北京理工大学本科应用光学课件.pdf

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 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 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 υ c λ 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 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 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 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 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