2012应用光学期末复习提纲(1)

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：可见光的波长范围、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四大基本定律：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。

10.轴外点、轴上点的图解法求像的依据：理想光学系统基点基面的性质、典型光线。

11.解析法求像：牛顿公式、高斯公式(物象位置的起算点)及相应的成像放大率表达式，特别是垂轴放大·率

的应用。

12.掌握两光组组合的公式及应用：（例如：各光组是单个折射/反射球面，薄透镜等简单情况）

(1) 各光组相对位置的表示：焦点间隔（光学间隔）、主面间隔；

(2) 利用过渡公式，计算物点经两光组的成像问题；

(3) 计算两光组的组合焦距、组合焦点及主点位置。

(4) 结合日常习题，体会本方法的应用，并理解薄透镜这个简化模型。

13.典型光学系统的光路特点及成像特性：(1)望远系统；(2)显微镜系统。

第三章平面与平面系统

14.理解平面光学元件的作用：光路转向、转像、色散光谱分析等。

15.平面镜：

(1) 成像特性：位置、放大率，对称性：镜像、一致像；唯一成完善像的最简单的光学元件。

(2) 旋转特性：如何旋转，如何测微？(3) 双平面镜成像特性：连续一致像。

16.平行平板：

(1) 成像特性：无焦系统、非完善成像（轴向位移、侧向位移）、位移成像；

(2) 近轴区：成完善像，轴向位移公式、等效空气平板的厚度公式、实际像面位置公式。

17.反射棱镜：

(1) 基本概念：光轴、工作面、棱、主截面；

(2) 结合双平面镜成像特性，理解各类棱镜的成像特性，特别是简单棱镜、屋脊棱镜的成像特点；

(3) 掌握棱镜系统的成像方向判断；(4) 理解反射棱镜的等效作用。

第四章光学系统中的光阑与光束限制

18.理解光阑的概念与作用：实际光学系统中，限制成像光束、成像范围的光学元件的边框。

19.孔径光阑：定义，及对轴上、轴外物点成像光束的限制作用；

(1) 孔径光阑、入射光瞳与出射光瞳三者互为物象共轭关系，图解或解析法可求后二者的位置；

(2) 利用成像张角法判断孔径光阑的位置。（见习题）

（3）主光线的画法（主光线针对轴外点而言）

20.视场光阑：定义与作用；视场光阑、入射窗与出射窗三者互为物象共轭关系。（若视场光阑为方形或

矩形线视场一对角线进行计算）

21.渐晕光阑：理解概念，以及其对轴外点成像光束的拦光作用。

22.理解光瞳衔接原则、主光线、物方远心光路、场镜等概念基本原理；

23.明确典型系统中对应的孔径光阑、视场光阑的位置。

24.光学系统的景深：（结合照相系统分析）

(1) 基本概念：平面上的空间像、景象平面/对准平面，景深的概念及成因；近/远景平面，近/远景深度；正确透视距离；人眼极限分辨角。

(2) 根据景深公式，理解景深与入瞳直径、孔径角的关系。

第六章像差理论

注意结合课件中的小结，做一定的扩展，理解以下内容：

25.从第一章中近轴光学理论的提出，理解像差的概念，体会实际像有别于理想像的原因所在。

26.了解并区别几何像差、波像差二者分析像差的不同角度。

27.几何像差：

(1) 单色像差：理解五种单色像差的成因、影响因素与现象；

(2) 色差：理解位置色差与倍率色差的成因、影响因素与现象。

第七章典型光学系统

28.眼睛：

(1) 了解眼睛的结构，特别是角膜、瞳孔、水晶体、视网膜、眼轴的作用，及成像过程。

(2) 建立简化眼模型：结合光学系统，理解眼睛系统对应的光轴（眼轴）、成像界面（角膜）、基点基面的位置、孔径光阑（瞳孔）、像平面（视网膜）。

(3) 眼睛的调节（水晶体）：远点、近点、调节能力、视度；明视距离；远视眼、近视眼、散光眼及校正。

(4) 眼睛的适应能力（瞳孔）：明适应、暗适应。

(5) 眼睛的分辨率：理解视角，人眼的极限分辨角(1ˊ)。

29.掌握视角、视觉放大率等概念，理解目视光学仪器的基本工作原理，了解视觉放大率与线视场成反比

的关系。

30.放大镜：理解其工作原理；

31.显微镜：

(1) 结合第二章以及放大镜的知识，掌握显微镜的成像原理,了解显微镜数值孔径的概念，物镜、目镜的光路特点及作用；掌握视觉放大率与物镜、目镜的倍率关系，视觉放大率与组合焦距的关系公式；

(2) 结合第四章，了解孔径光阑的位置、视场光阑的位置及特点；

32.望远镜：

(1) 结合第二章，理解开普勒望远镜系统的光路特点、成像特性及工作原理；

(2) 结合第四章，理解开普勒望远镜中对应孔径光阑、视场光阑的位置及特点；