工程光学完整课件 PPT
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《工程光学与技术》课件
智能制造
智能制造需要高精度、高效率的光学检测和测量技术，工程光学将大有可为。
医疗健康
光学成像、光谱分析等技术将为医疗健康领域带来更多创新。
THANK YOU
感谢各位观看
《工程光学与技术》ppt课件
目录
• 工程光学概述 • 光学基础知识 • 工程光学技术 • 现代光学技术 • 工程光学实验 • 工程光学前沿与展望
01
工程光学概述
光学的基本概念
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的传播
光在真空中沿直线传播，在其他介质中传播方向会发生改变。
光的反射、折射和散射
04
现代光学技术
非线性光学
非线性光学效应
非线性光学效应是光与物质相互作用时产生的非线性现象，如倍频 、和频、差频等。
非线性光学材料
非线性光学材料是实现非线性光学效应的关键，如晶体、玻璃、聚 合物等。
非线性光学应用
非线性光学在激光技术、光电子学、光通信等领域有广泛的应用，如 光参量振荡器、光倍频器等。
光子学与光子技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光子学基本概念
光子学是研究光子的产生、传播、相互作用和应 用的科学。
光子器件
光子器件是实现光子技术的关键，如激光器、光 放大器、光调制器等。
光子技术的应用
光子技术在通信、信息处理、传感等领域有广泛 的应用，如光纤通信、光计算等。
光学信息存储与处理
01
光学信息存储
光学信息存储是利用光的干涉、 衍射等光学效应实现信息的存储 和读取。
工程光学的研究内容
光学系统设计
研究光学系统的基本理论和设 计方法，涉及光学仪器、摄影
镜头、显微镜等。
光学材料与制造
智能制造需要高精度、高效率的光学检测和测量技术，工程光学将大有可为。
医疗健康
光学成像、光谱分析等技术将为医疗健康领域带来更多创新。
THANK YOU
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《工程光学与技术》ppt课件
目录
• 工程光学概述 • 光学基础知识 • 工程光学技术 • 现代光学技术 • 工程光学实验 • 工程光学前沿与展望
01
工程光学概述
光学的基本概念
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的传播
光在真空中沿直线传播，在其他介质中传播方向会发生改变。
光的反射、折射和散射
04
现代光学技术
非线性光学
非线性光学效应
非线性光学效应是光与物质相互作用时产生的非线性现象，如倍频 、和频、差频等。
非线性光学材料
非线性光学材料是实现非线性光学效应的关键，如晶体、玻璃、聚 合物等。
非线性光学应用
非线性光学在激光技术、光电子学、光通信等领域有广泛的应用，如 光参量振荡器、光倍频器等。
光子学与光子技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光子学基本概念
光子学是研究光子的产生、传播、相互作用和应 用的科学。
光子器件
光子器件是实现光子技术的关键，如激光器、光 放大器、光调制器等。
光子技术的应用
光子技术在通信、信息处理、传感等领域有广泛 的应用，如光纤通信、光计算等。
光学信息存储与处理
01
光学信息存储
光学信息存储是利用光的干涉、 衍射等光学效应实现信息的存储 和读取。
工程光学的研究内容
光学系统设计
研究光学系统的基本理论和设 计方法，涉及光学仪器、摄影
镜头、显微镜等。
光学材料与制造
第二版工程光学分解课件
详细描述：当光从光密介质射向光疏介质时，如 果入射角大于临界角，光波将被完全反射回原介 质，不进入光疏介质，这种现象称为全反射。全 反射是光的波动性的一种表现。
02
光学系统与元件
透镜与光学镜头
透镜的分类
光学镜头的应用
根据透镜的形状和焦距，透镜可以分 为球面透镜、非球面透镜、双凸透镜 、双凹透镜和凸凹透镜等。
折反镜由反射镜和折射镜 组成，通过改变光路，将 光线聚焦在一点上。
折反镜的应用
在望远镜、显微镜和照相 机等光学仪器中广泛应用 ，用于改变光路和聚焦光 线。
滤光片与分光仪
滤光片的分类
根据滤光片的透过光谱， 滤光片可以分为可见光滤 光片、红外滤光片、紫外 滤光片等。
分光仪的结构
分光仪由棱镜或光栅等分 光元件和探测器组成，可 以将光谱分成不同的波段 。
非线性光学材料
研究和发展新型非线性光学材料，如有机晶体、 无机晶体、光折变晶体等，以提高非线性光学效 应的转换效率。
非线性光学应用
非线性光学在光通信、光信息处理、光计算等领 域有广泛应用，如光参量振荡、倍频、和频等。
光子学与光子技术
光子学基础
01
研究光子的产生、传播、相互作用等基本规律，以及光子与物
在摄影、摄像、显微镜、望远镜等领 域广泛应用，用于聚焦光线、改变光 路等。
光学镜头的基本参数
包括焦距、光圈、视场角、相对孔径 等，这些参数决定了镜头的光学性能 和使用范围。
反射镜与折反镜
01
02
03
反射镜的分类
根据反射面的形状，反射 镜可以分为平面反射镜、 凹面反射镜和凸面反射镜 等。
折反镜的结构
质的相互作用机制。
光子器件
02
02
光学系统与元件
透镜与光学镜头
透镜的分类
光学镜头的应用
根据透镜的形状和焦距，透镜可以分 为球面透镜、非球面透镜、双凸透镜 、双凹透镜和凸凹透镜等。
