《几何光学基本原理》PPT课件
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几何光学的基本原理课件1
会聚薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法 --过物方某副焦点的入射光线
.F1
P.
. . O P’
F
21
发散薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法
. --过物方某副焦点的入射光线 F1
P. . O .
P’
F
22
• PA为从物点P发出的任一光线,与透镜交 于A点;
• 过透镜中心O作PA平行于的副轴OB’,与 象方焦平面交于点B’;
(2)平行于主轴的入射光线,反射后反射光线的反向延长线必过 主焦点F。上述二条光线反向延长线的交点即为像点。
单球面反射--轴上物点及任意光线的作图求象法 -平行于某副光轴的光线
P.
P’ F F’ C
.. +
O
.F1’
轴上物点成像
• 轴上物点成像 • (1)沿主轴的入射光线,反射后,沿原方向返
回。 • (2)平行于某一副光轴的入射光线,反射后,
与物方焦平面交于B点; • 作辅助线(副轴)BO,过A作与BO平行的
折 射 光 线 与 沿 着 主 轴 的 光 线 交 于 点 P’ , 就是物点P的象点。
19
同样,也可以利用象方焦平面及副轴作图 • 以上两种作图法,对凹透镜也同样适用,
只要注意凹透镜的象方焦平面在物空间, 物方焦平面在象空间
20
n n水 n水 n
n水 n n水
r 2
39cm
r
r
f
n水
n水 r 39cm
n n水 n水 n n n水 2
r
r
43
作图法求得象的位置为P′处:
P′
P O
F′
-s=20cm -s′
f′=39cm
几何光学ppt
几何光学的基本概念
01
光线
光线是几何光学的最基本概念,它表示光的传播方向和路径。
02
成像
成像是指光线经过透镜或其他介质后,在另一侧形成光像的过程。
02
光线的基本性质
光线传播的基本原理
光线的直线传播
光在均匀介质中是沿直线传播的,大气层是不均匀的,当光从大气层外射到地面时,在空中的传播路线变成曲线。
反射定律
光线从一种介质射向另一种介质时,在两种介质的分界面处,一部分光线会改变传播方向,回到第一种介质中传播,这种现象称为光的反射。
折射定律
光线从一种介质射向另一种介质时,在两种介质的分界面处,光线与界面不平行,而是发生偏折,这种现象称为光的折射。
反射定律与折射定律
光线的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时,它们的振幅相加,而光强则与振幅的平方成正比。当两束光波的相位差为2π的整数倍时,它们的光强相加,产生干涉现象。
几何光学与量子力学的关系
量子力学在光学中的应用
量子力学对光的相干性的研究有助于理解光场的波动性质,解释例如干涉和衍射等现象。
另一方面,量子力学对光的量子性质的研究揭示了光子的粒子性质,为量子信息处理和量子计算等领域提供了基础。
量子力学在光学中的应用主要集中在光的相干性和光的量子性质的研究上。
06
光学系统的组合与优化
显微镜和望远镜都是通过组合不同的透镜和反射镜等光学元件来优化光学性能,以实现更好的成像效果。
照相机的基本结构
照相机的工作原理
照相机的自动对焦与防抖功能
照相机的基本原理
04
几何光学应用实例
近视、远视和散光现象
01
近视、远视和散光是常见的视力问题,几何光学原理在眼镜设计中起到关键作用,通过矫正镜片的光学特性,能够减少或消除这些视力问题。
最新第一章:几何光学基本原理教学讲义PPT课件
Applied Optics
光学的应用
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
通信:光缆通讯
Applied Optics
光学的应用
工业
通信
农业
日用
医学
军事
天文
日用:扫描仪、照相 机
Applied Optics
光的本质
光的本质的认知过程
1666年 牛顿
微粒说 弹性粒子
1678年 惠更斯 波动说 以太弹性波
1801年 托马斯·杨 双缝实验
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!
