几勒克斯不可能，摄影光圈数0.08不可能 玻璃折射率低于1.4或高于2不可能 2. 注意公式的适用范围 摄影系统景深与显微镜系统景深公式不同； 2 f ' 1 适用于孔阑在 L (2 ) f ' 适用于接触薄系统 xp ' e 物镜后焦面上 望远镜正常放大率和显微镜有效放大率勿混淆 3. 利用物像关系熟悉经典光学系统的一些特点 显微镜：物镜满足齐焦条件，当L一定，高倍时，l 小，l’大，低倍反之 分辨率、出瞳、数值孔径、景深与倍率的关系（理解） 望远镜：若筒长一定，Γ大，则 fo’大，fe’小，D大 当D一定，Γ大，则D’小 相对主观亮度：当D一定时 (t / e ) 到 D’ De时，为定值 若D’ De，则 2
主光线 下光线 辅轴 子午轴外球差
T
弧矢轴外球差
宽光束像散△X’ 宽光束弧矢场曲Xs’ 1 2 3 1’ 2’ 3’ C
细光束子午场曲xt’ 宽光束子午场曲Xt’ T T0 B’(B3’ B)0’ D B2’ (S0)
A B
S B1’
A0 ’
五、光束限制——本部分应与经典光学系统相结合复习
★孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 ★拦光，渐晕，渐晕光阑，渐晕区，无渐晕条件 ★系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 ★对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 ★物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴
应用光学总复习与习题解答
总复习第一章 几何光学的基本定律 返回内容提要有关光传播路径的定律是本章的主要问题。
折射定律(光学不变量)及其矢量形式反射定律(是折射定律当时的特殊情况)费马原理(极端光程定律)，由费马原理导出折射定律和反射定律(实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例第二章 球面与球面系统 返回内容提要球面系统仅对细小平面以细光束成完善像基本公式：阿贝不变量放大率及其关系：拉氏不变量反射球面的有关公式由可得。
第三章 平面与平面系统返回内容提要平面镜成镜像夹角为 α 的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔关键问题：坐标系判断，奇次反射成像像，偶次反射成一致像，并考虑屋脊的作用。
第四章 理想光学系统返回内容提要主点、主平面，焦点、焦平面，节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式：当时化为，并有三种放大率，，拉氏不变量，，厚透镜：看成两光组组合。
＋＋组合：间隔小时为正光焦度，增大后可变成望远镜，间隔更大时为负光焦度。
－－组合：总是负光焦度 ＋－组合：可得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统，其中负弯月形透镜可在间隔增大时变 成望远镜，间隔更大时为正光焦度。
第五章 光学系统中的光束限制 返回内容提要本部分应与典型光学系统部分相结合进行复习。
孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 拦光，渐晕，渐晕光阑 系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴第六章 光能及其计算 返回内容提要本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。
辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率 发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系 光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失， 通过光学系统的光通量，像面照度总之,第七章 典型光学系统 返回内容提要本章需要熟练掌握各类典型光学系统的成像原理、放大倍率、光束限制、分辨本领以及显微镜与照明 系统、望远镜与转像系统的光瞳匹配关系，光学系统的外形尺寸计算。
应用光学【第二章】复习
第二章共轴球面系统的物像关系本章内容：共轴球面系统求像。
由物的位置和大小求像的位置和大小。
φ U ˊ - UO C A A ˊ n n ˊ P- LrL’II’Q1. 符号规则反射情形看成是折射的一种特殊情形：n’= －n把反射看成是n’= －n 时的折射。
往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形，只需将n’用－n代入即可，无需另行推导。
（1） 物像位置关系式rn n l n l n -=-'''2. 近轴光学的基本公式（2） 物像大小关系式这就是物像大小的关系式。