折反镜由反射镜和折射镜 组成，通过改变光路，将 光线聚焦在一点上。
折反镜的应用
在望远镜、显微镜和照相 机等光学仪器中广泛应用 ，用于改变光路和聚焦光 线。
滤光片与分光仪
滤光片的分类
根据滤光片的透过光谱， 滤光片可以分为可见光滤 光片、红外滤光片、紫外 滤光片等。
分光仪的结构
分光仪由棱镜或光栅等分 光元件和探测器组成，可 以将光谱分成不同的波段 。
非线性光学材料
研究和发展新型非线性光学材料，如有机晶体、 无机晶体、光折变晶体等，以提高非线性光学效 应的转换效率。
非线性光学应用
非线性光学在光通信、光信息处理、光计算等领 域有广泛应用，如光参量振荡、倍频、和频等。
光子学与光子技术
光子学基础
01
研究光子的产生、传播、相互作用等基本规律，以及光子与物
在摄影、摄像、显微镜、望远镜等领 域广泛应用，用于聚焦光线、改变光 路等。
光学镜头的基本参数
包括焦距、光圈、视场角、相对孔径 等，这些参数决定了镜头的光学性能 和使用范围。
反射镜与折反镜
01
02
03
反射镜的分类
根据反射面的形状，反射 镜可以分为平面反射镜、 凹面反射镜和凸面反射镜 等。
折反镜的结构
质的相互作用机制。
光子器件
02
工程光学(光阑)ppt课件
入射窗
出瞳
入瞳
L1
L2
像
物
主光线
视场光阑 出射窗
孔径光阑
以上只讨论了入射光瞳口径为无限小的情况。实际上，光学系统的入射
光瞳总是有一定大小。有时还可能很大。此时系统小光束被限制的情况就变
得复杂一些。下面我们就一般情况作精简品课要件分析。
15
当入射光瞳有一定大小时，由轴外物点发出的充满入瞳的光束，有时会 被某些透镜框所遮拦。如图所示，透镜L1、L2分别位于孔径光阑D的两侧。 由轴外物点B发出的充满入瞳的光束，其中只有一部分（画有阴影线部分） 通过系统成像，而其上下各有一部分分别被透镜L2与L1的镜框所遮拦。因此， 轴外物点成像光束的孔径显然要比轴上物点小。致使像面上从中央到边缘， 光照度逐渐下降，这种现象称为“惭晕”。
B
C A
精品课件
4
（二）入射光瞳、出射光瞳 入射光瞳：孔径光阑经其前面的光组在物空间的像。也就是从透镜左向右方 观察所看到的孔径光阑的像。 出射光瞳：孔径光阑经其后面的光组在像空间成的像。 入射光瞳、出射光瞳和孔径光阑三者是共轭关系。 入射光瞳是光束进入系统的公共入口，出射光瞳是光束射出系统的公共出口。
“光阑”。
在光学系统中，不单用装夹光学零件的金属框的内孔来限制光束，有
时还要专门设置一些带孔的金属薄片来限制光束，这些就是专用光阑。专
用光阑的通光孔一般为圆形，其中心线和光轴重合。多数专用光阑的孔径
是固定的，但也有可变的。孔径可变的光阑称为可变光阑，常用于照相物
镜中。又如人眼的瞳孔也是一个可变光阑，其孔径能随外界光线的强弱
视场光阑——决定物平面或物空间成像范围的光阑。在多数光学系统 如照相机、显微系统中，视场光阑的位置常被设置在系统物镜的像平面上， 这样，视场才能具有清晰的边界。
课件工程光学-08典型光学系统.ppt
1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣，但不
0.4
能描龙绣凤？
0.2
2024/10/8
0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
7
§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念？
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异，最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
9
§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时，能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50％渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
讨论：
逢年过节，要买放大镜孝敬老人， 该如何选择其放大倍率？
2y h
2y 1
2y 1 d
（2）与照明光谱成份有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）； （3）与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器，仪器 应有适当的放大率，使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。
《工程光学》-物理光学-课件
E 1 v B
第一节 光的电磁性质 三、球面波（点光源）和柱面波（线光源） A 1、球面波 E＝ exp[i( kr t )] r ~ A 发散的球面波： E ＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的球面波： E ＝ e xp(ikr ) r A i( kr t )] 2、柱面波 E＝ e xp[ r ~ A 发散的柱面波： E＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的柱面波： E＝ e xp(ikr ) r
2 2
z z 令 ＝ t , t，则有 v v z z z z E＝f1 ( t ) f 2 ( t )，和 B＝f1 ( t ) f 2 ( t ) v v v v