Applied Optics
❖ 从本质上讲,光是电磁波,它是按照波动理论进 行传播。
• 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。
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
Applied Optics
课程内容
▪第一章 ▪第二章 ▪第三章 ▪第四章 ▪第五章 ▪第六章
几何光学基本原理 共轴球面系统的物像关系
平面镜棱镜系统 光学系统的光束限制 光学系统成像质量评价
目视光学系统
Applied Optics
参考书目 1、安连生,《应用光学》,北京理工大学出版社 2、郁道银,《工程光学》,机械工业出版社 3、胡玉禧,《应用光学》,中国科技大学出版社
❖ 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
Applied Optics
❖ 像散光束:光线既不平行,又不相交,波面为曲面。
一章几何光学的基本原理0ppt课件-PPT文档资料
1.1 光线的概念
一、光线与波面
1、光源:发光物体统称光源 点光源 面光源 以外形抽象 扩展光源 分类 线光源 2、光线:表示光波能流传播方向 3、波面:是电磁波位相相同点的集合 在各向同性媒质中,能量传播方向垂直于波面, 即光线是波面的法线方向。
平面波 平行光
球面波 发散光
球面波 会聚光
二、几何光学的基本定律
( 1) ——近轴条件下的物象公式
n'n r
——光焦度
r , 则 3. 平面
n' p' p n
1 1 2 4. 反射(n'= -n), 物象公式为: p ' p r
5. 象方焦点:轴上无穷远物对应的象点F'。 物方焦点:轴上无穷远的象点对应的物点F。 焦距:顶点到焦点的距离(象方焦距f ', 物方焦距f ),它们遵守符号法则。 n 'r f ' n ' n 根据焦距的定义,有 ( 2) nr f n ' n
2. 共轴光具组 界面是球面(包括平面) ,所有球面的球心在一条 直线上,这种系统称为共轴光具组。 主轴:球心间的连线
光学系统 共轴光具组 非共轴光具组
3. 单心光束——光束中的光线(包括延长线) 交于 一点。
象散光束——光束中的光线不交于 一点。 (包括延长线)
多是经过光学系统后引起
二、物和像的概念 所谓的“入射”“出射” 物——入射单心光束的心。 是对某一光学系统而言 L1: 实物虚像 像——出射单心光束的心。 实物——入射发散光束的心。 L2: 实物实像 物 虚物——入射会聚光束的心。 L3: 虚物实像 L1 L2: 实物实像 实像——出射会聚光束的心。 像 L1 L2 L3: 实物实像 虚像——出射发散光束的心。
几何光学完整PPT课件
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”。
1. 共轴球面系统的结构参量: 各球面半径:r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔:d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率:n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
精选
31
2. 转面公式
原则:前一折射面的象为后一面的物 ,前一面的象空间为后一面的物空间
4. C-球心 r-球面曲率半径 I 、I′-入、折射角
5. A 、A′-物点、象点 L、L′-物距、象距
精选
20
2. 符号法则(便于统一计算) 规定光线从左向右传播
a)沿轴线段 L、L′、r 以O为原点, 与光线传播方向相同,为“+” 与光线传播方向相反,为“-”
b)垂轴线段 h 在光轴之上,为“+” 在光轴之下,为“-”
例:某物体通过一透镜成像后在透镜内部,透镜材 料为玻璃,透镜两侧均为空气。问该像所处的空间 介质是玻璃还是空气?
