最新第一章:几何光学基本原理教学讲义PPT课件

合集下载

几何光学的基本原理课件1

几何光学的基本原理课件1

会聚薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法 --过物方某副焦点的入射光线
.F1
P.
. . O P’
F
21
发散薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法
. --过物方某副焦点的入射光线 F1
P. . O .
P’
F
22
• PA为从物点P发出的任一光线,与透镜交 于A点;
• 过透镜中心O作PA平行于的副轴OB’,与 象方焦平面交于点B’;
(2)平行于主轴的入射光线,反射后反射光线的反向延长线必过 主焦点F。上述二条光线反向延长线的交点即为像点。
单球面反射--轴上物点及任意光线的作图求象法 -平行于某副光轴的光线
P.
P’ F F’ C
.. +
O
.F1’
轴上物点成像
• 轴上物点成像 • (1)沿主轴的入射光线,反射后,沿原方向返
回。 • (2)平行于某一副光轴的入射光线,反射后,
与物方焦平面交于B点; • 作辅助线(副轴)BO,过A作与BO平行的
折 射 光 线 与 沿 着 主 轴 的 光 线 交 于 点 P’ , 就是物点P的象点。
19
同样,也可以利用象方焦平面及副轴作图 • 以上两种作图法,对凹透镜也同样适用,
只要注意凹透镜的象方焦平面在物空间, 物方焦平面在象空间
20
n n水 n水 n
n水 n n水
r 2
39cm
r
r
f
n水
n水 r 39cm
n n水 n水 n n n水 2
r
r
43
作图法求得象的位置为P′处:
P′
P O
F′
-s=20cm -s′
f′=39cm

第一章_几何光学的基本定律与成像的概念-PPT文档资料

第一章_几何光学的基本定律与成像的概念-PPT文档资料

1.1.1 光波
1、光波性质 性质:光是一种电磁波,
是横波。 可见光波,波长范围
390nm—780nm 光波分为两种: 1)单色光波―指具有单
一波长的光波; 2)复色光波―由几种单
色光波混合而成。如: 太阳光
1.1.1 光波
2、光波的传播速度v
1)与介质折射率n有关; 2)与波长λ有关系。
所以介质的折射率是针对某一特定波长提出的, 我们平时所说的介质折射率,
是对于可见光中心波长, λ约550nm的d光而言的。
1.1.2、光源
从物理学角度来看,能够辐射能量的物体成为 发光体,也就是光源。
当光源大小与辐射光能的作用距离相比可以忽 略,称为“点光源”。
在几何光学中,我们取发光物体上的某些特定 几何点来代表发光体,也称为“点光源”,人为 认为这些点无限小,能量密度无限大,实际上是 不存在这样的点光源的。
可以表示为: I = - I”
在不光滑的反射界面,反射定律还成立么?
1.2.3 折射定律
折射定律:入射光线、 折射光线、通过投射 点的法线三者位于同 一平面,且:
反射时,取n’=-n,则有I=-I”,即折射定律转换为反射定律 说明反射定律是折射定律的一个特例!
折射定律的推导
设光线在两介质中的速度 分别为v1和v2,则有: QQ’=v1t,OO’=v2t 所以sinI1=QQ’/OQ’
R n 0 n n 1 1 2,R n 0 为 光 垂 直 入 射 ( I= 0 ) 时 的 反 射 率
sinI2=OO’/OQ’ 两式相比,得:
sinI1 QQ' V1 n2 sinI2 OO' V2 n1
1.2.5 折射率