第一节 光的电磁性质 （一）波动方程的平面波解
z z z z E＝f1 ( t ) f 2 ( t ) f1 和 f2 是以( t )和( t ) v v v v z z 为变量的任意函数。 B＝f1 ( t ) f 2 ( t ) v v z z f1 ( －t )表示沿 z轴正向传播， f 2 ( ＋t )表示沿 z轴负向传播。 v v z 取正向传播：E＝ f1 ( t ) －－行波的表示式。 v 源点的振动经过一定的时间 z B＝f1 ( t ) 推迟才传播到场点。 v
第一节 光的电磁性质 （二）平面简谐电磁波的波动公式
沿空间任一方向 k 传播的平面波的波动公式：
E＝A cos(k r t ) E＝A cosk x cos y cos z cos t
x P(x,y,z) k
平面波的复数形式： E＝A e xp[ i( k r t )] 复振幅： ~ E＝A e xp( ik r )
2 E 2 结果： E 2 0 t 2 B 2 B 2 0 t
第一节 光的电磁性质 三、球面波（点光源）和柱面波（线光源） A 1、球面波 E＝ exp[i( kr t )] r ~ A 发散的球面波： E ＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的球面波： E ＝ e xp(ikr ) r A i( kr t )] 2、柱面波 E＝ e xp[ r ~ A 发散的柱面波： E＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的柱面波： E＝ e xp(ikr ) r
2 2
z z 令 ＝ t , t，则有 v v z z z z E＝f1 ( t ) f 2 ( t )，和 B＝f1 ( t ) f 2 ( t ) v v v v
第一节 光的电磁性质 （一）波动方程的平面波解
z z z z E＝f1 ( t ) f 2 ( t ) f1 和 f2 是以( t )和( t ) v v v v z z 为变量的任意函数。 B＝f1 ( t ) f 2 ( t ) v v z z f1 ( －t )表示沿 z轴正向传播， f 2 ( ＋t )表示沿 z轴负向传播。 v v z 取正向传播：E＝ f1 ( t ) －－行波的表示式。 v 源点的振动经过一定的时间 z B＝f1 ( t ) 推迟才传播到场点。 v
第一节 光的电磁性质 （二）平面简谐电磁波的波动公式
沿空间任一方向 k 传播的平面波的波动公式：
E＝A cos(k r t ) E＝A cosk x cos y cos z cos t
x P(x,y,z) k
平面波的复数形式： E＝A e xp[ i( k r t )] 复振幅： ~ E＝A e xp( ik r )
2 E 2 结果： E 2 0 t 2 B 2 B 2 0 t
工程光学实验PPT课件
后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反 射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会 聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。 • 三、实验仪器
• 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S • 2、品字形物屏P： SZ-14 • 3、凸透镜L： f=190mm(f=150mm) • 4、二维调整架： SZ-07 • 5、平面反射镜M • 二维调整架： SZ-07 • 7、通用底座： SZ-04 • 8、二维底座： SZ-02 • 9、通用底座： SZ-04
• 光学表面上如有灰尘，用实验室专备的干燥脱脂棉轻轻拭去或 用橡皮球吹掉。
• 光学表面上若有轻微的污痕或指印，用清洁的镜头纸轻轻拂去， 但不要加压擦拭，
• 更不准用手帕、普通纸片、衣服等擦拭。若表面有较严重的污 痕或指印，应由实验室人员用丙酮或酒精清洗。所有镀膜面均 不能接触或擦拭。
• 防止唾液或其溶液溅落在光学表面上。
F1经Lo后成一放大实像F’1，然后再用目镜Le作为放大镜观察 这个中间像F’1，F’1应成像在Le的第一焦点Fe之内，经过目镜 后在明视距离处成一放大的虚像F’’1。 • 三、实验仪器 • 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S • 2、1/10mm分划板F1
•
mx=(像宽/实宽)÷20 （20为测微目镜的放大倍数）
• 像距改变量：s=(a1-a2)+(b2-b1)
• 被测目镜焦距：fe=s/(m2-m1)
• 实验四 自组显微镜
返回
• 一、实验目的 • 了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的
放大率的一种方法。
• 二、实验原理 • 物镜Lo的焦距fo很短，将F1放在它前面距离略大于fo的位置，
2 F 3 4 Le 5
• 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S • 2、品字形物屏P： SZ-14 • 3、凸透镜L： f=190mm(f=150mm) • 4、二维调整架： SZ-07 • 5、平面反射镜M • 二维调整架： SZ-07 • 7、通用底座： SZ-04 • 8、二维底座： SZ-02 • 9、通用底座： SZ-04
