几何光学PPT课件

一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应； 一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交 而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件 发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
球面波，会聚为物体的完善象。
物象都有虚实之分： 实物— 物方实际光线直接相交而成的点。 虚物— 物方实际光线不能相交，延长线相交而成的点。 实象— 象方实际光线直接相交的点。 虚象— 象方实际光线不能直接相交，反向延长相交。 物空间— 构成物的光线所处的空间。（实物、虚物） 象空间— 构成象的光线所处的空间。（实象、虚象）
iQ＝arcsin (n′/n )
全反射应用：
使光线传播方向改 变90°
使光线传播方向改变 180°,使象的方位A、 B倒转过来 ，但左右 方位C、D不变
使象的上下方位A、 B和左右方位C、D 都倒转过来
n0 i
γ ic
n2 n1 n2 (b)
sin
ic
n2 n1
n0siinn1sin
ic 90
n1QQn2OO
QQOQsin I1 OOOQsiIn2
n1siI1 nn2siIn 2
等价
等价
费马原理
马吕斯定律
光的直线传播定律
光的反、折射定律
三、 成像的概念
1. 光轴
组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心在同一条 直线上的光学系统称为共轴光学系统，该直线称为光轴。 2. 成像的有关概念
由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚 交在一点A′，则A为物点， A′为物点A通过光学系统 所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。
2. 光源— 辐射光能的物体
点光源：用特定的几何点表示的发光体。
•
线光源 ：
面光源：
点光源— 当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以 忽略时，此光源可认为是点光源。
点光源被认为没有体积和线度，所以能量密度应为无 限大。
3. 光线— 无体积、无直径，有能量、有方向，能够传输 能量的几何线。
光线方向代表光能传播的方向。 4. 波面— 某一时刻，振动位相相同的各点构成的面。
例：由反射定律和折射定律可知，当光线自B点或C点投 射到分界面上O点时，反射光线或折射光线必沿OA方向 射出。
全反射：当入射光的入射角I大于某值时，两种介质的 分界面把入射光全部反射回原介质中去，这种现象称为 “全反射”或“完全内反射”。
条件：光密 光疏（n> n′ ）， i>iQ （零界角）
n • sin i=n′• sin i′（ i′＝90° ）
反射定律可表示为 I I''
4. 光的折射定律
折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点
的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦
之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定
波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一
常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在
介质折射率之比。
说明：
1. 物点不管是虚的还是实的，都是入射光线的交点；像点则是出射 光线的交点。无论是物还是像，光线延长线的交点都是虚的，而实 际光线的交点都是实的。
2. 物象空间的判断方法—— 光学系统第一个曲面以前的空间称为 “实物空间”，第一个曲面以后的空间称为“虚物空间”；光学系 统最后一个曲面以后的空间称为“实像空间”，最后一个曲面以前 的空间称为“虚像空间”。
第一章 几何光学的基本定律与成像概念
一、基本概念 1. 光波— 电磁波（横波）
可见光波长：400nm—760nm 4000Å－7600 Å 0.4μm—0.76μm
在可见光范围内，不同波长引起不同颜色感觉。 单色光— 具有单一波长的光。 几种单色光混合而成为“复色光”。 真空中光速 c=3×108m/s 介质中光速 v=c/n n： 一定波长的单色光在真空中的传播速度(c)与它在给 定介质中传播速度(v)之比，定义为该介质对指定波长的 光的绝对折射率（n）。
2）费马原理：光线从A到B，经过任意多次折射或反射，其光程为极值。
（对s的一次微分为零）
s
B
ndl 0
A
可以解释光的直线传播、反射、折射定律。
6. 马吕斯定律（波面与光束、波面与光程的关系） 垂直于波面的光线经过任意次折射、反射，出射波面
仍与出射光束垂直，且入射波面与出射波面对应点之间 光程相同。
3. 物空间（不论是实物还是虚物）介质的折射率是指实际入射光 线所在空间介质折射率，像空间（不论是实像还是虚像）介质的 折射率是指实际出射光线所在空间介质的折射率。
4. 物和像都是相对某一系统而言的，前一系统的像则是后一系统 的物。物空间和像空间不仅一一对应，而且根据光的可逆性，若 将物点移到像点位置，使光沿反方向入射光学系统，则像在原来 物点上。这样一对相应的点称为“共轭点”。
二、基本定律
1. 光的直线传播定律 在同一种各向同性、均匀介质中，光沿直线传播。 2. 光的独立传播定律 从不同光源发出的光束以不同方向通过空间某点，互 不影响，各自独立传播。 3. 光的反射定律
反射定律可归结为：入射光线、 反射光线和投射点法线三者在同一 平面内，入射角和反射角二者绝对值 相等，符号相反。即入射光线和反射 光线位于法线的两侧。
0iarcsinn12 n22 n0
n 0 ＝1
n0siin n1co ic s n12n22
5. 费马原理（光程极值原理）
1）光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n • l
均匀介质
m层均匀介质
连续变化的非均匀介质
s=n • l=c • t
m
s
ni li
来自百度文库
i 1
B
s A ndl
折射定律可表示为：ssiinnII
n n
或： nsiIn nsiIn
若令 nn，得 II ，即为 反射定律。这表明反射定律可以 看作为折射定律的一种特例。这 在几何光学中是有重要意义的一 项推论 。
两种重要的光的传播现象：光路的可逆性及全反射
光路的可逆性：假定某一条光线，沿着一定的路线。由 A传播到B，如果我们在B点沿着出射光线，按照相反的方 向投射一条光线，则此反向光线仍沿着此同一条路线，由 B传播到A。光线传播的这种性质，叫做“光路可逆性”。
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。 波面法线方向即为光传播方向。
光源
光线
波面
5. 光束— 与波面对应的法线集合。
同心光束— 波面为球面，聚于一点。 发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。 会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。
平行光束— 波面为平面。 象散光束— 波面为曲面，不聚于一点。