光学基础知识 PPT

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
，折射角
N B
I1
R1
O I2
C N
第三节 折射率和光速
一、折射定律和折射率的物理意义
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
A
A’
A’点称为物体A通过透镜所成的像点。而把A称为物点
A′为实际光线的相交点，如果在A′处放一屏幕，则可以 在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。 A和A′称为共轭点。 A’与A互为物像关系，在几何光学 中称为“共轭”。
sin I1 sin I2
v1 v2
n1,2
SinI1 υ1
=
SinI2 υ2
n = 1, 2
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。
二、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n c v
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
第一种介质的绝对折射率： n 1 =
第二种介质的绝对折射率： n 2 =
所以
n n2
1, 2 =
n1
I1 空气 n=1 水 n=1.33
I2
I1 玻璃 n=1.5 空气 n=1
I1 空气 n小
c 玻璃 n大
空气 n小
玻璃 n大
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
• 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
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
几何光学的研究对象和光线概念
按介质分界面形状分： 球面系统：系统中的光学零件均由球面构成 非球面系统：系统中包含有非球面 共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
3、全反射的应用 用棱镜代替反射镜：减少光能损失
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
光学系统分类
按有无对称轴分： 共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴 非共轴系统：没有对称轴线
折射定律：
折射光线在入射面内
n Sin I1
Sin I2
＝
1, 2
n1,2 : 第二种介质相对于第一种介质的折射率
A
NQ
I1
P O
I2
Q´
1
2
12 O´
N´
QQ'
OO'
QQ' v1t OO' v2t sin I1 OQ' sin I2 OQ'
sin I1 sin I2
QQ' OO'
n1,2
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
sin
I0
n2 n1
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
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’
8’
0’
2’
6’
1’
3、透镜成像原理 正透镜：正透镜中心比边缘厚，光束中心部分走的慢， 边缘走的快。
P
P’
A
O O’
A’
成实像
Q
Q’
负透镜: 负透镜边缘比中心厚，所以和正透镜相反， 光束中心部分走得快，边缘走得慢。
A
A’
成虚像
第六节 摄影光学基础
最早的照相机——小孔成像：
一般的放大镜就可以作为照相的镜头。
缺点：有色差、球面差、像场畸变、轴外向差等等 的问题，这些问题使得影像不清楚或是边缘影像不 清楚，或者是变形严重。 一个可以独立使用的镜头都是一个相当于凸透镜的镜头 组，常由多片镜片构成，单眼相机用装在镜头与相机之 间的加倍镜则是一个相当于凹透镜的镜头组。
第四节 光路可逆和全反射
一、光路可逆 1、现象
A
B
光路可逆的作用：
用于求光学器件或器件组的焦点
在光学设计中进行逆向计算：所需目镜 放大倍数，显微物镜调节等
二、全反射 1、现象
空气
I2
O1
O2
水
I1 R1
A
O3
O4
I0
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
• 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，Βιβλιοθήκη Baidu光认为是光线
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
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
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
光学基础知识
第一章 几何光学基本原理
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
2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计的
第二节 几何光学基本定律
一、光的传播现象的分类
灯泡
空气
玻璃
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。
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
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