• 光学表面上如有灰尘，用实验室专备的干燥脱脂棉轻轻拭去或 用橡皮球吹掉。
• 光学表面上若有轻微的污痕或指印，用清洁的镜头纸轻轻拂去， 但不要加压擦拭，
• 更不准用手帕、普通纸片、衣服等擦拭。若表面有较严重的污 痕或指印，应由实验室人员用丙酮或酒精清洗。所有镀膜面均 不能接触或擦拭。
• 防止唾液或其溶液溅落在光学表面上。
F1经Lo后成一放大实像F’1，然后再用目镜Le作为放大镜观察 这个中间像F’1，F’1应成像在Le的第一焦点Fe之内，经过目镜 后在明视距离处成一放大的虚像F’’1。 • 三、实验仪器 • 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S • 2、1/10mm分划板F1
•
mx=(像宽/实宽)÷20 （20为测微目镜的放大倍数）
• 像距改变量：s=(a1-a2)+(b2-b1)
• 被测目镜焦距：fe=s/(m2-m1)
• 实验四 自组显微镜
返回
• 一、实验目的 • 了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的
放大率的一种方法。
• 二、实验原理 • 物镜Lo的焦距fo很短，将F1放在它前面距离略大于fo的位置，
2 F 3 4 Le 5
工程光学课件第01章
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。 光束：几何波面与几何光线的关系：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。
时，可以全反射传送，
i i0
时，光线将会透过内壁进入包层
26
定义 na sin i0 为光纤的数值孔径
够传送的光能越多。
i0
越大，可以进入光纤的光能就越多，也就是光纤能
这意味着光信号越容易耦合入光纤。
27
三、费马原理
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
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。
平行光束与同心光束
平面波面
球形波面
同心光束
平行光束
各类光束及对应的波面
返回
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：
c n v
这就是折射率的定义。
10
二、几何光学的基本定律
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：
工程光学.ppt
孔径光阑的判断
例5-2：如图5-6a所示，L1，L2是两个直径 相等的正薄透镜，A为物点，P是光孔，已 知透镜的焦距 f1' 20mm ，f2'10mm，物距 l1 100mm，间距 d1 40mm，直径 D1 D2 6mm， DP 2mm ，求此系统的孔径光阑。
L
L
1
P
2
A
100
40
20
D1=6
图5-6a
D =2 P
D2=6
孔径光阑的判断
解 求出所有器件在物空间的像。为此将整个系统 翻转180，首先，光孔P经透镜L1成像：
1 l'
1 40
1 20
，得：
l'
40(mm)
l' l
40 40
1
，得：DP '
DP
2(mm)（表示直径大小可不考虑符号）
再将透镜L2对透镜L1成像：
1 1 1 l' 60 20
第一节 概述
▪孔径光阑：
光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称 为孔径光阑，如照相机中的可调光圈就是该系 统的孔径光阑。
在光学系统中，描述成像光束大小的参量称 为孔径，系统对近距离物体成像时，其孔径大 小用孔径角U表示，对无限远物体成像时，孔 径大小用孔径高度h表示，如图5-1所示。
孔径光阑
视场光阑
第二节 孔径光阑
❖光学系统的所有元件都有有限的通 光口径，其中必有一个元件的口径 限制着给定轴上物点所能进入系统 的最大光束，这就是孔径光阑。
▪ 1、光束限制的共轭原则 ▪ 2、孔径光阑的判断 ▪ 3、入射光瞳和出射光瞳
光束限制的共轭原则
所谓光束限制共轭原则是指，当一条光线 被其所在介质空间的某一元器件的口径所限 制，则该光线的共轭光线也将被器件共轭像 的口径所限制，如图5-3 。
《工程光学》课件
光学信号处理原理
光学信号处理概述 简要介绍了光学信号处理的基本 概念和原理，包括光波的干涉、 衍射、傅里叶变换等方面的知识 。
全息术与光学信息处理 简要介绍了全息术的基本原理和 应用，以及光学信息处理技术的 发展和应用前景。
干涉测量技术 详细介绍了干涉测量技术的基本 原理和应用，包括干涉仪的结构 和工作原理、干涉图样的分析和 解释等方面的知识。
的发展提供了新的机遇和挑战。
工程光学在各领域的应用
能源领域
太阳能利用、激光焊接、激光切割等 。
通信领域
光纤通信、光网络技术等。
环境监测领域
光谱分析、大气污染监测等。
生物医学领域
医学成像、光谱诊断、激光医疗等。
CHAPTER 02
工程光学基础知识
光的本质与传播
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象性。 其电磁场振动方向与传播方向垂直， 表现出横波的特征。
显微镜
介绍了显微镜的基本原理和结构，包括透射光显微镜和反 射光显微镜等类型，以及显微镜的性能参数和选择方法。
激光器
