光学教程(叶玉堂)第1章几何光学基础.pptVIP

§0-2 光学发展简史 从内容上看: 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于界面。 二、几何光学时期 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律 三、波动光学时期 四、量子光学时期 五、现代光学时期 1960年，梅曼制成了红宝石激光器，激发的问世，使古老的光学焕发了青春，光学与许多科学技术领域相互渗透，相互结合，派生出许多崭新的分支。主要包括：激光、全息照相术、光学纤维、红外技术。激发、原子能、半导体、电子计算机被称作当代四大光明。 §1.1几何光学的基本定律 3、光束：光线的集合称为光束 发光点、光线实际上是不存在的，只是一种假设。 二、几何光学的基本定律 4、折射定律 折射光线与入射光线和法线在同一平面内，折射角与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅由两介质的性质决定，当温度、压力和光线的波长一定时，其比值为一常数，等于前一介质与后一介质的折射率之比。即： 三、全反射 四、费马定律 3、费马原理的光学意义 4、费马简介 费马是法国数学家。 费马出生于皮革商人家庭，1631年获奥尔良大学民法学士学位，毕业后任律师，并担任过图卢斯议会议员. 他对解析几何、微积分、数论、概率论都作出了杰出的贡献，被誉为“业余数学家之王”。 5 极值的讨论 §1.2 物像基本概念 2、基本概念 （1）球面光学系统：所有界面均为球面的光学系统； （2）共轴球面光学系统：各球面球心位于一条直线上的球面光学系统； （3）光轴：连接各球心的直线； （4）顶点：光轴与球面的交点； （5）同心光束：球面波经过光学系统后仍为球面波。 二、物和像的概念 5、物像关系 物和像的概念具有相对性。物像之间的对应关系在光学上称之为共轭。 §1.3 球面和球面系统 §1.3 球面和球面系统 二、实际单个折射球面的光路计算 2、物体位于无限远处时 即：L=-∞,U=0时，则入射角为： 三、单个折射球面近轴光线的计算 1、阿贝不变量Q 2、孔径角u和uˊ的关系 3、物像位置关系 4、光焦度φ 表征折射球面光学特性的量，即： 其单位称为折光度 5、像方焦点和物方焦点 四、物平面以细光束经折射球面的成像 1、垂轴放大率β 2、轴向放大率 3、角放大率 五、球面反射镜 2、焦距： 3、球面反射镜的放大率公式 三种放大率公式： 六、共轴球面系统 确定共轴球面系统的参数有： （1）曲率半径r1，r2，…rk （2）各个球面顶点之间的间距d1，d2，…dk-1 （3）各球面间介质的折射率n1，n2，…nk+1 共轴球面系统 2、共轴球面系统的拉亥公式 3、整个共轴球面系统的放大率公式 七、透镜 1、透镜的类型： 2、物像位置公式： 凸透镜，fˊ0，具有正光焦度，对光束起会聚作用；凹透镜， fˊ0，具有负光角度，对光束起发散作用。 5、正负透镜对平行光束的折射 凸透镜的像方焦点是对入射平行光会聚，所以是实焦点；凹透镜的像方焦点是虚焦点。 6、薄透镜的性质（画图依据） §1.4 平面与平面系统 一、平面反射镜 1、单平面镜：不管物和像是虚还是实，对于平面反射镜来说，物和像始终是对称的。 性质a、如果物体为右手坐标系，其像却是左手坐标系，这种物像不一致的像，叫做镜像 b、如果物体为右手系，而像仍为右手坐标系，这样的像为一致像。 c、奇数个平面镜成像为镜像，偶数则为一致像。 d、当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转动一个α角度，则反射光线将同向转动2 α角 应用： 2、双平面镜 将两个平面反射镜组合在一起，使两个反射面构成一个二面角，这就是双平面镜。 双平面镜对物体所成的两次反射像是由物体绕镜棱转动2α所得，转动的角度与物体位置无关。 经两次反射后的出射光线与入射光线间的关系 关系式： 双平面反射镜的成像特性： 二次反射像的坐标系统与原物坐标系统相同，成一致像；且反射像的转角永远等于两平面镜角的二倍，其转向与光线在反射面的反射次序所形成的转向一致； 位于主截面内的光线，不论入射方向如何，与出射线的转角β始终保持不变，等于两平面镜角的两倍。 二、平行平板 1、由两个相互平行的折射平面构成的光学零件称为平行平板。 2、放大率公式： 所以平行平板不使物体放大或者缩小，总对物体成同等大小的正立像，物与像总在平板的同一侧，两者虚实不一致。 3、光线经平行平板折射后方向不变，但要产生位移 如图所示： 三、反射棱镜 反射棱镜的定义：将一个或多个反射工作平面制作在同一块玻璃上的光学零件； 反射棱镜的作用：转折光轴，转像，倒像，扫描等目的； 反射棱镜的优点：由于利用全反射使得能量几乎没有损失，且不易变形，便于装调等优点。 常用的棱镜