应用光学课件新
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最新应用光学第一章PPT课件
※ 虚物，实像对应汇聚的同心光束。
Applied Optics
❖ 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！
20
Applied Optics
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。
《墨经》 欧几里德《反射光学》 阿勒·哈增《 光学全书》 开普勒、斯涅尔、笛卡儿、费马
折射定律的确立，使几何光学理论得到很快的 发展。
13
Applied Optics
应用光学研究内容
❖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。 ❖“应用”包含两层意思：
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
24
Applied Optics
三、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
25
Applied Optics
❖ 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波
54
Applied Optics
物像的虚实
在凸透镜2f 外放一个点燃的蜡烛，后面放一个纸屏， 当纸屏放到某一位置时，会在屏上得到蜡烛清晰的 像。
※ 由实际光线成的像，称为实像。
如电影，幻灯机，照相机成像
55
Applied Optics
有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法 在屏上得到
F’ F’
40
Applied Optics
n' B
Applied Optics
❖ 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！
20
Applied Optics
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。
《墨经》 欧几里德《反射光学》 阿勒·哈增《 光学全书》 开普勒、斯涅尔、笛卡儿、费马
折射定律的确立，使几何光学理论得到很快的 发展。
13
Applied Optics
应用光学研究内容
❖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。 ❖“应用”包含两层意思：
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
24
Applied Optics
三、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
25
Applied Optics
❖ 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波
54
Applied Optics
物像的虚实
在凸透镜2f 外放一个点燃的蜡烛，后面放一个纸屏， 当纸屏放到某一位置时，会在屏上得到蜡烛清晰的 像。
※ 由实际光线成的像，称为实像。
如电影，幻灯机，照相机成像
55
Applied Optics
有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法 在屏上得到
F’ F’
40
Applied Optics
n' B
应用光学课件-PPT
4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
最新应用光学课件第二章幻灯片课件
靠近光轴的区域叫近轴区，近轴区域内的光 线叫近轴光线
• 近轴光路计算公式有误差 • 相对误差范围
s
in sin
0.100
5
应用光学§讲2稿-3 球面近轴范围内成像性质和近轴光路计算公式
1. 轴上点
近轴光线的成像性质
ilru kilrku
r
r
i'ni n'
k'inki n'
u ' u i i ' k ' u k u k k i' i
应用光学课件第二章
应用光学讲稿
§ 2-1 共轴球面系统中的光路计算公式
求一物点的像，即求所有出射光线位置，交点就是 该物点的像点。
因为所有出射光线位置的求法是相同的，只须找出 求一条出射光线的方法即可。
因为所有的球面的特性是一样的，只须导出光线经 过一个球面折射时由入射光线位置计算出射光线位置 的公式, 即球面折射的光路计算公式。
sinU=u sinU'=u' sinI=i sinI'=i’
得到新的公式组
应用光学§讲2稿-3 球面近轴范围内成像性质和近轴光路计算公式
sin I L r sin U r
sin I ' n sin I n'
i lru r
i' n i n'
U'U I I'
u' u i i'
L' r sin I ' r sin U '
－1°
－ 100 10
0.1920 0.1932弧度
0.1266 0.1269弧度 0.0488弧度
u1 l1 r1 i1=(l1－r1)÷ r1×u1
《眼应用光学基础》课件
眼镜光学基础知识
01
02
03
眼镜片类型
球面镜片、非球面镜片、 双光镜片、渐进多焦点镜 片等。
眼镜的光学参数
球面顶焦度、棱镜度、光 焦度等。
眼镜的配戴与调整
根据不同人群的视力状况 选择合适的眼镜，并进行 适当的调整以保证舒适度 和视觉效果。
CHAPTER
04
眼镜的光学参数与选择
眼镜的光学参数
球面镜片的光学参数
避免眼镜受到冲击
避免眼镜受到撞击或摔落 ，以免损坏镜片或框架。
定期更换眼镜配件
定期更换眼镜的配件，如 鼻托、螺丝等，以确保眼 镜的正常使用和安全性。
CHAPTER
05
眼应用光学在生活中的应用
眼镜在生活中的应用
眼镜是矫正视力最常见的工具 ，通过镜片的光学原理，使光 线正确地投射到视网膜上，从 而改善视力。
视神经将物像转化为神经信号，通过视神经通路传递到大脑皮层进行处理和分析。
大脑皮层将接收到的信号进行加工和整合，最终形成我们所看到的清晰、立体的视 觉图像。
CHAPTER
03
眼应用光学基础知识
光的折射与反射
光的折射
