07 第十四章几何光学解析

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第十四章几何光学

C4
构成共轴球面系统。
各曲率中心所在直线称为共轴球面系统旳主光轴。 1．逐一球面成像法
前一种球面出射旳光束对后一种球面来说是入射光束。所此前一种球面所成旳像就是后一种球面旳物，依次应用单球面折射公式，逐一对各球面成像。最终求出经过整个系统所成旳像。
【例14-2】
玻璃球(n=1.5)半径为r =10cm，一点光源放在球前 40cm处，求近轴光线经过玻璃球后所成旳像。
解：u =1m，n1 = 1.33，n2 = 1，r =∞
代入公式 n1 + n2 n2 - n1 得 uv r
1.33 + 1 0 1v
解得
v =－0.752m
像为虚像，位置水面下0.752米处。
二、共轴球面系统
两个或两个以上
n1
n2
n3 n4 n5
旳折射球面旳曲率
中心在一条直线上，
C2 C1 C3
第十四章几何光学
以几何定律和某些基本试验定律为基础旳光学称为几何光学。
一、几何光学旳基本定律： 1、光在均匀介质中旳直线传播定律。 2、光经过两种介质分界面时旳反射定律和折射定律。
折射定律：n1 sin i1= n2 sin i2 3、光旳独立传播定律和光路可逆原理。
第一节球面折射
一、单球面折射
b tanb h h v-d v
1、单球面折射式(14-
1)
n1 + n2 n2 - n1 uv r
(14 -1)
上式称为单球面折射公式，它描述了单球面折射在近轴光线条件下物距与像距旳关系。
注
意公式中n1为入射光线所在介质旳折射率，n2为折射光线所在介质旳折射率。
2、符号规则

几何光学ppt

06
几何光学系统设计
光学系统设计的基本步骤
确定设计目标
根据应用场景和需求，明确光学系统的目标。
制造和装配
根据设计方案，制造和装配光学元件，确保系统性能和质量。
选择合适的光源
根据设计目标，选择合适的光源，如LED 、激光器等。
优化光学系统
对设计好的光学系统进行优化，提高光学性能和稳定性。
设计光学系统

研究对象和内容
研究对象
几何光学的研究对象包括光线传播、光的干涉、光的衍射、成像等。
研究内容
几何光学的研究内容包括光线传播规律、光学仪器设计、图像处理等。
学科地位和意义
学科地位
几何光学是物理学的一个重要分支，也是光学工程、生物医学工程等领域的基础。
意义
几何光学在科学技术发展中具有重要地位，在日常生活中也有着广泛的应用，如照相机、显微镜、望远镜等光学仪器，以及光刻技术、光学通信等。
04
几何光学成像原理
成像的基本概念
1 2
光线传播方向
光线从物体反射或透射后，传播方向发生变化，遵循光的反射定律和折射定律。
光线会聚点
光线通过凸透镜或凹面镜反射后，会聚于一点，该点称为焦点。
3
光线成像路径
光线通过凸透镜或凹面镜反射后，从物体反射的光线经透镜折射后与镜面垂直，且交于一点，该点称为物点。
谢谢您的观看
02
几何光学基本概念
光线和光路
光线
在几何光学中，光线是指一条直线，它表示光的传播路径。
光路
光路是指光线从一个点传播到另一个点的路径，根据光路的可逆性，可以从发光点出发沿着光路找到接受平面上的亮点。
焦点和光焦度