利用公式就可以由任意位置和大小的物体，求得单个折射球面所成的近轴像的大小和位置。
对由若干个透镜组成的共轴球面系统，逐面应用公式就可以求得任意共轴系统所成的近轴像的位置和大小。
l n nl y y '''==β3. 共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点近轴光学基本公式的缺点：物面位置改变时，需重新计算，若要求知道整个空间的物像对应关系，势必要计算许多不同的物平面。
已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共轭点来求得。
光学系统的成像性质可用这些基面和基点求得最常用的是一对共轭面和轴上的两对共轭点。
（1） 放大率β=1的一对共轭面——主平面rn n l n l n -=-'''l n nl y y '''==β不同位置的共轭面对应着不同的放大率。
放大率β=1的一对共轭面称为主平面。
物平面称为物方主平面，像平面称为像方主平面。
两主平面和光轴的交点分别称为物方主点和像方主点，用H 、H’表示，H 和H’显然也是一对共轭点。
主平面性质：任意一条入射光线与物方主平面的交点高度和出射光线与像方主平面的交点高度相同（2）无限远轴上物点和它所对应的像点F’——像方焦点rn n l n l n -=-''' 当轴上物点位于无限远时，它的像点位于F’处。
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第五章1. 光阑的基本概念光学系统中限制成像光束的元件称为光阑2. 视场光阑决定物平面上或物空间中成像范围大小的光阑3. 入窗、出窗及其求解方法入窗：视场光阑经它前面的光学元件在系统的物空间所成的像, 称为系统的入射窗，简称为入窗。
入窗限制了物方空间的成像范围，即物方视场:视场光阑通过它后面的光学元件在系统的像空间所成的像， 称为系统的出射窗，简称为出窗。
出窗限制了像方空间的成像范 围,即像方视场 孔径光阑为无限小时：将系统除孔径光阑外的所有光阑都经前面的光学元件成像到系统 的物空间去，其中对入瞳中心张角最小的那个光阑的像即为系统将系统中除孔径光阑外的所有光阑都经它后面的光学元件成像到系统的像空间去，对出瞳中心张角最小的那个即为出窗，与之共 辄的即为视场光阑。
4. 孔径光阑——P89孔径光阑：限制轴上物点成像光束立体角。
孔径光阑决定了轴上点发出的平面光束的立体角，所以又叫做有 效光阑。
5. 入瞳入瞳：又称入射光瞳，是系统的孔径光阑通过在它前面的光学系 统在物空间的像。
入瞳限制了轴上点物方孔径角的大小。
即它决定了能进入系统的 最大光束孔径，它也是物面上各点发出的成像光束进入系统的公 共入口。
6. 出瞳出瞳：也称出射光瞳，是系统的孔径光阑经它后面的光学元件在 像空间成的像。
出瞳决定了轴上像点的像方孔径角的大小。
即它决定了成像光束 在像空间的最大孔径，它是系统成像光束的公共出口。
Tip 的入 与之共辄的即为视场光阑。
7. 三种经典光学系统的光阑(1 )照相系统的光阑孔径光阑的位置对选择光束的作用就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑位于A或者A，的位置，情况并无差别。
对轴外点的成像光束来说，孔径光阑的位置不同，参与成像的轴外光束不一样，轴外光束通过透镜L的部位也不一样，需要透过全部成像光束的透镜口径大小也就不一样。
光阑位置的变动可以影响轴外点的像质。
从这个意义上来说, 孔径光阑的位置是由轴外光束的要求决定的。
应用光学复习 第一章
复习课件 第一章 祝同学们考 试顺利
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波动说
• 其认为
Wave theory
• 代表人物 – 胡克（R. Hooke） – 惠更斯（C. Huygens）提出的。 – 光是一种波动，光的传播不是微粒的运动， 而是运动能量按波的形式迁移的过程。 – 波动说能更简单地解释光的反射、折射现象。 – 遗憾的是由于把光现象看成某种机械运动过程，认 为光是一种弹性波，因而必须臆想一种特殊的弹性介 质（以太ether）充满空间，这种介质应密度极小和弹 性模量极大。这些均无法实验验证。
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5.费马原理 • 几何光学的三个基本定律，说明了光从一点传
播到另一点的传播规律，而费马原理则从光程 的角度阐述光的传播规律
• 费马原理，不是建立在实验基础上的定律，也
不是从数学上导出的定理，而是一个最基本的 假设。
• 费马原理是几何光学中光传播的理论基础。很
多定律和对事物总图像的描述，均可由其得到 正确的结果，但不是一种计算工具。
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•