几何光学PPT教学课件

几何光学PPT教学课件

SS
由折射定律n sin sin
可得 n

联立①、②、③式可得
n SO SO 2d SS

d n SS
2
【例3】如图所示,宽为a的平行光束从空气 斜向入射到两面平行的玻璃板上表面,入射 角为45°。光束中包含两种波长的光,玻璃
对这两种波长的光的折射率分别为 n1 1, .5
n2 。3 (1)求每种波长的光射入玻璃板上表面后 的折射角r1,r2; (2)为了使光束从玻璃板下表面出射时能 分成不交叠的两束,玻璃板的厚度d至少为 多少?并画出光路示意图。
【析与解】如图(b)所示,物AB通过小孔 能在平面镜后形成虚像 。A由B 于平面镜反 射到达凹镜的光束可以看作是由平面镜后 的虚像 发出AB的 一样。
物AB对平面镜所成的虚像 A由B平 面镜成像 规律可知位于平面镜后3cm处,且和物等 大、正立。 =ABB= 0.1cm。
A对B凹镜来说是实物,其物距是5cm,
uv f
(2)薄透镜成像的放大率公式 像高 v
m 物高 u
八、球面镜成像 1.球面镜成像规律
球面镜类型 物的位置
像的特点
像的位置
凹镜 凸镜
u>2f u=2f f<u<2f u<f 任意位置
倒立、缩小、实像 倒立、等大、实像 倒立、放大、实像 正立、放大、虚像
f<v<2f,物 像同侧
v=2f,物像 同侧
v>2f,物像 同侧
︱v︱>u,物 像异侧
正立、缩小、虚像 物像异侧
2.球面镜成像作图 3.球面镜成像公式 九、简单的光学仪器
11 1 uv f
1.眼睛
2.显微镜 显微镜的视角放大倍数 3.望远镜 望远镜的放大倍数
M d L f2 f1

《几何光学基本原理》课件

《几何光学基本原理》课件
太阳镜、摄影、显示技术等。
光线的全反射原理
全反射
当光线从光密介质射入光疏介质 时,如果入射角大于某一临界角 ,光线将在界面上被完全反射回
原介质的现象。
临界角
光线从光密介质射入光疏介质时, 发生全反射的入射角。
全反射的应用
光纤通信、内窥镜、全反射镜面等 。
偏振与全反射的应用
光学仪器制造
利用光的偏振和全反射原理,制 造出各种光学仪器,如显微镜、
光学传感与检测技术
几何光学在光学传感和检测技术方面的发展,使得光学仪 器在医疗、环境监测等领域的应用更加精准和高效。
光学信息存储与处理
随着大数据和云计算的普及,几何光学在光学信息存储和 处理方面的研究不断深入,为大数据时代的海量信息处理 提供了新的解决方案。
几何光学的前沿技术
01 02
超透镜技术
超透镜技术是近年来几何光学领域的一项重要突破,通过超透镜可以实 现亚波长尺度下的光学操控,为光学成像、光通信等领域带来了革命性 的变化。
光线传播的定律
反射定律和折射定律
光线在界面上的反射遵循入射角等于反射角的反射定律;光线从一 种介质进入另一种介质时,遵循折射定律,即斯涅尔定律。
费马原理
光线在真空中或均匀介质中传播时,总是沿着所需时间为极值的路 径传播,即光程取极值的路径。
光的干涉与衍射定律
当两束或多束相干光波相遇时,它们会相互叠加产生干涉现象;当光 波绕过障碍物边缘时,会产生衍射现象。
光线沿直线传播
在均匀介质中,光线沿直线传 播,不发生折射或反射。
02
光的能量守恒
光在传播过程中,其能量不会 消失或产生。
03
光沿直线传播定律
光线在同一种均匀介质中沿直 线传播,不发生折射或反射。