难点单球面折射成像的原理

五、透镜的像差
透镜的像差——点光源或物体发出的光经透镜后所成的像偏离了理想的像的现象。
35
1、球面像差（球差）——远轴光线和近轴光线经透镜折射后不能会聚于光轴上一点的现象。
36
2、色像差 —— 不同波长的光通过透镜后不能在同一点上成像的现象。
37
第三节眼睛一、眼的光学结构
38
39
可应用单球面折射公式，采用逐次成像法来求光通过共轴球面系统的像的位置。
[例题11-3] 玻璃球(n=1.5)的半径为 10cm，一点光源放在球前40cm处。求近轴光线通过玻璃球后所成的像。
15
16
第二节透镜
透镜是具有两个折射面的共轴球面系统。透镜分为薄透镜、厚透镜及柱面透镜。
一、薄透镜公式
23
解：1、作图法
24
二、厚透镜
25
1、两焦点： F1——第一主焦点； F2——第二主焦点。
2、两主点： Hl——折射系统的第一主点，平面B1HlAl——第一主平面。 H2——折射系统的第二主点，平面B2H2A2——第二主平面。
26
从图11-7中可看出，无论光线在折
射系统中经过怎么样的曲折路径，在效
当υ=∞时，对应的u值即为透镜组的等效焦距f，则
111
f
f1 f 2
紧密接触的透镜组的等效焦距的倒数等于组成它的各透镜焦距的倒数之和。
22
第一透镜、第二透镜和透镜组的焦度之间的关系：
φ=φ1+φ2
这一关系常被用来测量透镜的焦度。
[例题11-4] 凸透镜L1和凹透镜L2的焦距分别为 20cm 和 40cm ， L2 在 L1 右边 40cm处。在透镜L1左边30cm处放置一物体PQ，求经透镜组后所成的像。

《几何光学》PPT课件

0
sin 1
r
sin 1
sin(
cos1
z)
r0
sin( Az )
29
表明光线在光纤中是弯曲的，正弦振荡其Z向空间周期为：
L cos1 2
若考虑近轴光线（与光纤轴夹角很小）cos1 1, 在轴上一点所发出的近轴光线都聚焦在z 2 点。
有自聚焦效应，可用来成像等
30
其数值孔径也定义为光纤端面处介质折射率与最大接光角正弦的乘积。
Outline of Geometric optics
几何光学的三个基本定律费马原理近轴成像理论
1
几何光学
以光线概念为基础研究光的传播和成像规律，光线传播的路径和方向代表光能传播的路径和方向。
作为实验规律，三定律是近似的，几何光学研究的是光在障碍物尺度比光波大得多情况下的传播规律。这种情况下，相对而言可认为波长趋近于零，几何光学是波动光学在一定条件下的近似。
n(0) cos1 n(r) cos n(rmax )
1
n2 (r)
cos2 n2 (0) cos2 1
28
路径光线在某点的斜率
dr dz
tg
1
(cos2
1
1) 2
dz
n(0) cos1
dr
[n2 (r) n2 (0) cos2 1]1 2
z r dr cos1 arcsin( r )
光在介质中走过的光程，等于以相同的时间在真空中走过的
距离。光在不同介质中传播所需时间等于各自光程除以光速
C
s s L t l
V cn c
c
32
n1 S1 n2
S2
Av
v2

几何光学-ppt医用物理学PPT课件

本单元测验题
第十四章几何光学
1 利用旋转矢量法确定下述各种t=0情况下的初相。
(1) x0 A 2,v0 0
(2) x0A 2,v00
(3) x0 22A,v00 (4) x023A,v00
2．已知波源在原点x＝0的平面简谐波方程为
y=acos(10πt-πx+π/3)，其中a、b、c均为常量，试确
理
论体
量子光学
以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，研究光的一系列规律
系
激光原理及应用
现代光学
傅立叶光学全息光学光谱学
非线性光学
P.6/33
几何光学
一、几何光学的基本定律
1. 光的直线传播定律： 2. 在均匀介质中,光沿直线传播
第十四章几何光学
2. 光的反射定律 i i
入射光线反射光线
P.10/33
第十四章几何光学
色散：白光通过三棱镜,折射时将各波长的光分散形成光谱
光的独立传播定律光在传播过程中与其它光线相遇时，不改变传播方向，各光线之间互不受影响，各自独立传播，会聚处，光能量简单相加
光路可逆性原理如果反射光或折射光的方向反转，光线将按原路返回
P.11/33
二、全反射
P.4/33
光是什么？
光的波粒之争
第十四章几何光学
惠
牛
更
顿
斯
微粒说
波动说
牛顿:物体发出的粒子流(微粒说) 惠更斯:光是一种波(波动说)
光的波粒二象性
P.5/33
第十四章几何光学
几何光学
以光的直线传播为基础,研究光在透明介质中的传播问题
经典光学