波前 wave front 波前：某一瞬间波动所到达的位置构成的曲面 波面：传播过程中振动相位相同的各点所连结成的曲面 在任何的时刻都只能有一个确定的波前；波面的数目则是 任意多的 球面波：波面为球面的波，点光源 平面波：无穷远光源 柱面波：线光源
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• 光线：传输光能的有方向的几何线
2.几何光学的适用条件 • 光学系统的尺度远大于光波的波长 • 介质是均匀和各向同性的
• 几何光学(Geometrical Optics)又叫射线光 学，是光学的重要组成部分，也是光学的基础。 • 它采用几何方法研究光在均匀介质中的传播 及应用，不涉及光的本质问题。 • 其基础是光波长趋于零(λ<<a, a为物体尺度)。
应用光学第四章复习进程
应⽤光学第四章复习进程应⽤光学第四章本章要点1. 理想光学系统原始定义2. 理想光学系统的焦点、焦平⾯、主点、主平⾯3. 理想光学系统的节点4. 理想光学系统的物像位置关系，⽜顿公式和⾼斯公式5. 理想光学系统物⽅焦距与像⽅焦距的关系6. 理想光学系统的拉⽒不变量7. 理想光学系统的光焦度及其与焦距的关系8. 理想光学系统的垂轴放⼤率、沿轴放⼤率和⾓放⼤率及其关系9. ⼏个特殊位置的三种放⼤率10. 理想光学系统的作图法11. 理想光学系统的组合：作图法和计算法12.远距型和反远距型理想光学系统模型13. 多光组组合，正切计算法，截距计算法14. 各光组对总光焦度得贡献15. 焦距仪基本原理16. 望远镜系统的理想光学系统模型17. 视觉放⼤率概念18. 望远镜与其他光组的组合19. 薄透镜成像原理20. 厚透镜的基点和基⾯及其与光组组合的关系引⾔单个折射球⾯（或反射球⾯）单薄透镜对细⼩平⾯以细光束成完善像实际光学系统对具有⼀定⼤⼩的物（视场）以宽光束（孔径）⼀个光学系统必须由若⼲元件组成，经反复精密计算，使其成像接近完善。
开始时，⾸先将系统看成是理想的§4-1 理想光学系统及其原始定义[返回本章要点]理想光学系统——像与物是完全相似的物空间像空间点——>共轭点直线——>共轭直线直线上的点——>共轭直线上的共轭点理想光学系统理论——⾼斯光学§4-2 理想光学系统的基点和基⾯⼀、焦点F，F’与焦平⾯[返回本章要点]物⽅⽆穷远A F’: 后焦点，像⽅焦点轴上物点 F A’( 处）F：前焦点，物⽅焦点A→ F’:物⽅⽆穷远垂轴平⾯的共轭平⾯为通过 F’的垂轴平⾯（后焦平⾯，像⽅焦⾯）F’→A：像⽅⽆穷远垂轴平⾯的共轭平⾯为物⽅过 F 的垂轴平⾯（前焦平⾯，物⽅焦⾯）注意：这⾥F与F’不为共轭点，A与A’也不为共轭点⼆、主点H，H’和主平⾯[返回本章要点]延长 TE1，FS1交于Q H，H’亦为⼀对共轭点延长 SkR，EkF’交于Q’点H,H'——物（像）⽅主点，前（后）主点，QH,Q'H'——物（像）⽅主⾯，前（后）主⾯，且HQ与H'Q'共轭,β = 1，物、像⽅主⾯是⼀对β=1的物像共轭⾯光学系统总包含⼀对主点（主平⾯），⼀对焦点（焦平⾯），前者是⼀对共轭点（⾯），后者不是像⽅焦距，后焦距物⽅焦距，前焦距只要⼀对主点、⼀对焦点的相对位置⼀定，⼀个光学系统的理想模型就定了。
光学复习提纲
光学复习提纲一、光的直线传播1.光在同一种均匀介质中是沿直线传播的2.光速光在真空中的转播速度为c =3.00×108m/s 。
光在不同介质中的传播速度是不同的。
根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c 。
二、反射 平面镜成像1.像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。
2.光路图作法根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。
三、折射与全反射1.折射定律折射定律的各种表达形式： (θ1为入、折射角中的较大者。
)021sin 1sin sin C v c n ='===λλθθ折射光路也是可逆的。
2.各种色光性质比较可见光中，红光的折射率n 最小，频率ν最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v 最大，波长λ最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C 最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。
以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。
4.光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。
光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。
