工程光学第一章f绪论及几何光学原理xin精品
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
22
▲ 工程光学的研究内容
该课程的任务，就是利用光学的基本理论， 设计和研究各种测试用的计量仪器。
▲工程光学的学习方法
1.观察和实验 2. 学习理论回到实践
8/30/2019
23
本课程的主要参考资料
• 1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械工 业出版社.
• 2、《工程光学》李湘宁 主编 科学出版社
▲ 研究方法 观察和实验
分析、抽象、综合
提出假设，形成理论
接受实践检验、完善理论
8/30/2019
2
几何光学
光学
波动光学
(geometrical optics)
以光的直线传播 为基础，研究光 在透明介质中的 传播问题。
(wave optics)
以光的波动性 质为基础，研 究光的传播及 其规律问题。
军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测 距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等
红外侦察
8/30/2019
13
激光制导
8/30/2019
14
潜望镜
8/30/2019
15
红外雷达和 平视显示器
8/30/2019
16
医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测
通信：光缆通讯
航天：资源勘探、星际探索
哈勃号太空望远镜是被送入 轨道的口径最大的望远镜。总长 12.8米，镜筒直径4.28米，主镜直 径2.4米，连外壳孔径则为3米， 全重11.5吨
8/30/2019
5
5.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基 础 6.制成了人造光源（曲灯，蜡烛）
7. 开始对光的本性进行探索
8/30/2019
6
2. 1600年~1820年，快速发展时期
（1）制成了复式显微镜，促进了生物学 医学发展
（2）多样式望远镜，为天体研究及牛顿力学发展奠 定了基础
• 3、《计量工程光学》 徐家骅 主编 机械工业出版社
8/30/2019
24
第一章 几何光学的基本原理
8/30/2019
25
§1-1 光波和光线
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。
• 点：光源、焦点、物点、像点 • 线：光线、法线、光轴 • 面：物面、像面、反射面、折射面
方向，波面上的某一点具有一定关系的光线的
集合称为光束
8/30/2019
30
• 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
8/30/2019
31
• 像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。
在几何光学中研究成像时，光线在光学元件中的
传播途径，这个途径称为光路
8/30/2019
32
§1-2 几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿直线传播。
•用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然 现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影 子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传 播定律。
8/30/2019
33
量子光学
(quantum optics) 以光和物质相互作 用时显示的粒子性 为基础来研究光学 问题。
8/30/2019
3
▲ 光学发展简史
• 1. 1600年前后，几何光学的基础初步 奠定时期（萌芽时期）
主要成就：
8/30/2019
1.对光的直线传播，反射，折射现象的定量描述。
2. 制成平面镜 球面镜 凸透镜，并研究了成像规律。 3.对天然色散现象进行了研究 4.懂得了矫正视力
日用：扫描仪、光碟、照相机
8/30/2019
17
哈勃太空望远镜
8/30/2019
18
8/30/2019
“哈勃”太 空望远镜 拍摄的狮 子座“NG C 3370”螺 旋星系的 照片
19
8/30/2019
哈勃望远 镜2002年 5月到12 月拍摄到 的太空神 秘发光星 体图片
20
人们还在不断研究光的应用领域
8/30/2019
28
二、光线
• 发光点向四周辐射光能量，在几何光学中 将发光点发出的光抽象为带有能量的直线， 它代表光的传播方向。
8/30/2019
29
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
宇
宇宙1号的太阳帆面积
宙
为530.93平方米，由光
1
压获得的推力为255克。
号 太
如果太阳帆的直径增 至300米，其面积则为 70686平方米，由光压
阳
获得的推力即为0.034
帆
吨。根据理论计算，
这一推力可使重约0.5
吨的航天器在200多天
内飞抵火星
8/30/2019
21
8/30/2019
应该指出的是，人们对光 的认识还远未完结，对光 的本性、传播规律以及光 与物质相互作用的研究还 在不断继续。
（3）形成了几何光学的基本定律（开普勒，菲涅 尔，费马定律
8/30/2019
7
（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说
（5）观察到干涉，衍射现象 （6）首次测得光速
8/30/2019
8
3. 1800~1900年，加速发展时期
（1）干涉，衍射实验成功 （2）偏振现象的发现----横波 （3）光的电磁理论创立 （4）光谱学 照相术 电影业得到很大发展
8/30/2019
26
• 一. 发光点
几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。 当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时， 也可认为是一个点。
天体
遥远的距离
观察者
8/30/2019
27
任何被成像的物体， 是由无数个发光点组成
1、本身发光。 2、反射光。
因此研究物体成像时，可以用某些特征点的 成像规律来推断整个物体的成像。
8/30/2019
9
4.20世纪以来，现代光学发展时期
二十世纪六十年代，激光问世。
傅立叶光学
全息光学
薄膜光学 集成光学
纤维光学 红外与微光技术 等等……
8/30/2019
10
8/30/2019
车 身 模 型 数 字 化 系 统
11
农业：收割、除草、叶面与果实的检 测
叶面积仪
8/30/2019
12
博学 求真 惟恒 创新
工程光学
8/30/2019
主讲人： 王建生
质量技术监督学院
1
绪论
▲ 研究内容
1、光的发射、传播、本性和光与其它物质相互作用的规律。
２、光和物质的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的 机械作用、光的热效应、光的电效应、光的化学效应、光 的生理效应等。
内容可分为：几何光学（应用光学）和（物理光学）、波 动光学、量子光学、现代光学 ）。
▲ 工程光学的研究内容
该课程的任务，就是利用光学的基本理论， 设计和研究各种测试用的计量仪器。
▲工程光学的学习方法
1.观察和实验 2. 学习理论回到实践
8/30/2019
23
本课程的主要参考资料
• 1、《工程光学》，郁道银，谈恒英编.机械工 业出版社.