绪论几何光学基本概念new课件课件

绪论几何光学基本概念new课件课件

光的反射现象及其规律
反射现象
• 当光照射到物体表面时,光的一部分能量被物体表面反射回空气中的现象称为反射
• 反射现象遵循反射定律和折射定律
反射规律
• 反射定律:入射光线、反射光线和法线在同一平面内,且反射角等于入射角,即θ1=θ2
• 折射定律:反射光线和折射光线与界面的法线在同一平面内,且折射角等于入射角与反射
• 测距仪利用光的反射或光的折射原理测量距离
• 测距仪通常采用激光作为光源,具有高精度和快速测量等优点
测量仪器的种类
• 测距仪:用于测量距离
• 经纬仪:用于测量角度
• 水准仪:用于测量高差
04
光的干涉与衍射
光的干涉现象及规律
干涉现象
• 当两束或多束具有相同频率、相位差的光波在空间的某些点相遇时,光波的振幅
相加,形成干涉现象
干涉规律
• 干涉现象遵循干涉公式:I=2Ia cos(Δθ),其中I为干涉光强,Ia为单束光强,Δθ为
两束光波的相位差
• 干涉现象中,会出现亮纹和暗纹,亮纹对应于相位差为0或整数倍的位置,暗纹对
应于相位差为奇数倍的位置
光的衍射现象及规律
衍射现象
• 当光波通过小孔或障碍物时,光波在物体的背后形成衍射现象
XX
XX
小无名 DOCS
绪论几何光学基本概念new课件
01
几何光学基本概念及原理
光的传播特性及直线传播原理

光是一种电磁波
• 电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ
射线
• 光具有波长、频率和波速等特性
• 光的波长决定了光的颜色

光的传播特性
• 光在真空中的传播速度为3×10^8米/秒

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

基础光学第1章几何光学1课件

基础光学第1章几何光学1课件

2)透射次波
当入射光n从An入射至Bn 反射次波面:A1C1 = v1tn , B2C2 = v1 (tn - t2), ……, Bn , 波面为C1Bn。 透射次波面:A1D1 = v2tn , B2D2 = v2 (tn - t2), ……, Bn ,波面为D1Bn。
利用惠更斯原理解释 反射和折射定律:
1.1几何光学的基本概念和基本定律
1.1-1 光源、光波与光线的概念
光源:能够发光或能够辐射光能量的物体
光线:发光点发出的携带能量并具有方向的几何线,它的位 置和方向代表了光能向外传播的领域和方向。
光束:光线的集合体,分为平行光束、同心光束
1.1-2 光线传播的基本定律
光的直线传播定律:
光在均匀媒质中沿直线传播。
惠更斯 (1629~1695)
波动的几个基本概念
波动是扰动在空间里的传播 波面
光扰动同时到达的空间曲面称为波面。 波面上的各点具有相同的相位(等相位面)
波线
球面波
平面波
波线
波面
波场中的一组线,线上每点切线方向代表该点处光扰动传播的方向。
波线代表能量流动的方向,于波面正交。
球面波的波线构成同心波束,平面波的波线构成平行波束;
折射定律
折射率与光速比
由: sin i1 n2 sin i2 n1
sin i1 v1 sin i2 v2
得到: n2 v1
n1
v2
设入射方为真空,n1 = 1,v1 = c 。则媒质的绝对折射率为:
n c v
或:
v
c
n
光在媒质中的速度小于光在真空中的速度
1.3 费马原理
1.3-1 光程的概念
光的独立传播定律:

几何光学的基本原理和成像的概念课件

几何光学的基本原理和成像的概念课件

t + Δt 时 刻 t 时刻
A
光线是波面的法线 波面是所有光线的垂直曲面
应. 用 光. 学
1.1 第一章 几何光学的
基本定律和成像的概念
5. 光束:
1)概念:与波面相
对应的法线(光线)集
合,称为光束。