几何光学复习课件

投影仪的主要参数
亮度、对比度、投影尺寸等。
显示器的主要参数
分辨率、刷新率、色彩还原度等。
03
光学应用与实例
光学通信和光纤技术
总结词
利用光的传播特性实现信息传输的技术。
详细描述
光学通信利用光的传输速度快的优势，通过光纤传输信号，实现高速、大容量的信息传输。光纤技术是光学通信的核心，具有损耗低、频带宽、抗干扰能力强等优点。
光量子和光的能量
光量子
光的基本粒子，也称为光子，具有能量和动量。
光的能量
光具有的能量与其频率成正比，频率越高，能量越大。
光与物质的相互作用
01
02
03
反射
光在物质表面被反射，遵循反射定律。
折射
光在物质中传播速度发生变化时发生折射，遵循折射定律。
吸收
光被物质吸收，转化为其他形式的能量，如热能或化学能。
光学图像处理和计算机视觉利用光学成像系统获取图像，通过光学处理技术实现对图像的处理和分析。这种技术具有处理速度快、精度高、抗干扰能力强等特点，广泛应用于安防监控、医疗影像分析等领域。
04
几何光学中的物理概念
光速和光波
光速
光在真空中的传播速度，是一个恒定的值，约为3×10^8米/秒。
光波
光波是一种电磁波，具有振荡的电场和磁场，以波动的形式传播。
详细描述
光学信息存储和显示利用光的干涉、衍射、折射等原理，将信息编码为光信号，通过记录光信号的变化实现对信息的存储和显示。光盘、数字投影仪等都是光学信息存储和显示技术的应用实例，具有存储容量大、显示效果好等特点。
光学图像处理和计算机视觉
总结词
利用光学原理实现对图像进行处理和分析的技术。

第十四章几何光学

即：n1α+n2β =(n2－n1)θ
C
I
α≈tgα≈h/u β≈tgβ≈h/v θ≈tgθ≈h/r 代入上式后得：代入上式后得：
此即单球面折射成像公式，此即单球面折射成像公式，单球面折射成像公式此式适用于凸凹球面，应用时需注意符号规则。此式适用于凸凹球面，应用时需注意符号规则。
3、虚实规定法、
=f，则上式写为：令f1=f2=f，则上式写为：
称为薄透镜成像公式的高斯形式。称为薄透镜成像公式的高斯形式。焦距的倒数1/f表明透镜对光线会聚和发散的本领称焦距的倒数1/f表明透镜对光线会聚和发散的本领称 1/f 为透镜的焦度仍用φ表示，φ=1/f。焦度，为透镜的焦度，仍用φ表示，φ=1/f。会聚透镜的焦度为正；发散透镜的焦度为负，会聚透镜的焦度为正；发散透镜的焦度为负， (D)。的单位为：屈光度(D) φ的单位为：屈光度(D)。
n1=1 O P1 n2 P2 I I1
得：v1=60cm
60cm，为第二球面的虚物， =d- =20-60=I1距P160cm，为第二球面的虚物，故u2=d-v1=20-60=-40cm, r=r=-10cm, n1=1.5 , n2=1 , 求v 2，
=11.4cm,为实像为实像。得：v2=11.4cm,为实像。
F2 f2 n
（4）、焦度与焦距的关系：）、焦度与焦距的关系：焦度与焦距的关系若 n=1, 则：Φ=1/f
例14-1：圆柱形玻璃棒（n=1.5）的一端是半径为2cm的 14圆柱形玻璃棒（n=1.5）的一端是半径为2cm的 2cm 凸球面。当棒置于空气中时，凸球面。求:（1）当棒置于空气中时，在棒的轴线上距离棒端外8cm处的物点所成像的位置。 8cm处的物点所成像的位置离棒端外8cm处的物点所成像的位置。解：当棒置于空气中时，当棒置于空气中时， =1.0， =1.5，r=2cm， n1=1.0，n2=1.5，r=2cm， u=8cm， u=8cm，代入公式