• 2、《工程光学》李湘宁 主编 科学出版社
▲ 研究方法 观察和实验
分析、抽象、综合
提出假设，形成理论
接受实践检验、完善理论
8/30/2019
2
几何光学
光学
波动光学
(geometrical optics)
以光的直线传播 为基础，研究光 在透明介质中的 传播问题。
(wave optics)
以光的波动性 质为基础，研 究光的传播及 其规律问题。
军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测 距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等
红外侦察
8/30/2019
13
激光制导
8/30/2019
14
潜望镜
8/30/2019
15
红外雷达和 平视显示器
8/30/2019
16
医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测
通信：光缆通讯
航天：资源勘探、星际探索
哈勃号太空望远镜是被送入 轨道的口径最大的望远镜。总长 12.8米，镜筒直径4.28米，主镜直 径2.4米，连外壳孔径则为3米， 全重11.5吨
8/30/2019
5
5.发明了暗箱，透镜的组合，为制造光学仪器奠定了基 础 6.制成了人造光源（曲灯，蜡烛）
7. 开始对光的本性进行探索
8/30/2019
6
2. 1600年~1820年，快速发展时期
（1）制成了复式显微镜，促进了生物学 医学发展
（2）多样式望远镜，为天体研究及牛顿力学发展奠 定了基础
• 3、《计量工程光学》 徐家骅 主编 机械工业出版社
8/30/2019
24
第一章 几何光学的基本原理
8/30/2019
25
§1-1 光波和光线
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。
• 点：光源、焦点、物点、像点 • 线：光线、法线、光轴 • 面：物面、像面、反射面、折射面
方向，波面上的某一点具有一定关系的光线的
集合称为光束
8/30/2019
30
• 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
8/30/2019
31
• 像散光束：光线既不平行，又不相交，波面为曲面。
在几何光学中研究成像时，光线在光学元件中的
传播途径，这个途径称为光路
8/30/2019
32
§1-2 几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿直线传播。
•用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然 现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影 子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传 播定律。
8/30/2019
33
量子光学
(quantum optics) 以光和物质相互作 用时显示的粒子性 为基础来研究光学 问题。
8/30/2019
3
▲ 光学发展简史
• 1. 1600年前后，几何光学的基础初步 奠定时期（萌芽时期）
主要成就：
8/30/2019
1.对光的直线传播，反射，折射现象的定量描述。
2. 制成平面镜 球面镜 凸透镜，并研究了成像规律。 3.对天然色散现象进行了研究 4.懂得了矫正视力
日用：扫描仪、光碟、照相机
8/30/2019
17
哈勃太空望远镜
8/30/2019
18
8/30/2019
“哈勃”太 空望远镜 拍摄的狮 子座“NG C 3370”螺 旋星系的 照片
19
8/30/2019
哈勃望远 镜2002年 5月到12 月拍摄到 的太空神 秘发光星 体图片
20
人们还在不断研究光的应用领域
8/30/2019
28
二、光线
• 发光点向四周辐射光能量，在几何光学中 将发光点发出的光抽象为带有能量的直线， 它代表光的传播方向。
8/30/2019
29
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
宇
宇宙1号的太阳帆面积
宙
为530.93平方米，由光
1
压获得的推力为255克。
号 太
如果太阳帆的直径增 至300米，其面积则为 70686平方米，由光压
阳
获得的推力即为0.034
帆
吨。根据理论计算，
这一推力可使重约0.5
吨的航天器在200多天
内飞抵火星
8/30/2019
21
8/30/2019
应该指出的是，人们对光 的认识还远未完结，对光 的本性、传播规律以及光 与物质相互作用的研究还 在不断继续。
（3）形成了几何光学的基本定律（开普勒，菲涅 尔，费马定律
8/30/2019
7
（4）光的本性的两种学说—波动说，微粒说
（5）观察到干涉，衍射现象 （6）首次测得光速
8/30/2019
8
3. 1800~1900年，加速发展时期
（1）干涉，衍射实验成功 （2）偏振现象的发现----横波 （3）光的电磁理论创立 （4）光谱学 照相术 电影业得到很大发展
8/30/2019
26
• 一. 发光点
几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。 当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时， 也可认为是一个点。
天体
遥远的距离
观察者
8/30/2019
27
任何被成像的物体， 是由无数个发光点组成
1、本身发光。 2、反射光。
因此研究物体成像时，可以用某些特征点的 成像规律来推断整个物体的成像。
8/30/2019
9
4.20世纪以来，现代光学发展时期
二十世纪六十年代，激光问世。
傅立叶光学
全息光学
薄膜光学 集成光学
纤维光学 红外与微光技术 等等……
8/30/2019
10
8/30/2019
车 身 模 型 数 字 化 系 统
11
农业：收割、除草、叶面与果实的检 测
叶面积仪
8/30/2019
12
博学 求真 惟恒 创新
工程光学
8/30/2019
主讲人： 王建生
质量技术监督学院
1
绪论
▲ 研究内容
1、光的发射、传播、本性和光与其它物质相互作用的规律。
２、光和物质的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的 机械作用、光的热效应、光的电效应、光的化学效应、光 的生理效应等。
内容可分为：几何光学（应用光学）和（物理光学）、波 动光学、量子光学、现代光学 ）。