2)同心光束:对应 于波面为球面的光束称 之为同心光束。
束 示 意

3)分类:根据光束
的传播方向分为:会聚
应. 用 光. 学
第一章 几何光学的 基本定律和成像的概念
光是什么?
光和人类的生产、生活密不可分;
•人类对光的研究分为两个方面:光的本性,以此来 研究各种光学现象,称为物理光学;光的传播规律和 传播现象称为几何光学。
•1666年牛顿提出的“微粒说” •1678年惠更斯的“波动说” •1871年麦克斯韦的电磁场提出后,光的电磁波 •1905年爱因斯坦提出了“光子”说 •现代物理学认为光具有波、粒二象性:既有波动性, 又有粒子性。
sin I sin I '
n' n
或者写为:n sin I n' sin I '
反射定律为折射定律的一种特例.
应. 用 光. 学
第一章 几何光学的 基本定律和成像的概念
判断光线如何折射
I1
I1
空气 n=1 水 n=1.33
I2
玻璃 n=1.5 空气 n=1
应. 用 光. 学
第一章 几何光学的 基本定律和成像的概念
研究光的本性,并 由此来研究各种光
学现象
量子光学
研究光的量子性
应用
光学
第一章
几何光学的基本定律 和成像的概念
本章内容教学重难点