4 5
6
3 2 1
位标器动平衡调试系统光源
第二章 球面与共轴球面系统
§ 2-1 光线光路计算与共轴光学系统
共轴球面系统— 光学系统一般由球面和平面组成, 各球面球心在一条直线(光轴)上。
精选
28
2. 轴向放大率:光轴上一对共轭点沿轴移动量之间的比值
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”。
1. 共轴球面系统的结构参量: 各球面半径:r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔:d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率:n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
精选
31
2. 转面公式
原则:前一折射面的象为后一面的物 ,前一面的象空间为后一面的物空间
4. C-球心 r-球面曲率半径 I 、I′-入、折射角
5. A 、A′-物点、象点 L、L′-物距、象距
精选
20
2. 符号法则(便于统一计算) 规定光线从左向右传播
a)沿轴线段 L、L′、r 以O为原点, 与光线传播方向相同,为“+” 与光线传播方向相反,为“-”
b)垂轴线段 h 在光轴之上,为“+” 在光轴之下,为“-”
例:某物体通过一透镜成像后在透镜内部,透镜材 料为玻璃,透镜两侧均为空气。问该像所处的空间 介质是玻璃还是空气?
4 5
6
3 2 1
位标器动平衡调试系统光源
第二章 球面与共轴球面系统
§ 2-1 光线光路计算与共轴光学系统
共轴球面系统— 光学系统一般由球面和平面组成, 各球面球心在一条直线(光轴)上。
精选
28
2. 轴向放大率:光轴上一对共轭点沿轴移动量之间的比值
《几何光学基本原理》课件
太阳镜、摄影、显示技术等。
光线的全反射原理
全反射
当光线从光密介质射入光疏介质 时,如果入射角大于某一临界角 ,光线将在界面上被完全反射回
原介质的现象。
临界角
光线从光密介质射入光疏介质时, 发生全反射的入射角。
全反射的应用
光纤通信、内窥镜、全反射镜面等 。
偏振与全反射的应用
光学仪器制造
利用光的偏振和全反射原理,制 造出各种光学仪器,如显微镜、
光学传感与检测技术
几何光学在光学传感和检测技术方面的发展,使得光学仪 器在医疗、环境监测等领域的应用更加精准和高效。
光学信息存储与处理
随着大数据和云计算的普及,几何光学在光学信息存储和 处理方面的研究不断深入,为大数据时代的海量信息处理 提供了新的解决方案。
几何光学的前沿技术
01 02
超透镜技术
超透镜技术是近年来几何光学领域的一项重要突破,通过超透镜可以实 现亚波长尺度下的光学操控,为光学成像、光通信等领域带来了革命性 的变化。
光线传播的定律
反射定律和折射定律
光线在界面上的反射遵循入射角等于反射角的反射定律;光线从一 种介质进入另一种介质时,遵循折射定律,即斯涅尔定律。
费马原理
光线在真空中或均匀介质中传播时,总是沿着所需时间为极值的路 径传播,即光程取极值的路径。
光的干涉与衍射定律
当两束或多束相干光波相遇时,它们会相互叠加产生干涉现象;当光 波绕过障碍物边缘时,会产生衍射现象。
光线沿直线传播
在均匀介质中,光线沿直线传 播,不发生折射或反射。
02
光的能量守恒
光在传播过程中,其能量不会 消失或产生。
03
光沿直线传播定律
光线在同一种均匀介质中沿直 线传播,不发生折射或反射。
光线的全反射原理
全反射
当光线从光密介质射入光疏介质 时,如果入射角大于某一临界角 ,光线将在界面上被完全反射回
原介质的现象。
临界角
光线从光密介质射入光疏介质时, 发生全反射的入射角。
全反射的应用
光纤通信、内窥镜、全反射镜面等 。
偏振与全反射的应用
光学仪器制造
利用光的偏振和全反射原理,制 造出各种光学仪器,如显微镜、
光学传感与检测技术
几何光学在光学传感和检测技术方面的发展,使得光学仪 器在医疗、环境监测等领域的应用更加精准和高效。
光学信息存储与处理
随着大数据和云计算的普及,几何光学在光学信息存储和 处理方面的研究不断深入,为大数据时代的海量信息处理 提供了新的解决方案。
几何光学的前沿技术
01 02
超透镜技术
超透镜技术是近年来几何光学领域的一项重要突破,通过超透镜可以实 现亚波长尺度下的光学操控,为光学成像、光通信等领域带来了革命性 的变化。
光线传播的定律
反射定律和折射定律
光线在界面上的反射遵循入射角等于反射角的反射定律;光线从一 种介质进入另一种介质时,遵循折射定律,即斯涅尔定律。
费马原理
光线在真空中或均匀介质中传播时,总是沿着所需时间为极值的路 径传播,即光程取极值的路径。
光的干涉与衍射定律
当两束或多束相干光波相遇时,它们会相互叠加产生干涉现象;当光 波绕过障碍物边缘时,会产生衍射现象。
光线沿直线传播
在均匀介质中,光线沿直线传 播,不发生折射或反射。
02
光的能量守恒
光在传播过程中,其能量不会 消失或产生。
03
光沿直线传播定律
光线在同一种均匀介质中沿直 线传播,不发生折射或反射。