光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。
这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。
应用---蜃景、光导纤维。
四、棱镜1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。
入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。
（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。
）作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平行）。
由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大。
）4.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。
选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o （右图1）或180o （右图2）。
应用光学复习提纲-超详细
《应用光学》总复习提纲第一章★1、光的反射定律、折射定律I1 = R1；n1sinI1=n2sinI22、绝对折射率介质对真空的折射率。
通常把空气的绝对折射率取作1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率”。
★3、光路可逆定理假定某一条光线，沿着一定的路线，由A传播到B。
反过来，如果在B点沿着相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从B传播到A。
★4、全反射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。
发生全反射的条件可归结为:（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于临界角。
(什么是临界角？)★5、正、负透镜的形状及其作用正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。
负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。
★7、物、像共轭对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。
例1：一束光由玻璃（n=1.5）进入水中(n=l.33)，若以45°角入射，试求折射角。
解：n1sinI1=n2sinI2n1=1.5; n2=l.33; I1=45°代入上式得I2=52.6°折射角为52.6°第二章★1、符号规则；2、大L公式和小l公式★3、单个折射球面物像位置公式例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜前300mm 处，像在镜前90mm 处，求球面反射镜的曲率半径。
n ′l ′－n l=n ′－n r l =-300mm ，l ′=-90mm求得r=-138.46mm由公式解：由于凹球镜浸没在水中，因此有n ′=-n=n 水★4、单个球面物像大小关系例：已知一个光学系统的结构参数：r = 36.48mm ；n=1；n ′=1.5163；l = -240mm ；y=20mm ；可求出：l ′=151.838mm ，求垂轴放大率β与像的大小y ′。
应用光学总结复习1
R 2
1 r 0.5m R
1 f 0.5m 2
1 1 1 (n 1)( ) f r1 r2
r 750m m 1 r2 187.5m m
一个人的近视程度是－2D，调节范围是8D， 求：远点距离，近点距离，配戴 100度的近 视镜求该镜的焦距及戴上后看清的远点距离 和近点距离。
设h1=10
h1 tanu1 0.2857143 f1
h2 h1 d tanu1 14.28571
h2 tanu2 tanu1 0.2857143 f2
h1 h2 f 35 lF 50 tanu2 tanu2
7 理想光学系统的组合
250 200 250 8 10 200
f 望远镜 f 显微镜
§3-4 眼睛缺陷和目视光学仪器的视度调节
objective eyepiece Fe’
f ’o
-f e
Fe’
Fe’
2．有一放映机，使用一个凹面反光镜进行聚光照明，光
源经过反光镜反射以后成像在投影物平面上。光源长为
10 mm，投影物高为40 mm，要求光源像等于投影物高； 反光镜离投影物平面距离为600 mm，求该反光镜r ?
10 -600
-40
y ' l 'r nl ' n n y l r n' l
(2.10)
h2 h1 d1u1
(2.14)