简要介绍了激光器的基本原理和结构，包括气体激光器、 固体激光器、光纤激光器等类型，以及激光器的性能参数 和应用领域。
光学系统设计原理
光学系统设计基础
介绍了光学系统设计的基本概念和原则， 包括光学材料、光学镀膜、光学元件加工
光学信息处理实验
研究光学信息处理技术，如傅里叶 变换、光学图像处理等，掌握光学 信息处理系统的基本构成和操作方 法。
光学系统设计与制造实践
光学系统设计实践
通过实践了解光学系统设计的基本原理和方法，掌握光学设 计软件的使用技巧，熟悉光学元件的选择和加工工艺。
光学制造工艺实践
大学工程光学课件
光学微纳加工技术
通过微纳加工技术制造微小尺度的光学元件 ，实现高精度、高效率的光学系统。
光学传感技术
利用光学原理对物理量进行测量，具有高精 度、高灵敏度的特点。
工程光学发展趋势预测与展望
集成化与智能化
多学科交叉融会
随着微纳加工技术的发展，工程光学将更 加重视元件的集成化和智能化，提高系统 的性能和效率。
光的本质与传播特性
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象 性。其波动性质表现为光的干涉 、衍射等现象，粒子性质则体现 为光电效应等。
光的传播特性
光在均匀介质中沿直线传播，遇 到不同介质界面时会产生反射、 折射等现象。
光的反射、折射与干涉
光的反射
光在遇到物体表面时，会改变传 播方向并返回原介质的现象。反 射过程中遵循反射定律，即入射
工程光学在各领域的应用
航空领域
用于飞机导航、着 陆系统、气象观测 等。
能源领域
用于太阳能电池板 、风力发电叶片的 检测与设计等。
国防领域
用于制造精确的武 器瞄准系统、夜视 仪等。
航天领域
用于卫星通讯、空 间探测、天文观测 等。
通讯领域
用于光纤通讯、光 交换、光网络等。
CHAPTER 02
光学基础知识
光的吸取、散射与色散
01 02
光的吸取
光在传播过程中被物质吸取转化为热能或其他情势能量的现象。不同物 质对不同波长光的吸取程度不同，因此可以利用这一特性进行光谱分析 等。
光的散射
光在传播过程中遇到微小颗粒时，产生散射的现象。散射程度与颗粒大 小和入射光的波长有关，可以利用这一现象进行大气污染检测等。
感谢您的观看
大、缩小、旋转等功能。
哈工大《工程光学》课件
※ 入射光线AE与光轴的夹角为物方倾斜角也叫物方 孔径角，用U 表示。
Engineering Optics
授课：任秀云
n
E n’
A
-U
h
C U’
A’
O r
-L
L’
折射光线EA’ 由以下参量确定：
※像方截距：顶点O到折射光线与光轴交点，用L’表示。
※像方倾斜角：折射光线EA’ 与光轴的夹角，也叫像方 孔径角，用U’ 表示。
（5）r = -40mm, L = -100mm, U = -10°, L’= -200mm
Engineering Optics
授课：任秀云
2.1.3 单折射球面成像的光路计算
一、实际光路的计算公式（追迹公式或大L公式）：
nE
n’
A
-U
C O
r
-L
当结构参数 r , n , n’ 给定时，只要知道 L 和 U ，就可求L’ 和 U’
光轴 为起始边。
B
y -U
A
-L
E I
h
I’
φ
C
U’
A’
O
r
-y’ B’
L’
Engineering Optics
授课：任秀云
×
×
√
×
L = 100mm, U = 30°
Engineering Optics
授课：任秀云
同学们一定要记住上面 的符号规则！
Engineering Optics
授课：任秀云
Engineering Optics
n
授课：任秀云
I
E
n’
-U A
-L
φC
O
r
Engineering Optics
授课：任秀云
n
E n’
A
-U
h
C U’
A’
O r
-L
L’
折射光线EA’ 由以下参量确定：
※像方截距：顶点O到折射光线与光轴交点，用L’表示。
※像方倾斜角：折射光线EA’ 与光轴的夹角，也叫像方 孔径角，用U’ 表示。
（5）r = -40mm, L = -100mm, U = -10°, L’= -200mm
Engineering Optics
授课：任秀云
2.1.3 单折射球面成像的光路计算
一、实际光路的计算公式（追迹公式或大L公式）：
nE
n’
A
-U
C O
r
-L
当结构参数 r , n , n’ 给定时，只要知道 L 和 U ，就可求L’ 和 U’
光轴 为起始边。
B
y -U
A
-L
E I
h
I’
φ
C
U’
A’
O
r
-y’ B’
L’
Engineering Optics
授课：任秀云
×
×
√
×
L = 100mm, U = 30°
Engineering Optics
授课：任秀云
同学们一定要记住上面 的符号规则！
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授课：任秀云
Engineering Optics
n
授课：任秀云
I
E
n’
-U A
-L
φC
O
r
工程光学第二章ppt课件
HF f ; FH2 f2xF;
H1F1 f1; F1H2 f2
.
xF
f2 f2
f f1f 2
df1f2
★ 组合系统的物方焦距和像方焦距
f n fn
f f1f 2
f 2
f2
n3 n2
f1
f1
n2 n1
f fn1 f1f2 n1 f1f2 n3 n3
组合焦距的起算原点：组合系统的物、像两方的主点
光线，二者的交点为共轭像点。
（1）轴外点成像 ——利用典型光线、主面性质
.
