几何光学的基本定律与费马原理.pdfVIP

第一章几何光学的基本定律 和费马原理 主要内容 一、几何光学的三个基本定律 二、光路可逆原理 三、全反射、光学纤维 四、费马原理 几何光学是关于物体所发出的光线经光学系统 后成像的理论。 光线：空间的几何线。各向同性介质中，光线 即波面法线。光的直线传播、反射和折射都可 以用直线段及其方向的改变表示。 几何光学是关于光的唯象理论。 对于光线，是无法从物理上定义其速度的。 几何光学实验定律成立的条件： 1.被研究对象的几何尺寸D远大于入射光波波长λ D/ λ 1 衍射现象不明显，定律适用。 D/ λ ～1 衍射现象明显，定律不适用。 2.入射光强不太强 在强光作用下可能会出现新的光学现象。 强光：几何光学的基本实验定律有一定的近 似性、局限性。 一、几何光学的三个基本定律 1.光的直线传播定律 在真空或均匀介质中，光沿直线传播，即光线为 一直线。 均匀介质中 光传播的直线性 2.光的独立传播定律 弱光及线性条件下，自不同方向或由不同物体发 出的光线在空间相交后，对每一光线的独立传播 不发生影响。 光传播的独立性 3.光的反射和折射定律 3.1 反射定律 入射 n 面 i i′ 界面 反射光在入射面内； 反射角等于入射角： i′ i 3.2 折射定律 入射面 n i i′ 1 1 n 界面 1 n 2 i 2 折射光在入射面内； 入射角的正弦与折射角的正弦之比，对于给定介质 及光波长，是一个常数。 n sin i n sin i Snell定律 1 1 2 2 光线在梯度折射率介质中的弯曲 梯度折射率介质：折射率随位置不同连续变化的介质 特点：梯度折射率介质中光线的几何轨迹一般为曲线 z n1 z n 2 n n 3 n 4 n n=1