中科大应用光学课件第一章汇总

合集下载

应用光学_01

[例子]
不失普遍性，设光线垂直第一面入射，即： n i1 =0 i1=0 i2 = 运用折射定律，有：例图 sini 2= n sin i2 = n sin 则光线经过光楔后的偏角为： D=589.29nm = i 2 - i 2= sin-1(n sin - ) F=486.13nm 由于楔角很小，作sin ,则上式变为： C=656.27nm = (n – 1) 对于K9玻璃，nD=1.5163, nF=1.52195, nC=1.51389，设=1 则： D=30.98; F =31.32; C=30.83 ; FC=0.48, 此即为玻璃材料的色散。
质中的速度都比真空中的光速小。因此，用介质的折射率来描述介质中的光速相对于真空中的光速的减慢程度：
n c v
绝对折射率：介质相对于真空的折射率。在标准条件（大气压强
P = 101275Pa = 760mmHg，温度t = 293K=20℃）下，空气的折射率n空气
=1.000273，与真空的折射率非常接近。也常把介质相对于空气的相对折射率作为该介质的绝对折射率，简称折射率。
矢量形式的折反射定律

对于任意方向的光线或复杂界面时，应用矢量形式的折、反射定律更方便。
设A0、A0和N分别为沿入射/折射光线和法线的单位矢量。根据折射定律，应有： A0 A0 n(A0N)= n(A0N) 展开并记A=nA0, A=nA0，则： I N AN = AN 或： (A-A)N = 0 (A- A)与N都不可能为零，故两矢量必定平行，即有： A- A=pN (p为待定常数) 两边同时与N作点积： p= NA- NA = ncosI-ncosI n>n：p>0,则A-A与N同向//； n<n：p<0,则A-A与N反向//

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。

理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。

应用光学讲课-1

Germanium, Silicon, Znse, Gaas 等,
折射率高，能力强
红外光学系统的像差特点:
波长长，材料折射率高，校正像差的能力强，容易达到衍射极限要求的能量高，相对孔径大，结构比较简单，透镜片数少，经常采用反射式
红外光学系统的特点:
-9-
可见光：400-760nm 单色光：同一种波长复色光：由不同波长的光波混合而成
1, 2
n 1, 2 =
n2 n1
有
=
n2
n1
或
n1 Sin I1 = n2 Sin I2
-29-
Exercise: judge how the ray is refracted
I1 Air n=1 Water n=1.33 I2
I1
Glass n=1.5
Air n=1
-30-
I1
c
Air, n lower Glass, n higher Air, n lower
-3-
第一节
光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
-4-
光的本质是电磁波
光的传播实际上是波动的传播
物理光学：
研究光的本性，并由此来研究各种光学现象几何光学：研究光的传播规律和传播现象
-5-
可见光：波长在ห้องสมุดไป่ตู้00-760nm范围红外波段：波长比可见光长紫外波段：波长比可见光短
对于不均匀介质
可看作由无限多的均匀介质组合而成，光线的传播，可看作是一个连续的折射直线传播定律反射定律折射定律几何光学的基本定律
-23-
第三节
折射率和光速

应用光学第一章

光的直线传播图例
当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。
例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。
2．的独立传播定律
3．光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。
全反射现象
TEXT
TEXT
TEXT
返回
全反射的应用举例
全反射棱镜
全反射的应用举例
（2）光纤的全反射传光
全反射光纤
返回
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。
它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为
返回
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律：
二、几何光学的基本定律
的直线传播定律
各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。
虚物和虚像
物方光线延长线交点
像方光线反像延长线交点
B’
A
返回
物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。
像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。