3 近轴单球面物象基本公式
n' n n'n 位置关系式： ( 2.12 ) l' l r
h lu l u
h n' u' nu n'n ( 2.11) r
物理光学与应用光学复习提纲
物理光学与应用光学复习提纲851物理光学与应用光学复习提纲一、考试总体要求与考试要点1．考试对象考试对象为具有全国硕士研究生入学考试资格并报考西安电子科技大学技术物理学院[080300]光学工程、[085202]光学工程专业的考生。
2．考试总体要求要求学生熟练掌握物理光学和应用光学方面的基础理论、基本概念和基础知识；并具备运用所学理论解决基本实际光学问题的能力。
要求学生能从光的电磁理论出发，掌握光在传播过程中所发生的各种现象的规律及其应用。
3．考试范围考试内容包括：光的电磁理论基础，光的干涉，光的衍射，光在各向异性介质中的传播特性，晶体的感应双折射，光的吸收、色散和散射，几何光学基础，理想光学系统，光学系统像差基础和光路计算，光学仪器的基本原理。
4．考试要点（一）光的电磁理论基础1.光波的特性：光波场的数学表示，光波的能量，光波的速度。
2.光波的特性：光波场的时域、空域频谱。
3.光波的特性：光波场的横波性、偏振态及其表示。
4.光波在界面上的反射和折射：反射定律和折射定律，菲涅耳公式。
5.光波在界面上的反射和折射：反射率和透射率，反射和折射的相位、偏振特性，全反射特性。
（二）光的干涉1.产生干涉的基本条件。
2.双光束干涉：分波面法双光束干涉（杨氏双缝，菲涅耳双棱镜，菲涅耳双面镜和洛埃镜）。
3.双光束干涉：分振幅法双光束干涉（平行平板产生的等倾干涉，楔形平板产生的等厚干涉，牛顿环）。
4.平行平板的多光束干涉。
5.光学薄膜特性及其处理方法：单层膜，多层膜，多层高反射膜。
6.典型的干涉仪和干涉滤光片的工作原理和应用。
7.光的相干性。
（三）光的衍射1.光衍射的基本理论：惠更斯-菲涅尔原理，基尔霍夫衍射理论，基尔霍夫衍射公式的近似—菲涅尔近似和夫朗和费近似。
2.夫朗和费衍射：矩形孔衍射，圆孔衍射，单缝衍射，多缝衍射，巴俾涅原理。
3.光学成像系统的分辨本领：瑞利判据，各种光学成像系统的分辨本领。
4.菲涅耳衍射：圆孔和圆屏的菲涅尔衍射，菲涅耳直边衍射，菲涅尔波带分析法，振幅矢量加法。
应用光学总复习54005
其符号规则为： 由入射线以锐角转向出射线，顺时为正，逆时为负
P
最小偏向角
sin
m
2
n
sin
2
(3
23)
F
B
I1
D I '2
A
C I '1
I2 n
E
二、光楔及其应用
光楔：折射棱镜的折射角非常小的情况下的特例
P
A
B
当光线垂直入射或者接近垂直入射的时候，光楔偏向角为
n 1(3 25)
B
C
A
0
y' '
y
le '
ye'
y
' i
yi' L L (7 12)
ye'
视觉放大率：用仪器观察物体时，物体的像对人 眼张角的正切值与人眼直接观察物体时，物体对
人眼张角的正切值之比 tan ' (7 13) tan
y' ' y
l '
P'
F' f'
放大镜的视觉放大率 f ' l ' D (7 14) P ' l ' f '
y ' nl ' (1 28)
y n'l
a、若β>0，即y’与y同号，表示成正立像；反之， 成倒立像 b、若β>0，即l’与l同号，表示物象虚实相反；反 之，虚实相同 c、 若|β|>1，则|y’|>|y|，表示成放大的像；反 之，成缩小的像
反射面
n' n
三、共轴球面系统
物像转换：前像后物
A和B、当两个光楔同向平行放置的时候，产生的偏向 角最大； C当两个光楔反向平行放置的时候，产生的偏向角为零
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《应用光学》总复习提纲第一章★1、光的反射定律、折射定律I1 = R1；n1sinI1=n2sinI22、绝对折射率介质对真空的折射率。
通常把空气的绝对折射率取作1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率”。
★3、光路可逆定理假定某一条光线，沿着一定的路线，由A传播到B。
反过来，如果在B点沿着相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从B传播到A。
★4、全反射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。
发生全反射的条件可归结为:（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于临界角。
(什么是临界角？)★5、正、负透镜的形状及其作用正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。
负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。