绪论几何光学基本概念new课件课件
光的反射现象及其规律
反射现象
• 当光照射到物体表面时,光的一部分能量被物体表面反射回空气中的现象称为反射
• 反射现象遵循反射定律和折射定律
反射规律
• 反射定律:入射光线、反射光线和法线在同一平面内,且反射角等于入射角,即θ1=θ2
• 折射定律:反射光线和折射光线与界面的法线在同一平面内,且折射角等于入射角与反射
• 测距仪利用光的反射或光的折射原理测量距离
• 测距仪通常采用激光作为光源,具有高精度和快速测量等优点
测量仪器的种类
• 测距仪:用于测量距离
• 经纬仪:用于测量角度
• 水准仪:用于测量高差
04
光的干涉与衍射
光的干涉现象及规律
干涉现象
• 当两束或多束具有相同频率、相位差的光波在空间的某些点相遇时,光波的振幅
相加,形成干涉现象
干涉规律
• 干涉现象遵循干涉公式:I=2Ia cos(Δθ),其中I为干涉光强,Ia为单束光强,Δθ为
两束光波的相位差
• 干涉现象中,会出现亮纹和暗纹,亮纹对应于相位差为0或整数倍的位置,暗纹对
应于相位差为奇数倍的位置
光的衍射现象及规律
衍射现象
• 当光波通过小孔或障碍物时,光波在物体的背后形成衍射现象
XX
XX
小无名 DOCS
绪论几何光学基本概念new课件
01
几何光学基本概念及原理
光的传播特性及直线传播原理
光是一种电磁波
• 电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ
射线
• 光具有波长、频率和波速等特性
• 光的波长决定了光的颜色
光的传播特性
• 光在真空中的传播速度为3×10^8米/秒
几何光学的基本原理61页PPT
几何光学的基本原理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事, 只想现 在的事 。现在 有成就 ,以后 才能更关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前,莽撞的 人只能 引为烧 身,只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
46、我们若已接受最坏的,就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功,谁就会和我一样成功。——莫扎特
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事, 只想现 在的事 。现在 有成就 ,以后 才能更关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前,莽撞的 人只能 引为烧 身,只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
46、我们若已接受最坏的,就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功,谁就会和我一样成功。——莫扎特
第三章-几何光学的基本原理课件
由上式,在实验中只要测出最小偏向角,就可以计算 出棱镜材料的折射率。 应用: 棱镜光谱、改变光路
作业: P159---第3、4题
第三章 几何光学的基本原理 §3.3光在球面上的反射和折射
§3.3 光在球面上的反射和折射
3.3.1 几个概念和符号法则 1.物空间和像空间 物空间: 入射光束所在的几何空间 像空间: 经光学系统变换后的光束所在的几何空间 2.球面的顶点、主轴、主截面
为高斯最先建立起光线理想成像的定律。
第三章 几何光学的基本原理 §3.3 光在球面上的反射和折射 当s=- 时,
焦距可写为
则有:
——球面反射的成像 公式
适用条件: ① 近轴光线 ② 凹、凸球面均可,式中各量满足符号法则
P129 例3.3
第三章 几何光学的基本原理 §3.3 光在球面上的反射和折射
3.2.4 棱镜 1.棱镜的主截面: 与棱镜 的棱边垂直的平面。
2.偏向角: 出射光线的方 向和入射光线的方向之间
的夹角9。
因为
当i1 = i1 时,偏向角达到最小值90 , 90 称为最小
偏 向角。 因此,最小偏向角为:
第三章 几何光学的基本原理 §3.2光在平面界面上的反射和折射
又当i1 = i1 时,折射角为i2 = i2=A/2 ,由折射定律:
第三章 几何光学的基本原理 §3.2光在平面界面上的反射和折射
2.光导纤维 利用全反射原理制成的光能量的传输线
光导纤维:内层折射率 大,表层折射率小的透 明细玻璃丝。
光进入光导纤维后, 在内壁上发生全反射, 光从纤维的一端传向另 一端。
第三章 几何光学的基本原理 §3.2光在平面界面上的反射和折射
物方焦点, 用F 表示
f 与f 之比为:
作业: P159---第3、4题
第三章 几何光学的基本原理 §3.3光在球面上的反射和折射
§3.3 光在球面上的反射和折射
3.3.1 几个概念和符号法则 1.物空间和像空间 物空间: 入射光束所在的几何空间 像空间: 经光学系统变换后的光束所在的几何空间 2.球面的顶点、主轴、主截面
