几何光学-第二章-基本定律和原理.pdfVIP

第二章 基本定律和原理 §1 基本定律 本章介绍由实际或实验总结得出的有关光线传播的基本规律，它们是几何光学的理论 依据。 （1） 光线独立传播定律 光线 从不同点光源发射的或来自不同方向的光线相互 独立传播，彼此均不影响其性质。 （2 ） 光线直线传播定律 在各向同性均匀透明介质里，光线是一条直线。如果 介质是非均匀的，光线将是弯曲的，而且它将弯向折射率 图2-1 非均匀介质中光线的弯曲 高的那一边，如图2－1 示。 （3 ） 光线通过界面时的变化 (a) 折射定律 现有两个折射率不等的各向同性均匀透明介质，它们构成一个分界面，光线从一个介 质（折射率 n ）通过分界面向另一种介质（折射率n ）传播，其方向将发生变化，产生反 1 2 射和折射现象（如图 2－2 示）。实验证明，折射光线在入射面（入射光线与界面法线组成 的平面）里，折射角（i ）的正弦与入射角（i ）的正弦之比是两个介质折射率之比，即 2 1 n sin i n sin i （2－1） 1 1 2 2 这就是折射定律。 i1 ’ n1 i1 (b) 反射定律 实验发现还有入射光线从分界面反射回到入射 n2 面里，这就是反射光线，由于在同一种介质里传播， i2 从上述（2-1）公式可见，n sin i n sin i ， 1 1 1 2 图2-2 即 sin i1 sin i2 （2－2 ） 或写为： i2 π −i1 , i1 i1 （2－3 ） 这就是反射定律，它是折射定律的特殊情况。必须指出，应用上述两个定律时，对任意波 形的波和折射面，必须要求光波长小到可以不考虑，或者说入射波面和分界面的曲率半径 都远远大于入射波长时，这两个定律才成立。 7 (c) 全反射 实验发现当介质1 的折射率n 大于介质2 的折射率n 时，即光线从光密介质1 向光 1 2 疏介质2 折射时，如果入射角大于某一特定角，光线不能从介质1 穿过界面折射进入介质2， 光线将全部返回介质1，发生全反射现象。从公式（2－1）可知，n ＞n 时，折射角大于入 1 2 射角，与折射角＝90 度对应的入射角是给定条件下的最大入射角，记为 i ，显然超过它的 c 所有入射光线都将全部被全反射，也叫全内反射（如图2－3 示）。最大入射角i 是临界角，