14-07圆孔衍射光学仪器分辨率

14-7圆孔衍射光学仪器的分辨本领 142. 光学仪器的分辨本领几何光学: 几何光学物点 ⇒ 象点 (经透镜经透镜) 经透镜波动光学：波动光学：
S1 S2
靠近时，当S1 S2靠近时，衍射斑将重叠而分辨不清。斑将重叠而分辨不清。瑞利判据：瑞利判据：两爱里斑的中心距离等于爱里斑的半径两物点恰能分辨。时，两物点恰能分辨。
14-7圆孔衍射光学仪器的分辨本领 14-
第十四章波动光学
美国波多黎各阿里西玻谷地的射电望远镜
最小分辨角 θ 0 = 1 . 22
14-7圆孔衍射光学仪器的分辨本领 14-
第十四章波动光学
哈勃太空望远镜
哈勃太空望远镜拍摄的照片
1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜年发射的哈勃哈勃太空望远镜的凹面物镜 " 的直径为2.4m ，最小分辨角θ0 = 0.1 ，在大气层的直径为最小分辨角可观察130亿光年远的太外 615km 高空绕地运行 , 可观察亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 . 空深处, 发现了
λ
爱里斑的直径
14-7圆孔衍射光学仪器的分辨本领 142. 光学仪器的分辨本领几何光学: 几何光学物点 ⇒ 象点 (经透镜经透镜) 经透镜波动光学：波动光学：物点 ⇒ 象斑
(经透镜经透镜) 经透镜
第十四章波动光学
S1 S2
靠近时，当S1 S2靠近时，衍射斑将重叠而分辨不清。斑将重叠而分辨不清。
14-7圆孔衍射光学仪器的分辨本领 14一圆孔衍射
第十四章波动光学
爱里斑(集中约84%的光能) 爱里斑(集中约84%的光能) 84%的光能
D
θ
f

第十四章光的衍射

相邻条纹的间距 x f 7.5cm
ab
衍射中央明条纹宽度 x 2 f 8x 60cm
a
31
四条等宽等间距的狭缝，缝宽为a，相邻缝间距为2a，其中缝1总
是打开的，缝2，3，4可以打开，也可以关闭。今设有波长为
的平行单色光垂直入射在狭缝上。下面画出了夫琅和费衍射图样的相对光强分布曲线，试分别填出它们各对应的是哪几条缝打开
D
二、光学仪器的分辨本领
不两物点或发光点经透镜成像时，能由于衍射，所成的像是两个有一定分大小的斑点（爱里斑），当两物点辨
靠近时，两衍射斑将发生重叠。
13
ห้องสมุดไป่ตู้
瑞利判据：
两物点对透镜中心张角 = 爱里斑半角宽θ0 时 ——恰能分辨
最小分辨角：
0
1.22
D
光学仪器分辩本领：
R 1 D
1.22
衍射角为300，已知透镜的焦距为0.6m. 求（1）此光栅中每个单缝的宽度a为多大？
（ 2）在衍射角为－300到300的范围内可以看到多少条亮条纹？相邻条纹的间距为多大？
解：（1）a sin 300 a 2 1200 nm
(2)(a b) sin 300 k k 4
第4级为缺级
在衍射角为－300到300的范围内可以看到7条亮条纹。
因此Nmax 19条
又光栅条纹中存在缺级
即（a b) sin k (亮纹） k (a b) 3 a sin k （暗纹） k a
缺级：k 3k, k 3,6,9
Nmax 29 1 6 13条
30
例：波长为600nm的单色光垂直照射到光栅常数为4800nm 的光栅上，在屏上形成衍射条纹。若第一次缺级处对应的

第十四章光的衍射上一章我们讨论了光的干涉,本章将讨论光的衍射。光

第十四章光的衍射上一章我们讨论了光的干涉，本章将讨论光的衍射。

光在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘继续前进，这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。