应用光学第1章3

1. 近轴范围和近轴光线
一个普通照相机镜头的结构
近轴范围
1 2 z = ch 2
近轴光线
入射到近轴球面上并与光轴(z轴)的夹角很小的光线称为近轴光线。设近轴光线与光轴的夹角为θ，θ值足够小的限定是允许采取sinθ≈θ， tanθ≈θ，cosθ≈1的近似。
一、基本概念与符号规则
1. 概念
2. 符号规则
2.单个近轴球面的性质
2.单个近轴球面的性质
1 1 n( − ) = n( − ) = n(u + i − u) = ni r l r l 1 1 h h n' ( − ) = n( − ) = n(u'+i'−u' ) = n' i' r l' r l' 因 ni = n' i' 为 1 1 1 1 所 , n( − ) = n' ( − ); 以 r l r l' 等变后得式换可： n n' n − n' − = l l' r n'−n h = (n'−n)(u + i) r = n' u − nu + n' i − ni = n' u − nu + n' i − n' i' = n' (u + i − i' ) − nu = n' u'−nu
n' n n'−n 1.75 1 1.75 −1 − = 有 − = l' l r l' − 50 25 1.75 0.75 1 0.5 1 则 = − = = ; l' 25 50 50 100 ' 则 =175mm l ; 若 2 = −55mm 则 ' =148.1mm l ; l

应用光学【第一章】复习

光线在介质中所走过的几何路程和折射率的乘积称为光程。光程等于在相同的时间内，光在真空中传播的几何路程。
L ns
两个波面之间的所有光线的光程都相等。
理想成像的条件：等光程物点和像点间的所有光线的光程都相等。
n 1, 2 =
υ1
υ2
第一种介质的绝对折射率：
第二种介质的绝对折射率：
所以
n1 = n2 =
C
υ1
C
υ2
n 1, 2 =
n2
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
由 Sin I1 Sin I2 ＝n Sin I1 Sin I2
1, 2
n 1, 2 =
n2
n1
有
=
n2 n1
或
n1 Sin I1 = n2 Sin I2
应用光学讲稿
第四节
一、光路可逆 1、现象
光路可逆和全反射
A
B
应用光学讲稿
二、全反射 1、现象
空气
O1
I2
O2 O3 I0 O4
水
A
I1 R1
应用光学讲稿
2、发生全反射的条件
必要条件： n1>n2 由光密介质进入光疏介质充分条件： I1>I0 入射角大于全反射角
n2 sin I 0 n1
定介质来说是一个和入射角无关的常数。
Sin I1
Sin I2
= n1, 2
n1,2称为第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
第三节
折射率和光速
一、相对折射率与绝对折射率
1、相对折射率：
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率：
c 介质对真空或空气的折射率 n v

《应用光学》课件

超材料与光操控技术在隐身衣、光镊、光操控机器人等领域具有广泛的应用前景，如实现物体隐身、微纳粒子的精确
操控等。
目前，超材料与光操控技术的研究重点在于设计新型超材料、优化光操控效果、提高操控精度等方面，同时也在探索
其在生物医学、能源等领域的应用。
量子光学与量子信息
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的一门学科，而量子信息则是利用量子力学原理进行信息处理和传输的一门技术。
应用光学
目录
CONTENTS
• 应用光学概述 • 光学基础知识 • 光学仪器 • 光学系统设计与优化 • 现代光学技术 • 应用光学前沿研究
01 应用光学概述
应用光学的基本概念
应用光学的基本原理包括光的干涉、衍射、折射、反射、偏振等，以及光学材料、光学元件和光学系统的基本知识。
应用光学是研究如何将光学原理和技术应用于实际生活和工业生产中的一门学科。它涉及到光的产生、传播、变换、检测和应用，以及光学系统设计、光学仪器制造和光学信息处理等领域。
光学系统优化算法
优化目标
明确优化的目标，如减小系统像差、提高成像质量或增加光学信息量等。
优化方法
掌握常用的光学系统优化算法，如梯度优化、遗传算法、粒子群算法等。
算法实现
具备使用编程语言实现优化算法的能力，如Python、C等。
光学系统性能评估
性能指标
结果分析
ห้องสมุดไป่ตู้
了解光学系统性能的评价指标，如分辨率、对比度、信噪比等。
光学陀螺仪
利用光的干涉效应感知旋转角度变化，广泛应用于导航、航空、航天等领域。
全息显示技术
3D全息投影
利用全息技术将三维图像投影到空中，无需佩戴眼镜或头盔即可观看。