为高斯最先建立起光线理想成像的定律。
第三章 几何光学的基本原理 §3.3 光在球面上的反射和折射 当s=- 时,
焦距可写为
则有:
——球面反射的成像 公式
适用条件: ① 近轴光线 ② 凹、凸球面均可,式中各量满足符号法则
P129 例3.3
第三章 几何光学的基本原理 §3.3 光在球面上的反射和折射
3.2.4 棱镜 1.棱镜的主截面: 与棱镜 的棱边垂直的平面。
2.偏向角: 出射光线的方 向和入射光线的方向之间
的夹角9。
因为
当i1 = i1 时,偏向角达到最小值90 , 90 称为最小
偏 向角。 因此,最小偏向角为:
第三章 几何光学的基本原理 §3.2光在平面界面上的反射和折射
又当i1 = i1 时,折射角为i2 = i2=A/2 ,由折射定律:
第三章 几何光学的基本原理 §3.2光在平面界面上的反射和折射
2.光导纤维 利用全反射原理制成的光能量的传输线
光导纤维:内层折射率 大,表层折射率小的透 明细玻璃丝。
光进入光导纤维后, 在内壁上发生全反射, 光从纤维的一端传向另 一端。
第三章 几何光学的基本原理 §3.2光在平面界面上的反射和折射
物方焦点, 用F 表示
f 与f 之比为:
几何光学PPT【2024版】
只与两种介质有关,折射率
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光(复色光)从一种媒质 (例如真空或空气)射入另一种媒质时, 只要入射角不等于0,不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射,也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质,折射角比
入射角大
•
入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4.全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜) 32
• 根据这一事实,也可以得出这样的结论, 既然在媒质中,光总是沿直线、折线、或 曲线传播,那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播,这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线,是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域,也无法定义诸如波长、
51
n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
s
s nr f n
n n
O
Q
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光(复色光)从一种媒质 (例如真空或空气)射入另一种媒质时, 只要入射角不等于0,不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射,也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质,折射角比
入射角大
•
入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4.全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜) 32
• 根据这一事实,也可以得出这样的结论, 既然在媒质中,光总是沿直线、折线、或 曲线传播,那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播,这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线,是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域,也无法定义诸如波长、
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n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
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s nr f n
n n
O
Q
几何光学的基本原理和成像的概念课件
t + Δt 时 刻 t 时刻
A
光线是波面的法线 波面是所有光线的垂直曲面
应. 用 光. 学
1.1 第一章 几何光学的
基本定律和成像的概念
5. 光束:
1)概念:与波面相
对应的法线(光线)集
合,称为光束。
光
2)同心光束:对应 于波面为球面的光束称 之为同心光束。
束 示 意
图
3)分类:根据光束
的传播方向分为:会聚
应. 用 光. 学
第一章 几何光学的 基本定律和成像的概念
光是什么?