（2）轴上物点成像 ——利用焦平面的性质
解法1：
解法2：
.
（3）轴上物点，经两个光具组成像
a)
b)
c)
d)
.
例1：作图法求图中AB的像A'B'
B B' A A'
(a)
B' B A' H'A H
(b)
.
二、解析法求像
★ 依据：利用已知的一对共轭面、两对共轭点。
2）物方焦距、物方焦点、物方主点：
lF l 77.4368m m , uu0.1122 f 89.1412m m , lH11.7044m m
.
第三节 理想光学系统的物像关系
一、图解法求像
1、典型光线及性质（5条）
1）平行于光轴的光线，经系统后必经过像方焦点； 焦点 2）过物方焦点的入射光线，经系统后平行于光轴； 定义
1、沿轴线段以光学系统的焦点为起算原点
由△BAF∽△FHM, △B′A′F ′∽△N′H′F′得 y f y x y x y f
牛顿公式：
xx ff
工程光学第一章课件
x
s1
s2
(5)
由图可知，
x x1 sin I s1
(6)
x2 x sin I
s2
(7)
将(6)、(7)式代入(5)式，有
sin I sinI (8)
即I" = -I，反射角与入射角绝对值相等，符号相反。
30
马吕斯定律（Malus's Law） *垂直于波面的光线束，经过任意多次反射和折射后，
37
成像概念
➢物、像的虚实
38
成像概念
➢物、像的虚实
*实像点：实际出射光线的交点
虚像点：出射光线延长线的交点
*实像：由实际光线成的像
• 如电影、幻灯机、照相机成像。
虚像：由反射或折射光线的反向延长线相交所得的像
• 如镜子、显微镜、望远镜成像。
39
成像概念
➢物、像的虚实
40
成像概念
➢物、像空间
✓空气 n ≈ 1（略大于1） ✓水 n ≈ 1.33 ✓玻璃 n ≈ 1.45 – 1.75
*反射定律可看作折射定律的特殊情况（n′ = -n）。
13
两个重要的光学现象
➢光路可逆
*内容
• 一条光线沿着一定的路线从空间A点传播到B点，如果在B点沿
着出射光线相反的方向投射一条光线，则此光线必沿同一条路 线通过A点。
*光总沿着光程为极值（极大、极小或者常量）的路径
传播。
B
s A ndl 0
*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。
26
费马原理（Fermat's Principle）
➢费马原理
工程光学讲稿(平面)(完整)课件
详细描述
折射望远镜使用透镜作为主反射镜，能够观测可见光波段的天体。反射望远镜使用凹面反射镜作为主反射镜，能够观测红外线和射电波段的天体。射电望远镜则专门用于观测射电波段的天体。
01
02
03
04
总结词
摄影镜头是一种光学仪器，用于拍摄照片或录制视频。
总结词
摄影镜头的种类繁多，根据用途和功能可分为多种类型，如定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头等。
光的衍射
平面镜与透镜
平面镜是反射面为平面的镜子，具有反射光线的能力，且入射角等于反射角。
用于日常生活、光学仪器和科学实验中，如化妆镜、眼镜、显微镜、望远镜等。
平面镜的用途
平面镜的性质
中间厚边缘薄的透镜，具有汇聚光线的能力，可以用于制作放大镜、显微镜、望远镜等。
凸透镜Βιβλιοθήκη 凹透镜透镜的焦距中间薄边缘厚的透镜，具有发散光线的能力，可以用于制作近视眼镜、散光眼镜等。
光学仪器在科研领域的应用也十分广泛，主要用于物理、化学、生物等学科的研究。例如，利用光谱仪研究物质的结构和性质，使用干涉仪测量微小距离和角度，以及通过光学仪器观测天体和微观粒子等。
科研中常用的光学仪器还包括分光仪、干涉仪、光谱分析仪等，这些仪器在推动学科发展和科技进步方面发挥着重要作用。
光的干涉与衍射实验
通过双缝干涉实验，观察光波的干涉现象，了解干涉的条件和特点。
双缝干涉实验是研究光波干涉现象的基础实验之一。在实验中，通过调整光源、双缝和屏幕的距离，观察到明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的间距和双缝的间距，可以计算出光波的波长。
通过圆孔衍射实验，观察光波的衍射现象，了解衍射的条件和特点。
工程光学应用
光学仪器在工业中应用广泛，主要用于检测、测量和控制等方面。例如，利用光学显微镜对产品表面进行微观检测，使用激光测量仪对生产线上的产品进行高精度测量，以及通过光束控制系统实现自动化生产。
折射望远镜使用透镜作为主反射镜，能够观测可见光波段的天体。反射望远镜使用凹面反射镜作为主反射镜，能够观测红外线和射电波段的天体。射电望远镜则专门用于观测射电波段的天体。
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总结词
摄影镜头是一种光学仪器，用于拍摄照片或录制视频。
总结词
摄影镜头的种类繁多，根据用途和功能可分为多种类型，如定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头等。
光的衍射
平面镜与透镜
平面镜是反射面为平面的镜子，具有反射光线的能力，且入射角等于反射角。
用于日常生活、光学仪器和科学实验中，如化妆镜、眼镜、显微镜、望远镜等。
平面镜的用途
平面镜的性质
中间厚边缘薄的透镜，具有汇聚光线的能力，可以用于制作放大镜、显微镜、望远镜等。
凸透镜Βιβλιοθήκη 凹透镜透镜的焦距中间薄边缘厚的透镜，具有发散光线的能力，可以用于制作近视眼镜、散光眼镜等。