和干涉一样，衍射也是波动的一个重要特征，它为光的波动说提供了有力的证据。

当激光问世以后，人们利用其衍射现象开辟了许多新的领域。

§14.1 光的衍射惠更斯-菲涅耳原理一、光的衍射现象及分类在讨论机械波时我们已经知道，衍射现象显著与否取决于孔隙（或障碍物）的线度与波长的比值，当孔隙（或障碍物）的线度与波长的数量级差不多时，才能观察到明显的衍射现象。

然而，对于光波，由于波长远小于一般障碍物或孔隙的线度，所以光的衍射现象通常不易观察到。

而光的直线传播却给人们留下了深刻的印象。

在实验室中，采用高亮度的激光或普通的强点光源，并使屏幕的距离足够大，则可以将光的衍射现象演示出来。

图14-1（a）是一个光通过单缝的实验，S为一单色点光源，K是一个可调节的狭缝，E为屏幕。

实验发现，当S，K，E三者的位置固定的情况下，屏幕E上的光斑宽度决定于缝K的宽度。

当缝K的宽度逐渐缩小时，屏E上的光斑也随之缩小，这体现10m），屏E上的光斑不但不缩小，反而了光的直线传播特征。

但缝K宽度继续减小时（<-4增大起来，这说明光波已“弯绕”到狭缝的几何阴影区，光斑的亮度也由原来的均匀分布变成一系列的明暗条纹（单色光源）或彩色条纹（白光光源），条纹的边缘也失去了明显的界限，变得模糊不清，如图14-1（b）所示。

衍射系统是由光源、衍射屏和接收屏组成，通常根据三者相对位置的大小，把衍射现象分为两类。

一类是光源和接收屏（或其中之一）与衍射屏的距离为有限远时的衍射，称菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏与衍射屏的距离都是无限远时的衍射，即入射到衍射屏和离开衍射屏的光都是平行光的衍射，称为夫琅禾费衍射。

如图14-2所示。

本章着重讨论单缝和光栅的夫琅禾费衍射及应用。

图14-1 光的衍射现象实验（a）菲涅耳衍射（b）夫琅禾费衍射图14-2 衍射分类二、惠更斯-菲涅耳原理惠更斯原理指出：波阵面上的每一点都可看成是发射子波的新波源，任意时刻子波的包迹即为新的波阵面。

几何光学(课堂PPT)

l
r1 ( r2)
l
近轴条件下，略去项， h 2
l s l s
n 1hn 1hnhn hn 2hn 2h0 r1 s r1 r2 r2 s
.
34
n2 n1 nn1n2n
s s
r1
r2
薄透镜的物像公式
物方焦距像方焦距
fsl im sn1 n r1n1n2r 2n
fls i m sn2 n r1n1n2r 2n
.
5
4、物方空间和像方空间：一个成像的光学系统将空间分成两部分，入射的同心光束所在的空间为物方空间，出射的同心光束所在的空间为像方空间。
5、折射率（n)
6、光程
.
6
2.2几何光学的基本定律、定理
1、光在均匀介质中的直线传播定律。 2、光通过两种介质分界面时的反射定律
和折射定律。 3、光的独立传播定律和光路可逆原理。 4、费马（Fermat）原理：两点间光的实际
基础,研究光在透明介质中传播和
成像问题的光学----几何光学
.
1
一、几何光学历史二、几何光学基本概念、定理、定律三、光在平面上的反射和折射、全反射四、光在球面上的反射和折射五、薄透镜成像
.
2
一、几何光学历史墨子及其弟子在《墨经》中，记载着光的直线传播（影的形成和
针孔成像等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，并提出了一系列经验规律，把物和像的位置及其大小与所用镜面曲率
1、墨克欧阿人联莱子几眼勒系蒙里构·起（哈得得造来增和前所及。著托著视这4有勒《觉6是《密8光作关光研-学用于前学究》做光全了3研了学书光7究详知6》的了尽识），折平的的研射面叙最究现镜述早了象成。记球，像反录面最问对。镜先题欧和测，几抛定指里物了出得面光了和镜通反托的过射勒性两角密质种等关，介于于并质眼对分 2、欧界入睛光面几射是发时角以出里的的球光入得反面线射射形才（角定式能和前律从看折。到光3射源物3角0发体。-出的前；学2反说7射，5光认）线为与光入线射来光自线于同看面到且的入物射体面，垂并直且 3、克于莱界面蒙。得（50-？）和托勒密（90-168） 4、阿沈入括的勒撰研·写究哈的，增《并梦说（溪明9笔了6谈月5》相-1对的0光变3的化8直规）线律传及播月及食球的面成镜因成。像做了比较深 5、沈培根括提（出了1用0透31镜-矫1正09视5力）和采用透镜组构成望远镜的想法，并描述了 6、培透镜根焦（点的法位国置。1214-1294）