《几何光学基本原理》课件

《几何光学基本原理》课件
了解杨氏双缝干涉实验、互补色和干涉条纹 的形成。
2 衍射现象
探索衍射的基本原理及其在实际应用中的重 要性。
光学仪器与光学系统
1
常见光学仪器
了解望远镜、显微镜、光谱仪等常见光学仪器的结构和工作原理。
2
透镜组
探索透镜组的组合方式和成像特性。
光学断层扫描技术及优化
光学断层扫描技术
介绍光学断层扫描技术及其在医学和科学研究中的应用。
几何光学基本原理
欢迎来到《几何光学基本原理》PPT课件。本课程将深入介绍几何光学的概 念和基础原理,帮助您全面了解光线的传播、球面成像和透镜成像等关键概 念。
光的传播和反射
1
直线传播
光线沿着直线路径传播,遵循直线传播原理。
2
反射
光线在反射时遵循入射角等于反射角的定律。
光的折射和球面成像
光的折射
当光线由一种介质射向另一种介 质时,会发生折射。
球面成像
透镜成像原理
球面透镜通过聚焦光线形成图像, 具有不同的分类。
通过透镜将平行光线聚焦成点或 通过透镜将点光源成像。
深入探索透镜和棱镜
透镜的参数
了解透镜的主要参数:焦距、倍率和视场角,对透镜的使用非常重要。
棱镜的分类
光的干涉和衍射现象
1 干涉现象
光学系统的调试与优化
了解调试和优化光学系统的方法,以获得最佳的成像效果。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Applied Optics
光学的应用
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
通信:光缆通讯
Applied Optics
光学的应用
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
日用:扫描仪、照相 机
Applied Optics
光的本质
光的本质的认知过程
1666年 牛顿
微粒说 弹性粒子
1678年 惠更斯 波动说 以太弹性波
1801年 托马斯·杨 双缝实验
光学系统:千差万别 但是其基本功能是共同的:传输光能或对所研究的 目标成像。
研究光的传播和光学成像的规律对于设计 光学仪器具有本质的意义!
Applied Optics
❖ 从本质上讲,光是电磁波,它是按照波动理论进 行传播。
• 但是按照波动理论来讨论光经透镜和光学系 统是的传播规律或成像问题时将会造成计算 和处理上的很大困难,在实际解决问题时也 不方便。
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
Applied Optics
课程内容
▪第一章 ▪第二章 ▪第三章 ▪第四章 ▪第五章 ▪第六章
几何光学基本原理 共轴球面系统的物像关系
平面镜棱镜系统 光学系统的光束限制 光学系统成像质量评价
目视光学系统
Applied Optics
参考书目 1、安连生,《应用光学》,北京理工大学出版社 2、郁道银,《工程光学》,机械工业出版社 3、胡玉禧,《应用光学》,中国科技大学出版社
❖ 同心光束:发自一点或会聚于一点,为球面波 ❖ 平行光束:光线彼此平行,是平面波
Applied Optics
❖ 像散光束:光线既不平行,又不相交,波面为曲面。
在几何光学中研究成像时,主要要搞清光线在光学元 件中的传播途径,这个途径称为光路
Applied Optics
第一章 几何光学基本原理
❖光波和光线 ❖几何光学基本定律 ❖光路可逆和全反射 ❖光学系统类别和成像的概念 ❖理想像和理想光学系统
Applied Optics
(1)折射光线位于由入射光线和
入射光线 法线
法线所决定的平面(入射面)内, 折射光线和入射光线分居法线两侧。
I
O
na (2)入射角的正弦和折射角的正 nb 弦之比与两角度的大小无关
Applied Optics
1-2 几何光学基本定律
一、光的直线传播定律 在各向同性的均匀透明介质中,光线沿直线传播。 二、光的独立传播定律 不同的光源发出的光线在空间某点相遇时,彼此互 不影响。在光线的相会点上,光的强度是各光束的 简单叠加,离开交会点后,各个光束按原方向传播。 光的独立传播定律意义:考虑某一光线的传播时, 可不考虑其他光线的影响。
两束满足相干条件的光称为相干光,这两束光在相遇区域:①振动方向 相同;②振动频率相同;③相位相同或相位差保持恒定
Applied Optics
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的
I:入射角 I’:折射角
O
na
nb
I’ Q
N 出射光线
第一章:几何光学基本 原理
光学的应用领域越来越广泛
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
Applied Optics
光学的应用
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
工业:显微镜、汽车 车身的检测、机器人 视觉、材料金相结构 等等
Applied Optics
光学的应用
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
医学:CT、胃镜、虹 膜检测、生物检测
Applied Optics
第一章
几何光学基本原理
Applied Optics
第一章 几何光学基本原理
❖光波和光线 ❖几何光学基本定律 ❖光路可逆和全反射 ❖光学系统类别和成像的概念 ❖理想像和理想光学系统
Applied Optics
1-1 光波和光线
在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域,使 用着种类繁多的的光学仪器,如望远镜,显微镜, 投影仪等。
现在 波粒二象性
1905年 爱因斯坦 光子假设
1873年 麦克斯韦 电磁场理论
Applied Optics
光的本质
光具有波粒二象性。一般看作电磁波
可见光波长: 400~760nm
物理光学 波动性 几何光学 粒子性
Applied Optics
应用光学研究内容
❖研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的 原理和应用。 ❖“应用”包含两层意思:
天体
遥远的距离
观察者
Applied Optics
任何被成像的物体, 是由无数个发光点组成 1、本身发光。 2、反射光。 因此研究物体成像时,可以用某些特征点的成 像规律来推断整个物体的成像。
Applied Optics
二、光线 ❖ 发光点向四周辐射光能量,在几何光学中将发光
点发出的光抽象为带有能量的线,它代表光的传 播方向。
太不方便了!
Applied Optics
❖ 按照近代物理学的观点,光具有波粒二象性, 那么如果只考虑光的粒子性,把光源发出的光 抽象成一条条光线,然后按此来研究光学系统 成像。
问题变得简单 而且实用!
Applied Optics
几何光学:以光线为基础,用几何的方法来研究光在
介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
❖ 点:光源、焦点、物点、像点 ❖ 线:光线、法线、光轴 ❖ 面:物面、像面、反射面、折射面
由于光具有波动性,因此这种只考虑粒子 性的研究方法只是一种对真实情况的近似 处理方法。必要时要辅以波动光学理论。
Applied Optics
一. 发光点
几何上的点是既无大小,又无体积的抽象概念。当 光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时,也 可认为是一个点。
Applied Optics
1-2 几何光学基本定律
二、光的独立传播定律 不同的光源发出的光线在空间某点相遇时,彼此互 不影响。在光线的相会点上,光的强度是各光束的 简单叠加,离开交会点后,各个光束按原方向传播。 光的独立传播定律意义:考虑某一光线的传播时, 可不考虑其他光线的影响。 条件:两束光为非相干光
Applied Optics
三、波面和光束(无线多条光线的集合) 一个位于均匀介质中的发光点,它所发出的光向 四周传播,形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位相同的点 构成的面,或某一时刻 光波所到达的位置称为 波面 波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方 向,波面上的法线束称为光束
Applied Optics
相关文档
最新文档