光学仪器在科研领域的应用也十分广泛，主要用于物理、化学、生物等学科的研究。例如，利用光谱仪研究物质的结构和性质，使用干涉仪测量微小距离和角度，以及通过光学仪器观测天体和微观粒子等。
科研中常用的光学仪器还包括分光仪、干涉仪、光谱分析仪等，这些仪器在推动学科发展和科技进步方面发挥着重要作用。
光的干涉与衍射实验
通过双缝干涉实验，观察光波的干涉现象，了解干涉的条件和特点。
双缝干涉实验是研究光波干涉现象的基础实验之一。在实验中，通过调整光源、双缝和屏幕的距离，观察到明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的间距和双缝的间距，可以计算出光波的波长。
通过圆孔衍射实验，观察光波的衍射现象，了解衍射的条件和特点。
工程光学应用
光学仪器在工业中应用广泛，主要用于检测、测量和控制等方面。例如，利用光学显微镜对产品表面进行微观检测，使用激光测量仪对生产线上的产品进行高精度测量，以及通过光束控制系统实现自动化生产。
工程光学完整课件1
述观点
光学测量技 术的特点与 优势 光学 测量技术的
应用
光学测量技术的应 用
光学测量技 术在工业领
域的应用
输入你的正文，文 字是您思想提炼请 尽量言简意赅的阐
述观点
光学测量技 术在医疗领
域的应用
输入你的正文，文 字是您思想提炼请 尽量言简意赅的阐
述观点
光学测量技 术在军事领
域的应用
输入你的正文，文 字是您思想提炼请 尽量言简意赅的阐
实践环节的安排与要求
实验课程设置：包括实验项目、 实验内容、实验目的等
实验要求：实验前的准备、实验 过程中的注意事项、实验报告的 撰写等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
实验时间安排：每周实验时间、 实验周期等
实践环节的考核方式：考核内容、 考核方式、评分标准等
YOUR LOGO
THANK YOU
实验设备：光学仪器、光 源、光电探测器等
实验步骤：搭建实验装置、 调整光学参数、记录实验 数据、分析实验结果
注意事项：遵守实验室规 定，注意安全操作，保护 光学仪器
实验设备与操作方法
实验设备介绍：包括光学实验箱、显微镜、望远镜等 操作方法演示：通过图文并茂的方式展示实验步骤和操作技巧 注意事项提醒：强调实验过程中的安全问题和注意事项 实验报告撰写：说明实验报告的撰写方法和要求
述观点
光学检测技术的种类与特点
干涉测量技术：利用光的干涉现象进行测量，具有高精度、高分辨率 和高灵敏度的特点。
衍射测量技术：利用光的衍射现象进行测量，具有测量范围广、测 量精度高和抗干扰能力强的特点。
光学显微技术：利用光学显微镜对微小物体进行观察和测量，具有直 观、快速和简便的特点。
光学测量技 术的特点与 优势 光学 测量技术的
应用
光学测量技术的应 用
光学测量技 术在工业领
域的应用
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述观点
光学测量技 术在医疗领
域的应用
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述观点
光学测量技 术在军事领
域的应用
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实践环节的安排与要求
实验课程设置：包括实验项目、 实验内容、实验目的等
实验要求：实验前的准备、实验 过程中的注意事项、实验报告的 撰写等
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实验时间安排：每周实验时间、 实验周期等
实践环节的考核方式：考核内容、 考核方式、评分标准等
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实验设备：光学仪器、光 源、光电探测器等
实验步骤：搭建实验装置、 调整光学参数、记录实验 数据、分析实验结果
注意事项：遵守实验室规 定，注意安全操作，保护 光学仪器
实验设备与操作方法
实验设备介绍：包括光学实验箱、显微镜、望远镜等 操作方法演示：通过图文并茂的方式展示实验步骤和操作技巧 注意事项提醒：强调实验过程中的安全问题和注意事项 实验报告撰写：说明实验报告的撰写方法和要求
述观点
光学检测技术的种类与特点
干涉测量技术：利用光的干涉现象进行测量，具有高精度、高分辨率 和高灵敏度的特点。
衍射测量技术：利用光的衍射现象进行测量，具有测量范围广、测 量精度高和抗干扰能力强的特点。
光学显微技术：利用光学显微镜对微小物体进行观察和测量，具有直 观、快速和简便的特点。
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下面大家来做一道练习题：
在水中深度为 y 处有一发光点 Q，作QO垂直于水面，求射出水面 折射光线的延长线与QO交点Q＇的 深度与入射角i的关系。
（注：水相对空气的折射率为 n = 4 / 3 ）
四、光的全反射
一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发 生反射和折射现象。
由公式 nsinIn 'sinI' 可知，若： nn
天体
遥远的距离
观察者
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。
光束
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