大学物理下册课件第十四章光学-几何光学

近轴条件下，角-u与-u′都很小，得
(u)tan(u) h (s)
u tanu h s
tan h
r
2021/6/20
物距
实像点像距19
即得单球面在近轴条件下的折射公式
n nnn s s r 当入射光为与主光轴平行的平行光时，像方焦点F′，像方焦距
f n r n n
当像点位于像方无穷远处时，物方焦点F，物方焦距 f n r n n
2021/6/20
5
§14–2 几何光学基本定律
用带有方向的几何线表示光的传播方向这种几何线称为光线
一、光的直线传播定律
在均匀介质中光沿直线传播，光线为直线
高首
屏壁
上光
高
光之入照若射
下足
午下光
景库端下
墨经(两千年前)对针孔成像的记载
2021/6/20
在远近有端(小孔) 于光，故景库(倒像)内也
r'' n'' P S 到P 的光程为
r'
n'
S 光波经过两种介质
2021/6/20
n' r' + n'' r''
12
§14-3 光在平面上的反射和折射
一个发射光线的光源与几何点一样,只有几何
位置而没有大小
点光源物点
这样的光源称为点光源或物点
单心光束
发散光束
像
像点
点虚像
实
像
2021/6/20
针孔成像是光沿直线播的典型实例
6
非均匀介质中光线将因折射而沿曲线传播
炎热夏日的阳光下，远处路面似乎是潮湿的

几何光学讲解PPT课件

i2 i2 '
2、最小偏向角
i1 i1',i2 i2 '
偏向角最小，称为最小偏向角。n sin ( m) / sin / 2
第5页/共69页
2
3、三棱镜的色散
法线
i1
i2
白光
三棱镜的色散
第6页/共69页
红
青紫
第7页/共69页
第8页/共69页
§2 惠更斯原理
一、波的几何描述波面（波阵面）、平面波、球面波的概念
第44页/共69页
第45页/共69页
四、薄透镜傍轴成像的牛顿公式：
s, s 高斯公式中是从O点算起的，薄透镜傍轴成像时也可以将物像方的焦
点
作为计算起点，此时成像的符号法则也要做如下的调整：
F , F
若入射光从左向右传播、计算起点分别是薄透镜的物方焦点
F F ' 和像方焦点
，物像点分别为
Q、Q ' 以及物像
二、实象虚象实物虚物
实象（物）：有实际光线会聚（发出）的点。虚象（物）：无实际光线会聚（发出）的点。
第17页/共69页
成像实例
第18页/共69页
第19页/共69页
实物、实象、虚象的联系与区别
实物与实象：联系：均为有光能量存在的光束顶点。区别：光能量的传播范围不同。
实象与虚象：联系：均为经反射、折射后所得的象点。区别：象点处光能量有无状态不同。
平面反射能实现理想成象。
四、物像之间的等光程性虚光程等光程面
第21页/共69页
§5 共轴球面组傍轴成像
一、球面的几个概念符号法则
r
C
O
球面顶点：O