★7、物、像共轭对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。
例1：一束光由玻璃（n=1.5）进入水中(n=l.33)，若以45°角入射，试求折射角。
解：n1sinI1=n2sinI2n1=1.5; n2=l.33; I1=45°代入上式得I2=52.6°折射角为52.6°第二章★1、符号规则；2、大L公式和小l公式★3、单个折射球面物像位置公式例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜前300mm 处，像在镜前90mm 处，求球面反射镜的曲率半径。
n ′l ′－n l=n ′－n r l =-300mm ，l ′=-90mm求得r=-138.46mm由公式解：由于凹球镜浸没在水中，因此有n ′=-n=n 水★4、单个球面物像大小关系例：已知一个光学系统的结构参数：r = 36.48mm ；n=1；n ′=1.5163；l = -240mm ；y=20mm ；可求出：l ′=151.838mm ，求垂轴放大率β与像的大小y ′。
11518380417215163240041722083448nl'..n'l .()y'y ..mm ββ⨯===-⨯-=⋅=-⨯=-解：解：★、主平面、物方主平面、像方主平面不同位置的共轭面对应不同的放大率，对应放大率β=1的一对共轭面即为主平面。
其物平面为物方主平面，像平面为像方主平面。
★4、像方焦点、像方焦距、 物方焦点、物方焦距物点位于无限远时，它的像点位于F ′处，F ′称为“像方焦点”。
从像方主点H ’到像方焦点F ’之间的距离称为像方焦距。
物方焦点、物方焦距…… 5、单个折射球面的物方焦距公式6、单个折射球面的像方焦距公式7、物方焦距和像方焦距的关系y'nl'y n'lβ==nr f n'n=--n'r f 'n'n=-f 'n f n'=-8、单个反射球面焦距★ 9、作图法求AB 的像。
典型光线的性质：（1）平行于光轴入射的光线，经过系统后过像方焦点。
（2）过物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴。
（3）倾斜于光轴的平行光线，经过系统后交于像方焦平面上某一点。
（4）自物方焦平面上一点发出的光束经系统后成倾斜于光轴的平行光束。
（5）共轭光线在主平面上的投射高度相等，即一对主平面的横向放大率为＋1。
（6）光轴上的物点其像必在光轴上。
（7）过主点光线方向不变。
★10、以焦点为原点的牛顿公式★11、以主点为原点的高斯公式★12、物像空间不变式J = n u y = n ′u ′y ′★13、节点定义和节点的性质★14、无限远物体理想像高的计算公式y ′=-f ′tg ω2r f 'f ==15、理想光学系统的组合；在同一介质内：；2ω=第三章★1、远点、近点当肌肉完全放松时（通过调节），眼睛所能看清的最远的点称为远点，其相应的距离称为远点距。
当肌肉在最紧张时（通过调节），眼睛所能看清的最近的点称为近点，其相应的距离称为近点距。
★2、视度的表示与视网膜共轭的物面到眼睛的距离l（米）的倒数，用SD表示。
如，明视距离处，l =-250mm，SD=-4。
★3、放大镜的视放大率公式Γ=250/f′★4、显微镜的总视放大率等于物镜的垂轴放大率与目镜的视放大率的乘积。
Γ=β物·Γ目★5、望远镜的视放大率公式：Γ=-f物′/f目′★6、伽利略望远镜是由正物镜和负目镜组成，这种望远镜没有中间实像面，无法安置分划板。
★7、开普勒望远镜的物镜和目镜都是正透镜，这样就克服了伽利略望远镜中间没有实像的缺点。
可以安装分划板。
★8、正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远点应在无限远（r = 0），像方焦点F′正好和视网膜重合。
★9、近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处。
像方焦点位于视网膜的前面。
因此，只有眼前有限距离处的物体才能成像在视网膜上。
配上适当的负光焦度眼镜后，即可使无限远物体成像于眼睛的远点上，然后再经眼睛成像于网膜上，因而眼镜矫正了眼睛的缺陷。
★10、远视眼就是其远点在眼睛之后。
像方焦点位于视网膜的后面。
因此，射入眼睛的光束只有是会聚时，才能正好聚焦在视网膜上。
需以正透镜来使其远点恢复到无限远。
第四章1、单平面镜的成像特性：①平面镜能使整个空间任意物点理想成像；物点和像点对平面镜而言是对称的；②物和像大小相等，但形状不同；物空间右手坐标，像空间左手坐标；物平面逆时针转动，像空间顺时针转动，形成“镜像”。
③当保持入射光线方向不变，而使平面镜绕与入射面垂直的轴线转动一个α角时，反射光线转动2α角。
2、为了使棱镜和共轴球面系统组合后，仍能保持共轴球面系统的特性，必须对棱镜的结构提出一定的要求：a．棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平行。