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。
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。
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。 实际做法：从光束中取出一个适当的截面，再 求出其上几条光线的光路，即可解决成像问题。 这种截面称为光束截面。
记为 I m ,可知
sin
Im
n' n
重点：全反射的两个条件
（1）光密到光疏介质； （2）入射角大于临界角；
下面我们来看看全反射的应用：
（1）制成各种全反射棱镜，用于折转光路，代替平面反射 镜。
（2）制造光导纤维。
五、光路的可逆原理
光的直线传播定律、独立传播定律、折射 和反射定律是几何光学的基本定律，是研 究光线传播和成像问题的基础。
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
下面我们来分别认识它们吧！
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。
绪论
光学的发展史 光学的分类 本课程在测控领域的应用
课题引入：生活中，大自然中有关光的现象无处不在
彩 虹
日晕
提问环节
光学的分类
几何光学 物理光学 量子光学 现代光学
工程光学在测控领域的应用
精密仪器设计及制造
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
潜望镜
红外雷达和平 视显示器
§1.1 几何光学的基本定律
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。
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！
从本质上讲，光是电磁波，它是按照波 动理论进行传播。
重点：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。
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两 种均匀介质的分界面时的定律。
则： sinIsinI'
即折射光线较入射光线偏离法线，下 面我们来看看全反射现象的发生
θC
n1
n2
Incident beam Reflected beam Refringent beam
s in I ' 不可能大于1，此时入射光线将不能射入
另一介质。
按照反射定律在介面上全部被反射回原介质
对应于sinI' 1的入射角 I 被称为临界角
※从上述定律可以得到光线传播的一个重 要原理—光路的可逆性原理。利用这一原 理，可以由物求像，也可以由像求物。
• 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。
好累！太不方便 了！
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！
va vb
Cnb
nb na
两种介质的相对折射率等于两介质的绝 对折射率之比
（二）反射定律
入射光线
（1）反射光线在由 入射光线和法线所决定 的平面内
（2）入射角 I和反射角 I’’的绝对值相同，可 表示为
I" I
法线
N
I I” O
反射光线
符号相反说明入射光线和反射光线分居法线两侧。
工程光学
本课程的基本情 况
专业基础课
总学时：64 其中：理论学时：48 实验学时：16
教材及参考书
教 材： 《工程光学》 郁道银 谈恒英 机械工业出版社 参考书：《应用光学》 胡玉禧 安连生 中国科技大学出版社
《应用光学》 王文生 华中科技大学出版社
考核方式
闭卷考试 总评成绩比例：卷面70% 实验20% 平时10%
出射光线
即
sin I sin I '
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，
如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折
射率也称为绝对折射率，用 n b 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：在真空中光速， v b ：在介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
n ab
运 动 员 脚 下 的 秘 密
光学的研究目的
通过本门课程的学习，使大家了解在光电 测量仪器设计中所需的一些基本概念、基本设 计术语、基本设计方法等等。
光学的研究内容 采用光的直线传播概念，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。
第一章
几何光学的基本原理
本章内容
§1.1 几何光学的基本定律 §1.2 成像的基本概念与完善成像条件 §1.3 光路计算与近轴光学系统 §1.4 球面光学成像系统
（一）折射定律
I：入射角 I’：折射角
入射光线
法线
I
O
na
nb
I’ Q
N
出射光线
入射光线
法线
I O
（1）折射光线位于由入射光线和法线 所决定的平面内，折射光线和入射光
na 线分居法线两侧。
nb
I’ Q
（2）入射角的正弦和折射角的正弦 之比与两角度的大小无关，仅决定于
n 介质的性质，为一恒量 ab
N