光和人类的生产、生活密不可分;
•人类对光的研究分为两个方面:光的本性,以此来 研究各种光学现象,称为物理光学;光的传播规律和 传播现象称为几何光学。
•1666年牛顿提出的“微粒说” •1678年惠更斯的“波动说” •1871年麦克斯韦的电磁场提出后,光的电磁波 •1905年爱因斯坦提出了“光子”说 •现代物理学认为光具有波、粒二象性:既有波动性, 又有粒子性。
sin I sin I '
n' n
或者写为:n sin I n' sin I '
反射定律为折射定律的一种特例.
应. 用 光. 学
第一章 几何光学的 基本定律和成像的概念
判断光线如何折射
I1
I1
空气 n=1 水 n=1.33
I2
玻璃 n=1.5 空气 n=1
应. 用 光. 学
第一章 几何光学的 基本定律和成像的概念
研究光的本性,并 由此来研究各种光
学现象
量子光学
研究光的量子性
应用
光学
第一章
几何光学的基本定律 和成像的概念
本章内容教学重难点
《几何光学基本原理》课件
了解杨氏双缝干涉实验、互补色和干涉条纹 的形成。
2 衍射现象
探索衍射的基本原理及其在实际应用中的重 要性。
光学仪器与光学系统
1
常见光学仪器
了解望远镜、显微镜、光谱仪等常见光学仪器的结构和工作原理。
2
透镜组
探索透镜组的组合方式和成像特性。
光学断层扫描技术及优化
光学断层扫描技术
介绍光学断层扫描技术及其在医学和科学研究中的应用。
几何光学基本原理
欢迎来到《几何光学基本原理》PPT课件。本课程将深入介绍几何光学的概 念和基础原理,帮助您全面了解光线的传播、球面成像和透镜成像等关键概 念。
光的传播和反射
1
直线传播
光线沿着直线路径传播,遵循直线传播原理。
2
反射
光线在反射时遵循入射角等于反射角的定律。
光的折射和球面成像
光的折射
当光线由一种介质射向另一种介 质时,会发生折射。
球面成像
透镜成像原理
球面透镜通过聚焦光线形成图像, 具有不同的分类。
通过透镜将平行光线聚焦成点或 通过透镜将点光源成像。
深入探索透镜和棱镜
透镜的参数
了解透镜的主要参数:焦距、倍率和视场角,对透镜的使用非常重要。
棱镜的分类
光的干涉和衍射现象
1 干涉现象
光学系统的调试与优化
了解调试和优化光学系统的方法,以获得最佳的成像效果。
2 衍射现象
探索衍射的基本原理及其在实际应用中的重 要性。
光学仪器与光学系统
1
常见光学仪器
了解望远镜、显微镜、光谱仪等常见光学仪器的结构和工作原理。
2
透镜组
探索透镜组的组合方式和成像特性。
光学断层扫描技术及优化
光学断层扫描技术
介绍光学断层扫描技术及其在医学和科学研究中的应用。
几何光学基本原理
欢迎来到《几何光学基本原理》PPT课件。本课程将深入介绍几何光学的概 念和基础原理,帮助您全面了解光线的传播、球面成像和透镜成像等关键概 念。
光的传播和反射
1
直线传播
光线沿着直线路径传播,遵循直线传播原理。
2
反射
光线在反射时遵循入射角等于反射角的定律。
光的折射和球面成像
光的折射
当光线由一种介质射向另一种介 质时,会发生折射。
球面成像
透镜成像原理
球面透镜通过聚焦光线形成图像, 具有不同的分类。
通过透镜将平行光线聚焦成点或 通过透镜将点光源成像。
深入探索透镜和棱镜
透镜的参数
了解透镜的主要参数:焦距、倍率和视场角,对透镜的使用非常重要。
棱镜的分类
光的干涉和衍射现象
1 干涉现象
光学系统的调试与优化
了解调试和优化光学系统的方法,以获得最佳的成像效果。
几何光学ppt
反射式光学系统
光线通过光学元件(如反射镜、反射棱镜等)反射回来的 光学系统。
反射式光学系统具有体积小、重量轻、结构紧凑等特点, 适合用于激光雷达、光谱仪器等领域。
光纤光学系统
光线通过光纤传输的光学系统。
光纤光学系统具有传输损耗低、带宽高、抗电磁干扰等特点,被广泛应用于通信 、医疗、传感等领域。
红外光学系统
VS
详细描述
光的反射定律表明,光线在传播过程中, 当遇到一个界面时,会按照入射角等于反 射角的规律反射。而折射定律则表明,光 线在从一种介质进入另一种介质时,会产 生折射现象,折射光线会偏离原来的直线 方向,其偏转角度与介质折射率有关,且 遵循一定的斯涅尔折射定律。
