第一章几何光学基本定律1.pptVIP

绪论 光学发展简史 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照，物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。 ? 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃泡具有放大性能。 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 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 四、量子光学时期 光的电磁理论不能解释黑体辐射能量按波长的分布和1887年赫兹发现的光电效应 1900年普朗克提出辐射的量子理论 1905年爱因斯坦提出光量子假说；1923年康普顿和吴有训用实验证实了光的量子性。至此，人们认识到光具有波粒二象性。 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。 [美]机载激光系统 近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学。 光学的应用领域越来越广泛 农业：收割、除草、叶面与果实的检测 军事：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等 激光制导 潜望镜 红外雷达和平视显示器 医学：CT、胃镜、虹膜检测、生物检测 哈勃太空望远镜 “哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC 3370”螺旋星系的照片 哈勃望远镜2002年5月到12月拍摄到的太空神秘发光星体图片 人们还在不断研究光的应用领域 应该指出的是，人们对光的认识还远未完结，对光的本性、传播规律以及光与物质相互作用的研究还在不断继续。 第一章  几何光学的基本原理 从本质上讲，光是电磁波，它是按照波动理论进行传播。 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统成像。 几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。 点：光源、焦点、物点、像点 线：光线、法线、光轴 面：物面、像面、反射面、折射面 借助“光线”，用几何作图的方法确定象的位置与大小，因而称几何光学（或光线光学、高斯光学） 几何光学是波动光学在一定条件下的近似，适用于研究的对象的几何尺寸远大于所用光波的波长情况下。 几何（应用）光学的研究内容 一. 发光点 几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时，也可认为是一个点。 二、光线 发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传播方向。 三、光束 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波 像散光束：光线既不平行，又不相交于一点，波面为曲面。 三、 几何光学基本定律 1.光的直线传播定律： 光在各向同性的均匀介质中沿直线传播物体的影子、针孔成象、日蚀、月蚀、日食、月食都是直线传播的实验。 2、光的独立传播定律： 自不同方向或不同物体发出的光线相遇时，对每一光线的独立传播不发生影响，相遇前后的传播方向和强度都保持原来的传播方向和强度。适用于强度不太大，相干性较差的光线传播。 3.折射和反射定律 光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面 时的定律。 将上式代入 并设 （二）反射定律 一、全反射现象 全反射的两个条件： 光导纤维号称现代信息系统的神经 定义 为光纤的数值孔径 二、光路可逆原理 当光线的方向返转时、它将逆着同一路径传播。 一、光程: 如图光在介质n中,通过路程s所需的时间为 t