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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 本章涉及的问题： 对成像的要求 第一节 光波与光线 光的本质是电磁波 光的传播实际上是波动的传播 光线的概念 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 一、光的传播现象的分类 二、几何光学基本定律 第六节 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 名词概念 像：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 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  符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为理想像 5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似 直线传播定律 反射定律 折射定律 费马(P. de Fermat)原理(1679年) QP两点间光线的实际路径，是光程为平稳 的路径。 (L) 媒质1 媒质2 “抄近路” P Q 从另一角度体现折射率 的物理意义 光程最短，则耗时最少 课堂练习：判断光线如何折射 空气 n=1 水 n=1.33 I1 I2 玻璃 n=1.5 空气 n=1 I1 空气 n小 玻璃 n大 c I1 空气 n小 玻璃 n大 第四节 光路可逆和全反射 一、光路可逆 A B 1、现象 2、证明 直线传播： A B 反射：I1=R1 R1=I1 折射： n1 Sin I1 = n2 Sin I2 n2 Sin I2 = n1 Sin I1 I1 R1 A B I2 C 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 二、全反射 1、现象 水 空气 A I1 R1 I2 O1 O2 O3 O4 I0 1834年，英国科学家丁达尔(J. Tyndall)全反射实验 2、发生全反射的条件 必要条件： n1n2 由光密介质进入光 疏介质 充分条件： I1I0 入射角大于全反射角 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 37°3’ 37°34’ 37°7’ 38°41’ 39°16’ 39°52’ 40°30’ 41°8’ 41°48’ I0 1.66 1.64 1.62 1.60 1.58 1.56 1.54 1.52 1.5 n 3、全反射的应用 用棱镜代替反射镜：减少光能损失 测量折射率 待测样品B nB低 nA高 I0 暗 亮 A 例：阿贝折射计 光导纤维－光纤 光学系统分类 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(即所有球面的球心在一条直线上) 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统 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  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 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。 由光路的可逆性，A’与A互为物像关系，在几何光学中称为“共轭”。 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。 A O P Q P Q O’ A’ P’ Q’ 成实像 等光程，无位相差或时间延迟 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 物：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 虚物 虚像 实物 实像 s s s s (a) (b) (c)