应用光学课件完整版

球面波，会聚为物体的完善象。
物象都有虚实之分：实物— 物方实际光线直接相交而成的点。虚物— 物方实际光线不能相交，延长线相交而成的点。实象— 象方实际光线直接相交的点。虚象— 象方实际光线不能直接相交，反向延长相交。物空间— 构成物的光线所处的空间。（实物、虚物）象空间— 构成象的光线所处的空间。（实象、虚象）
由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚交在一点A′，则A为物点， A′为物点A通过光学系统所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。
一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应；一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
1. 共轴球面系统的结构参量：各球面半径：r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔：d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率：n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
2. 转面公式
原则：前一折射面的象为后一面的物，前一面的象空间为后一面的物空间
n2 ＝ n1′， n3 ＝ n2′ …… nk ＝ nk-1′
3）在光学设计中有重要作用。为了设计出一定垂轴倍率的光学系统，在物方参数nuy固定的条件下，常通过改变像方孔径角u′的大小来改变y′的数值，使得y′与y 的比值满足系统设计的要求。
§ 2－3 共轴球面系统
探讨方法— 将光线的光路计算公式及放大率公式反复应用于各个折射面，分别求出各面的u、 u′、l 、 l′、 β、α、γ、y、y′J、J′、Q、 Q′。转面公式— 前后相邻面之间的基本量的转化关系。
反射定律可表示为 I I ''

应用光学第一章总结知识点

应用光学第一章总结知识点一、基本概念1. 光的本质光是一种电磁波，具有双重性质，既能像波一样传播，又能像粒子一样照射。

2. 光的特性光具有波长、频率、速度和偏振等特性，光的波长决定了它的颜色，频率决定了它的亮度，速度取决于介质的折射率，偏振决定了光的方向性。

3. 光的传播光在真空中的传播速度是光速，而在不同介质中传播的速度和方向都会发生变化。

光的传播遵循光线理论和波动理论。

4. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学现象的重要表现形式，它们揭示了光的波动性。

干涉是指两束波相遇时相互干扰的现象，衍射是指波通过孔隙或物体边缘时发生的扩散和弯曲。

5. 光的吸收和发射光与物质相互作用时会发生吸收和发射，物质的吸收和发射特性与光的波长有关。

二、光学元件1. 透镜透镜是光学系统的重要组成部分，它能够折射光线，使光线汇聚或发散。

透镜有凸透镜和凹透镜之分，可以用在光学仪器中进行成像。

2. 镜面镜面是能够反射光线的表面，具有平面镜、球面镜等形式。

镜面的反射特性与入射角和反射角有关，根据镜子的曲率不同，反射出的光线会发生聚焦或发散。

3. 棱镜棱镜是一种类似透镜的光学元件，它能够使光线发生色散，将不同波长的光线分散成不同的方向。

4. 光栅光栅是一种利用周期性的结构使光发生衍射的光学元件，它可以分解光线，用于光谱仪等领域。

5. 波片波片是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，常用于偏振光学和激光器件中。

6. 光阑光阑是一种用于控制光线传播的光学元件，它能够限制光线的传播范围，提高光学系统的分辨率。

7. 光学滤波器光学滤波器是一种通过选择性吸收或透射特定波长光线的光学元件，它可以应用于激光器件、摄像头和光学测量中。

8. 光学偏振元件光学偏振元件是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，包括偏振片、偏光镜和偏振棱镜等。

三、光学系统1. 成像系统成像系统是由透镜、镜面和光学滤波器等组成，它能够将物体上的信息投影到成像平面上，形成清晰的图像。