b．如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必须和棱镜的入射及出射表面相垂直。
3、展开方法——利用棱镜反射面的性质，将转折的光路拉直。
即：在棱镜主截面内，按反射面的顺序，以反射面与主截面的交线为轴，依次使主截面翻转180°，便可得到棱镜的等效平行平板。
★4、屋脊面的作用：在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，使系统总的反射次数由奇数变成偶数，从而达到物像相似的要求。
5、例6、第五章1、孔径光阑——限制进入光学系统成像光束口径的光阑2、视场光阑——限制成像范围的光阑3、出瞳——孔径光阑在系统像空间所成的像称为“出瞳”4、出瞳距离——出瞳离开系统最后一个表面的距离称为“出瞳距离”5、入瞳——孔径光阑在物空间的共轭像称为“入瞳”★6、望远镜中的孔径光阑和视场光阑分划板框就起到了照相机中底片框的作用，限制了系统的视场，它就是系统的“视场光阑”。
无论是轴上像点或者是轴外像点，成像光束的口径都是由物镜框确定的。
因此，物镜框就是系统的“孔径光阑”。
★7、显微镜系统中成像光束的口径由物镜框限制，物镜框就是孔径光阑，位于目镜物方焦面上的圆孔光阑或分划镜框限制了系统的成像范围，成为系统的视场光阑。
8、“物方孔径角”和“像方孔径角”显微镜物镜成像光束的大小用轴上点光束和光轴的最大夹角u和u′表示，u称为“物方孔径角”，u′称为“像方孔径角”。
★9、显微物镜数值孔径，用NA表示。
NA=nsinUmax=nu10、显微镜物镜数值孔径与视放大率的关系：★11、为了消除由于像平面位置的误差引起的测量误差，在物镜的像方焦平面上加入一个光阑作为系统的“孔径光阑”。
由于入瞳在无限远处，物方主光线平行于光轴的光学系统，故称为物方远心光路。
★12、孔径光阑（或入瞳）安置在整个系统的物方焦平面上，以消除由于像平面和标尺分划刻线面不重合而造成的测量误差。
这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心，因此称为像方远心光路。
★13、能在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。
14、例，150倍显微镜的目镜焦距为20 mm，显微镜的视场光阑直径为20mm。
求显微镜的线视场等于多少？利用求出Γ目→求出β；β=y′/y →求出y；线视场的定义（第五章）2ω=第八章1、光学系统所成的实际像与理想像之间的差异就是像差。
★2、归纳一下七种像差中轴上像差有哪些，轴外像差有哪些。
3、各类光学系统分辨率的表示方法望远镜分辨率★照相系统分辨率★显微镜物镜分辨率★4、MTF曲线的空间频率用像空间每毫米的线对数表示（线对/毫米）。
MTF值是一个界于0到1之间的数值。
这个数值（越接近1），说明这个镜头还原真实的能力越强。
例1:有一照相物镜，相对孔径为l：2，问该照相物镜的目视分辨率多大？例2：有一架显微镜，NA=0.2，问显微镜物镜的理想分辨率多大(假定波长为550nm)?第九章★1、望远物镜的光学特性主要有三个：焦距f 物′、相对孔径D/f 物′，和视场2ω。
′①焦距f物望远镜物镜的焦距和系统的视放大率的关系：②相对孔径：入瞳直径D和物镜焦距f物′之比D/f物′③视场:一般望远镜物镜的视场都不大，通常不超过10°～15 °。
2、常用的望远镜物镜的结构：⑴折射式望远物镜⑵反射式望远镜物镜⑶折反射式望远镜物镜★3、目镜的光学特性主要有三个：像方视场角2ω′；相对出瞳距离l z′/f目′；工作距离S。
①一般目镜的视场为40°～50°，广角目镜的视场为60°～80°，90°以上的目镜称为超广角目镜。
双眼仪器的目镜视场不超过75°。
②目镜的出瞳距离l z′和目镜焦距f目′之比称为相对出瞳距离。
一般目镜的相对出瞳距离为0.5～0.8，有些目镜的相对出瞳距离达到1以上。
③目镜第一面顶点到物方焦平面的距离称为目镜的工作距离。
4、目镜型式：8种5、显微镜的光学性能主要有视放大率、线视场、出瞳直径、出瞳距离和工作距离等。
6、适用放大率 500NA＜∣Γ∣＜1000NA★7、线视场——线视场是指被观察物体的最大尺寸，它表征了显微镜的观察范围。
8、出瞳直径与出瞳距离★9、工作距离——工作距离是指物镜第一个表面顶点到标本的距离（对无盖玻片的情况）。
10、显微镜物镜的分类：消色差物镜、复消色差物镜和平像场物镜三大类。
消色差物镜——对两条谱线校正轴向色差，能满足一般的显微观察需要。
根据倍率和数值孔径不同又分为低倍、中倍、高倍和浸液四种。
复消色差物镜——复消色差物镜是指校正二级光谱色差的物镜。
平像场物镜——校正场曲的显微物镜，可用于显微照相和CCD摄像。
第十章★1、在物距一定的情况下，欲得到大比例尺的照片，则必须增大物镜焦距。
★2、用于拍摄数千米甚至上万米的远距离照相机，必须采用长焦距为数百毫米甚至数米的照相物镜。