光在两种不同介质中传播时发生 的方向改变。折射率是描述介质 对光折射能力的物理量。
光的反射
《眼应用光学基础》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 眼应用光学概述 • 眼球结构与功能 • 眼应用光学基础知识 • 眼镜的光学参数与选择 • 眼应用光学在生活中的应用 • 眼应用光学的发展趋势与展望
CHAPTER
01
眼应用光学概述
眼应用光学定义
眼应用光学是一门研究眼睛与光学系统相互作用的科学，主要探讨眼睛的生理结 构和光学特性，以及如何利用光学原理和方法改善视觉功能、预防和治疗视觉障 碍。
最新应用光学课件第三章ppt课件
ω仪
f ’物
Δ
-f目
显微镜由两组透镜组成，对着物体的透镜称为物镜， 对着人眼的透镜称为目镜
应用光学讲稿 物镜
目镜
y’
-y
F’物
F目
ω仪
f’物
Δ
-f目
y tg ω眼 =
250 y’ -Δ β物 = y = f’物
tg ω仪
=
y’ f ’目
= -Δ f ’物 f ’目
y
tg ω仪
Г＝
=
tg ω眼
-250Δ f ’物 f ’目
最大调节范围＝近点视度－远点视度
应用光学讲稿
不同年龄正常人眼的调节能力
年龄
10 15 20 25 30 35 40 45 50
最大调节范围/视度
-14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5
近点距离/mm
70 83 100 130 140 180 220 290 400
y’
应用光学讲稿 （1）两物点分辨率 视神经细胞直径约为0.001～0.003mm，取0.006mm为眼睛的 分辨率。
刚刚能被人眼分辨的两物点对眼睛的张角ωmin称为眼睛的视角 分辨率。 0.006mm的距离在物空间对应的张角就是视角分辨率。
y'f tg
而 y’min=-0.006mm，f=-16.68mm 所以
解：
tg仪 58 tg眼
t g仪 t1 g"0仪 1"0t g眼 2 ym5 in0
眼2 ym5i n0 206" 0802y0m 4in
81 2ym 0 4in 58ymi n0.00m 02 m
对准误差 ymi n0.00m 0m 2 ：
应用光学课件完整版
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”。
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
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。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
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
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。
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
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
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。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
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
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。
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
应用光学教学课件完整
※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。
• 图1-9
※光学系统 的作用之一是对物体成像，因此必须搞 清物像的基本概念和它们的关系。
※物体通过光学系统（光组）成像，光学系统(各 种光学仪器)由一系列光学零件 组成。。
※光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，
全反射现象
当
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。
光 由
由公式 n sin I n' sin I ' 可知
光
密
sin I sin I '
介 质
射
即折射光线较入射光线偏离法线
向
光
疏
sin 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
原点
+
-
原点
※ 原点规定：
（1）曲率半径 r ,以球面顶点O为原点，球
心C在右为正，在左为负。
E
A
C
O +r
E
A
C
-r O
（2）物方截距L 和像方截距L’ 也以顶点O为原点，到光线
与光轴交点，向右为正，向左为负。
E
A
A’
O
C
-L
+L’
E
A
A’
O
C
-L’
-L
（3）球面间隔 d 以前一个球面的顶点为原点， 向右为正，向左为负。
（在折射系统中总为正，在反射和折反系统中才有为负的情况）
O1
O2
+d
O1
O2
• 图1-9
※光学系统 的作用之一是对物体成像，因此必须搞 清物像的基本概念和它们的关系。
※物体通过光学系统（光组）成像，光学系统(各 种光学仪器)由一系列光学零件 组成。。
※光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，
全反射现象
当
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。
光 由
由公式 n sin I n' sin I ' 可知
光
密
sin I sin I '
介 质
射
即折射光线较入射光线偏离法线
向
光
疏
sin 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
原点
+
-
原点
※ 原点规定：