《几何光学成像》课件

工作原理
通过反射镜和透镜的组合，将远处的物体放大并形成清晰的图像。
应用领域
天文学、军事侦察等。
CHAPTER 04
几何光学成像的应用
摄影与摄像
摄影
通过几何光学成像原理，摄影师能够理解和Байду номын сангаас握如何使用镜头、光圈和快门速度等参数来控制图像的清晰度和景深，从而拍摄出高质量的照片。
VS
摄像
在视频拍摄中，几何光学成像原理同样重要。专业摄像师需要掌握如何使用镜头和灯光来保持画面清晰、色彩鲜艳，并控制景深和焦点。
光线在均匀介质中沿直线传播，当光线遇到不同介质的界面时，将发生反射和折射现象。
光的直线传播的应用
在摄影、投影、光学仪器等领域有广泛应用，如照相机的镜头、电影放映机的聚光镜等。
光的反射定律
光的反射定律
入射光线、反射光线和法线在同一平面内，入射角等于反射角。
镜面反射和漫反射
镜面反射是指光线在平滑表面上的反射，漫反射则是光线在粗糙表面上的散射。
医学影像技术
医学影像技术
在医学领域，几何光学成像技术广泛应用于各种医学影像设备的制造和设计，如X光机、CT扫描仪和核磁共振成像仪等。这些设备利用几何光学原理来生成高质量的医学图像，帮助医生准确诊断病情。
显微镜
显微镜是另一种重要的医学影像设备，它利用几何光学成像原理来放大微小物体，以便观察和研究。在生物学、医学和科学研究领域，显微镜是不可或缺的工具。
原理
光线在同一种介质中沿直线传播，当光线通过透镜等光学元件时，会发生折射或反射，改变光路，最终在像平面汇聚形成倒立的实像或虚像。
几何光学成像的重要性
科学基础
几何光学成像作为光学和视觉科学的基础，是理解光线传播规律、光学仪器设计和视觉感知机制的关键。

光学中的几何光学及相干光线

光学中的几何光学及相干光线在万物光明的世界里，光学成了人们研究的重点之一。

而几何光学便是其中的一种研究方法。

几何光学的基本概念在我们的生活中也有所体现，如透镜、棱镜等，都可归纳为几何光学范畴。

在此，我们将深入探讨几何光学的一些基本概念，以及相干光线的影响。

1. 几何光学的基本概念几何光学是指从光线传播的角度来研究光学现象的方法。

它将光线看作沿着直线传播的粒子，忽略了光线的波动性和光子的能量。

因此，几何光学只适用于光线传播的场合，而较为粗略地描述了光学现象。

透镜是一种常见的光学元件，其基本原理即为折射定律。

折射定律表示：入射光线在经过介质界面处发生折射时，入射角和折射角的正弦值之比保持不变。

由折射定律可知，透镜所起的作用即为焦点成像。

而透镜的焦距便是该作用的度量。

当物距（目标距离）与透镜之间的距离等于焦距时所形成的像叫做“正焦点”像；当物距大于焦距时，成像距离小于透镜到物体的距离，即形成了放大的像，如凸透镜所成之像；而当物距小于焦距时，成像距离大于透镜到物体的距离，即形成了缩小的像，如凹透镜所成之像。

2. 相干光线及其影响相干光线是一种光波的特殊形式。

相干光线的光源通常是一个单色激光，或是通过单色光滤波器过滤的太阳光，是一条唯一的波长和波形相同的纯光线。

相干光线在几何光学中表现出的特性极为重要。

光与物体相互作用时，光的波动性影响着光波的干涉和衍射现象。

相干光线经过屏障后，形成了干涉条纹，又称“光的干涉”。

干涉条纹的密度与屏障孔径的大小有关，孔径越小，干涉条纹的密度越大。

根据干涉条纹的不同表现形式，人们可以得出各种光波干涉比较精确的测量方法。

我们通常使用的多色光源，如白光灯、白炽灯，所发出的光线具有多种波长，其光线之间无法形成相干光线，所以不会发生明显的干涉现象。

而单色激光发出的光线波长单一，光线之间可以形成相干光线，因此有着较明显的干涉和衍射现象。

在现今的科学和技术领域中，相干光线的应用越来越广泛。

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