04
几何光学成像原理
成像的基本概念
光的独立传播定律
总结词
光的独立传播定律是指光在传播过程中,不受其他光束的影响,各自独立传 播。
详细描述
光的独立传播定律表明,在同一个均匀介质中,各个光束的传播速度相同, 且光线的传播方向不会因为其他光线的存在而改变。这个定律是几何光学中 光线追迹和光束分析的基础。
光的反射定律和折射定律
总结词
光的反射定律和折射定律是指在光的传播 过程中,光线与界面相遇时,光线会按照 一定的规律反射和折射。
场合。
照相机系统
03
照相机是一种捕捉图像的光学系统,可以记录和保存图像信息
。
计算机辅助光学设计软件的应用
TracePro
TracePro 是一款常用的光学设计软件,可用于 模拟和分析光学系统的性能。
Code V
Code V 是一款功能强大的光学设计软件,可以 用于设计和优化各种光学系统。
Zemax
直射光成像和折射光成像
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n
1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1.62 1.64 1.66
I0
41°4 41°8’ 40°3 39°5 39°1 38°4 37°7’ 37°7’ 37°3’
第一章 几何光学基本原理
应用光学讲稿
本章要解决的问题:
光是什么?--光的本性问题 光是怎么走的?--光的传播规律 像与成像的概念 对成像的要求
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
研究光的意义: 90%信息由视觉获得,光波是视觉的载体
光是什么?弹性粒子-弹性波-电磁波-波粒二象性 1666年:牛顿提出微粒说,弹性粒子 1678年:惠更斯提出波动说,以太中传播的弹性波 1873年:麦克斯韦提出电磁波解释,电磁波 1905年:爱因斯坦提出光子假设 20世纪:人们认为光具有波粒二象性
应用光学讲稿
可见光:400-760nm 单色光:同一种波长 复色光:由不同波长的光波混合而成
频率和光速,波长的关系 c
在透明介质中,波长和光速同时改变,频率不变
应用光学讲稿
几何光学的研究对象和光线概念
• 研究对象 不考虑光的本性 研究光的传播规律和传播现象
特点
不考虑光的本性,把光认为是光线
由
n Sin I1
Sin I2
=
1, 2
n2
n 1, 2 =
n1
有
Sin I1 Sin I2
n2
=
n1
或 n1 Sin I1 = n2 Sin I2
应用光学讲稿
课堂练习:判断光线如何折射
I1 空气 n=1 水 n=1.33
I2
I1 玻璃 n=1.5 空气 n=1
应用光学讲稿
I1 空气 n小
c 玻璃 n大
Sin I2
=
1, 2
n1,2 : 第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
A
NQ
I1
P
Q´
1
O
2
I2
12 O´
N´
QQ' v1t
OO' v2t
sin
I1
QQ ' OQ '
sin
I2
OO ' OQ '
sin I1 sin I2
QQ ' OO '
n1,2
sin I1 sin I2
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待,光波
波长:
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播
物理光学: 研究光的本性,并由此来研究各种光学现象
几何光学: 研究光的传播规律和传播现象
应用光学讲稿
可见光:波长在400-760nm范围 红外波段:波长比可见光长 紫外波段:波长比可见光短
应用光学讲稿
光线的概念
能够传输能量的几何线,具有方向
光线概念的缺陷
采用光线概念的意义: 1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象:
影子、日食、月食 2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计 的
