1工程光学讲稿(球面).pptx

（2）可见光波长λ为380nm—760nm。对于不同波长的光，人们感受到的 颜色不同。
（3）光在真空中的传播速度c为：30万公里/秒，在介质中的传播速度小
于c，且随波长的不同而不同。
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（4）单色光：具有单一波长的光。 （5）复色光：不同波长的单色光混合而成的光。 2、光线 （1）光源（发光体）：能够辐射光能的物体。如日光灯、太阳、白炽灯、 碘钨灯、钠灯、激光器等。当光源的大小与它的作用距离相比可忽略时， 此光源可称为点光源或称为发光点。 （2）光线：由发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线。 3、波面：由发光点发出的光波向四周传播时，在某一时刻其振动位相相同 的各点构成的曲面。 4、光束：与波面对应的法线束。 5、光波的分类：平面波、球面波（发散光波和汇聚光波）、任意曲面波
，在光线反射的情况下，只要令 n’ = -n，所有折射光线传播的计算均适
合反射光线。
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例题：一个圆柱形空筒高16cm，直径12cm。人眼若在离筒侧某处能见到筒 底侧的深度为9cm；当筒盛满液体时，则人眼在原处恰能看到筒侧底。求该 液体的折射率。
在ΔAOD中，根据几何关系有
AOD arctg( AD ) arctg( 9 ) 36.860
非同心光束
发散光束 会聚光束 平行光束
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二、几何光学的基本定律
1、光的直线传播定律 在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的。
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2、光的独立传播定律 从不同光源发出的光线，以不同的方向经过某点时，各光线独立传播
着，彼此互不影响。
一般情况下，在交汇区总光
S1
强是两束光单独存在时光强
2
之和。
I=I1+I2 1
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重点内容
几何光学的基本定律； 单个折射球面的符号规定； 单个折射球面的物象位置和大小的关系； 共轴球面系统的物象位置和大小的关系。
教学要求
掌握几何光学的基本定律、成象的基本概念； 理解完善像的条件； 掌握单个折射球面的光线光路计算； 掌握球面镜的光学计算。
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§1.1 几何光学的基本定律
一、光波与光线
AO
12
且 I2 DOC 900 AOC 53.140
I1
BC arctg(
OC
)
12 arctg( )
16
36.860
2
光学 -ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分类 人们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。
光学 - 內容 几何光学
不考虑光的波动性以及光与物质的相互作用，只以光线的概念为基础， 根据实验事实建立的基本定律，通过计算和作图来讨论物体通过光学系统的 成像规律。它得出的结果通常是波动光学在某些条件下的近似或极限。 物理光学
是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以 也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振， 以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。 量子光学
三、教学的内容及学时安排
讲授教材的几何光学和物理光学。 课堂教学50学时＋6学时的实验课，总计56学时。
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第一章 几何光学基本定律与成像概念
教学内容
几何光学的基本定律：光的直线传播定律、光的独立传播定律、反 射定律和折射定律（全反射及其应用）、光路的可逆性、费马原理（最 短光程原理）。 完善成像条件的概念和相关表述。 应用光学中的符号规则，单个折射球面的光线光路计算公式（近轴、 远轴）。 单个折射面的成像公式，包括垂轴放大率β、轴向放大率α、角放 大率γ、拉赫不变量等公式。 球面反射镜成像 共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）。
光是一种电磁波，在物理学中， 电磁波由电磁学中的麦克斯韦
方程组描述。同时，光又具有波粒二象性。
狭义来说，光学是关于光和视见的科学，早期只用于跟眼睛和视见相 联系的事物。
广义来说，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广 波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相 互作用的科学。
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若1=2、位相差不随时间变化, 且不是垂直相交此区内的光强分布将呈 现为相干分布。
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3、反射定律和折射定律
反射定律：
（1）入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内
（2）入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线
位于法线的两侧，即： I = - I"
折射定律：
（1）入射光线、折射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。
量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传 输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科。
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工程光学 将光学理论应用在工程领域的学科——工程光学。
二、课程的性质、任务和内容
工程光学是测控技术与仪器专业必修的技术基础课，在专业培养方案中 是非常重要的技术基础课。本课程主要讲授几何光学中的高斯光学理论、典 型光学系统实例及应用；物理光学中的干涉、衍射、偏振的光学现象、原理 和它们在工程中的应用，通过本课程的学习使学生能够掌握工程光学的基本 概念、基本原理，初步掌握测量仪器的光学元件、光学系统的设计，同时为 专业课的学习打下一个良好的基础。
上篇 几何光学与成像理论
第一章 几何光学基本定律与成像概念
第一节 几何光学的基本定律 第二节 成像的基本概念与完善成像条件 第三节 光路计算与近轴光学系统 第四节 球面光学成像系统
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一、光学 - 简介
光学真正形成一门科学，应该 从建立反射定律和折射定律的时代 算起，这两个定律奠定了几何光学 的基础。 光学 - 定义
（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比和入射角的大小无关，只与两种
介质的折射率有关。折射定律可表示为:
sin I n' 或 n sin I n'sin I ' sin I ' n
I I''
n
在折射定律中，若令n’ = -n,则得到反射定律，因此 n'
I'
可将反射定律看成是折射定律的一个特例。根据这一特点
1、光波
（1）光是一种电磁波,其在空间的传播和在界面的行为遵从电磁波的一般 规律。
10-10
10-8
10-6
宇宙射线 Γ射线
10-4 10-2 1
102 104 106
108
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x射线 光 波
短波 中 长波
波
λ/μm
软x射线
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真空
紫可 外见
近红
紫外线 线 光 外线
中红外线
远红外线
λ/μm
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