（1）曲率半径 r ,以球面顶点O为原点，球
心C在右为正，在左为负。
E
A
C
O +r
E
A
C
-r O
（2）物方截距L 和像方截距L’ 也以顶点O为原点，到光线
与光轴交点，向右为正，向左为负。
E
A
A’
O
C
-L
+L’
E
A
A’
O
C
-L’
-L
（3）球面间隔 d 以前一个球面的顶点为原点， 向右为正，向左为负。
（在折射系统中总为正，在反射和折反系统中才有为负的情况）
O1
O2
+d
O1
O2
《应用光学》课件
超材料与光操控技术在隐身衣、光镊、 光操控机器人等领域具有广泛的应用前 景，如实现物体隐身、微纳粒子的精确
操控等。
目前，超材料与光操控技术的研究重点 在于设计新型超材料、优化光操控效果 、提高操控精度等方面，同时也在探索
其在生物医学、能源等领域的应用。
量子光学与量子信息
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的一门 学科，而量子信息则是利用量子力学原理进行信息处理和 传输的一门技术。
应用光学
目录
CONTENTS
• 应用光学概述 • 光学基础知识 • 光学仪器 • 光学系统设计与优化 • 现代光学技术 • 应用光学前沿研究
01 应用光学概述
应用光学的基本概念
应用光学的基本原理包括光的干涉、衍射、折射、反 射、偏振等，以及光学材料、光学元件和光学系统的 基本知识。
应用光学是研究如何将光学原理和技术应用于实际生 活和工业生产中的一门学科。它涉及到光的产生、传 播、变换、检测和应用，以及光学系统设计、光学仪 器制造和光学信息处理等领域。
光学系统优化算法
优化目标
明确优化的目标，如减小系统像差、提高成像质量或增加光学信 息量等。
优化方法
掌握常用的光学系统优化算法，如梯度优化、遗传算法、粒子群 算法等。
算法实现
具备使用编程语言实现优化算法的能力，如Python、C等。
光学系统性能评估
性能指标
结果分析
ห้องสมุดไป่ตู้
了解光学系统性能的评价指标，如分 辨率、对比度、信噪比等。
光学陀螺仪
利用光的干涉效应感知旋转角度变化，广泛应用于导航、航空、航 天等领域。
全息显示技术
3D全息投影
利用全息技术将三维图像投影到空中，无需佩戴 眼镜或头盔即可观看。
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n1, 2
n2 n1
有
•通常所说的介质的折射率实际上是该介质对于 空气 的相对折射率 •光密介质和光疏介质
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
c 空气 n小 玻璃 n大 空气 n小 玻璃 n大
应用光学讲稿
c n v
应用光学讲稿
相对折射率与绝对折射率之间的关系 相对折射率：
n 1, 2 =
υ1 υ2
C
第一种介质的绝对折射率： 第二种介质的绝对折射率：
所以
n1 =
n2 =
υ1
C
υ2
n 1, 2 =
n2
n1
应用光学讲稿
用绝对折射率表示的折射定律
由
sin I1 n2 v1 sin I 2 n1 v2 sin I1 v1 n2 n1, 2 sin I 2 v2 n1
n2 sin I 0 n1
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
n2 sin I 0 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。
条对称轴线 C2 C1
C4 C3 光轴
应用光学讲稿
名词概念
• 物点：入射光线的交点 • • 实物点：实际入射光线的交点 虚物点：入射光线延长线的交点
• 像点：出射光线的交点
• • 实像点：出射光线的实际交点 虚像点：出射光线延长线的交点
应用光学讲稿
像空间：像所在的空间
实像空间：系统最后一面以后的空间 虚像空间：系统最后一面以前的空间 整个像空间包括实像和虚像空间
所以称之为几何光学 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
• 波面：在某一时刻，同一光源辐射场的位相相同的 点构成的曲面。
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
光线与波面之间的关系：波面的法线即为几何光
学中所指的光线。
第二种介质对第一种介质折射率之比等于第一种介质中 的光速与第二种介质中的光速之比。
应用光学讲稿
sin I1 v1 n2 n1, 2 sin I 2 v2 n1
相对折射率与绝对折射率 1、相对折射率：
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
一定波长的单色光在真空中的传播速度 c 与它在给定 介质中的传播速度 v 之比定义为该介质对指定波长光的 绝对折射率。
应用光学讲稿
• 全反射
1、定义：当光从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角 大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质 中的现象。 空气
O1 I2 O2 O3 I0 O4
n2 n1
水
A
I1 R1
当入射角增大到某一程度时，折射角达 到90°，折射光线沿界面掠射出去，这 时的入射角为临界入射角。
时，可以全反射传送，
时，光线将会透过内壁进入包层
应用光学讲稿
定义
na sin i0
为光纤的数值 孔径
就是光纤能够传送的光能越多。
i0 越大，可以进入光纤的光能就越多，也
这意味着光信号越容易耦合入光纤。
应用光学讲稿
• 光在均匀介质中传播，遵循前述的几何光学的基本定律， 而研究光在非均匀介质中的传播问题，更有实际意义。光 从一种介质的一点传播到另一介质的一点所遵循的规律是 由费马（Fermat）首先提出的，称为费马原理。即从“光 程”的角度来阐述光的传播规律的。 • 光程：光在介质中传播的距离与该介质折射率的乘积
• 光路的可逆性
1、现象
A
B
应用光学讲稿
2、证明
直线传播： A
B
反射：I1=R1
R1=I1 A I1 O I2 B R1 C
折射：
n1
n2
n1 Sin I1 = n2 Sin I2 n2 Sin I2 = n1 Sin I1