应用光学讲稿
光线是能够传输能量的几何线,具有方向 光波的传播问题就变成了几何的问题 所以称之为几何光学
成分均匀
透光
2、光线在两种均匀介质分界面上传播时: 反射定律,折射定律
应用光学讲稿
A
AO: 入射光线 OB: 反射光线 OC: 折射光线 NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹角
,入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹 角, 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹角
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率:
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率: n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率: n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
空气 n小
玻璃 n大
应用光学讲稿
第四节 光路可逆和全反射
一、光路可逆 1、现象
A
B
应用光学讲稿
2、证明
直线传播:
A
B
反射:I1=R1
A
R1=I1
折射:
n1 Sin I1 = n2 Sin I2
n2 Sin I2 = n1 Sin I1
B I1 R1
I2 C
应用光学讲稿
3、应用 光路可逆:
求焦点 光学设计中,逆向计算:目镜,显微物 镜等
当几何光学不能解释某些光学现象,例如干涉 、衍射时,再采用物理光学的原理
应用光学讲稿
光线与波面之间的关系 • 波面:波动在某一瞬间到达的各点组成的面
t + Δt 时刻 t 时刻 A
应用光学讲稿
光线是波面的法线 波面是所有光线的垂直曲面 同心光束:由一点发出或交于一点的光束;
对应的波面为球面
应用光学讲稿
n1,2称为第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
对于不均匀介质
可看作由无限多的均匀介质组合而成,光线的 传播,可看作是一个连续的折射
直线传播定律 反射定律 折射定律 几何光学的基本定律
应用光学讲稿
第三节 折射率和光速
一、折射定律和折射率的物理意义
折射定律:
折射光线在入射面内
n Sin I1
应用光学讲稿
二、全反射 1、现象
空气
I2
O1
O2
水
I1 R1
A
O3
O4
I0
应用光学讲稿
2、发生全反射的条件
必要条件: n1>n2 由光密介质进入光 疏介质
充分条件: I1>I0 入射角大于全反射角
sin
I0
n2 n1
1870年,英国科学家丁达尔全反射实验
应用光学讲稿
当光线从玻璃射向与空气接触的表面时,玻 璃的折射率不同、对应的临界角不同
像散光束:不严格交于一点,波面为非球面
应用光学讲稿
平行光束
波面为平面
应用光学讲稿
第二节 几何光线基本定律
一、光的传播现象的分类
灯泡
空气
玻璃
应用光学讲稿
光的传播可以分类为: 1、光在同一种介质中的传播; 2、光在两种介质分界面上的传播。
应用光学讲稿
二、几何光学基本定律 1、光线在同一种均匀透明介质中时: 直线传播
v1 v2
n1,2
应用光学讲稿
SinI12 υ2
第二种介质对第一种介质折射率等于第一种介质中的 光速与第二种介质中的光速之比。
折射率的物理意义
折射率与光速之间的关系
应用光学讲稿
sin I1 sin I2
v1 v2
n1,2
二、相对折射率与绝对折射率
1、相对折射率:
,折射角
N B
I1
R1
O I2
C N
应用光学讲稿
入射面:入射光线和法线所构成的平面
反射定律:反射光线位在入射面内; 反射角等于入射角 I1=R1。
折射定律:折射光线位在入射面内; 入射角正弦和折射角正弦之比,对两种一 定介质来说是一个和入射角无关的常数 。 Sin I1
Sin I2 = n1, 2