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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
n I0 1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1.62 1.64 1.66
41°48’ 41°8’ 40°30’ 39°52’ 39°16’ 38°41’ 37°7’ 37°7’ 37°3’
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3、全反射的应用
(1)用棱镜代替反射镜：减少光能损失
(1)光纤：用于传像和传光
1.3 费马（Fermat）原理
应用光学讲稿
1.3 费马（Fermat）原理（续）
应用光学讲稿
1.3 费马（Fermat）原理（续）
应用光学讲稿
1.3 费马（Fermat）原理（续）
• 利用费马原理理解光的直线传播定律、反射和 折射定律
应用光学讲稿
1.3 费马（Fermat）原理（续）
应用光学讲稿
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• 光的直线传播定律 光在各项同性的均匀介质中沿着直线传播。 两个条件：均匀介质，无阻拦。 可解释的现象： 影子的形成、日蚀、月蚀等
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• 光的独立传播定律：以不同路径传播的两条 光线同时在空间某点相遇时，彼此互不影响 ，独立传播。相遇处的光强度只是简单的相 加，总是增强的。
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1.1 光源、波面、光线和光束
• 光源：能够辐射光能的物体 当发光体（光源）的大小与其辐射能的作 用距离相比可忽略不计时，该发光体可称为发 光点或点光源。既无体积又无大小的几何点， 但能辐射能量。实际被成像物体都是由无数发 光点组成。包括线光源和面光源。
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光线的概念 能够传输能量的几何线，具有方向
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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
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• 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
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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
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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 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
几何光学与物理光学在一定的条件下可以统一
应用光学讲稿 等光程的反射面: 二次曲面 对于反射面，通常都是利用等光程的条件：
椭球面：对两个定点距离之和为常数的点的轨迹，是以该两
点为焦点的椭圆。对两个焦点符合等光程条件。
双曲面：到两个定点距离之差为为常数的点的轨迹， 是该
两点为焦点的双曲面。其中一个是实的，一个是虚的
抛物面：到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨迹，是
1.2 几何光学的基本定律
一、光的传播现象的分类 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。
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•光学介质optical mediums 光学介质：光从一个地方传至另一个地方的空间。 空气、水、玻璃 各项同性介质:光学介质的光学性质不随方向而改变 各向异性介质：晶体（双折射现象） 均匀介质：光学介质的不同部分具有相同的光学性 质-----均匀各向同性介质
cos i'0 sin 90 i'0 sin I m sin i'0 n' 2 1 1 2 n n
1 2 2 i arcsin( n n' ) 可以得到： 0 na 若在空气中： i0 arcsin( n 2 n' 2 )
当入射角 当
i i0
i i0
完善成像：像与物体只有大小的变化没有形状的改变
• 完善成像条件：
应用光学讲稿
应用光学讲稿
特例： 单个界面可实现等光程条件
①有限远物 A—— 》有限远像 A' ：椭球反射面 ②无穷远物 A—— 》有限远像 A' ：抛物反射面 ③有限远物 A—— 》无穷远像 A' ：根据光路可逆性
应用光学讲稿
• 折射情况
1.4 马吕斯（Malus）定律
1’ A B
1
2 3
C
光 学 系 统
Malus定律的解释图
A’ 2’ 3’
B’ C’
1
2
• 垂直于入射波面的入射光束，经过任意次的反射和折射后， 出射光束仍然垂直于出射波面，并且在入射波面和出射波面 间对应点之间的光程都相等，为一定值。
• 数学表示
A'
A
nds nds nds c
B
A
P
应用光学讲稿
• 光的折射定律和反射定律：当光在传播中遇 到两种不同介质的光滑界面时，光线将发生 折射和反射，其继续传播的规律遵循折射定 律和反射定律
应用光学讲稿 入射面：入射光线和法线所构成的平面
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
•反射定律可以看作折射定律的特殊情况(n′= -n)
第一章
几何光学基本定律
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