第一章几何光学基本定律及成像概念.pptxVIP

第一章 几何光学基本定律与成像概念;第一节 几何光学的基本定律;光的本质是一种电磁波。 可见光的波长范围：380-760nm，波长大于760nm的光称为红外光，波长小于380nm的光称为紫外光。 单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色，称之为单色光； 复色光：由不同波长的光混合成的光称为复色光； 白光是由各种波长光混合在一起而成的一种复色光。;2、光源;4、波面;图1-2　光束与波面的关系a)平行光束　b)发散同心光束　c)会聚同心光束　d)像散光束;像散光束： 一般讲，球面波经过实际的光学系统后就不再是球面波，相应的光束不再汇聚于一点。即不再是同心光束。;　　 几何光学把研究光经过介质的传播问题归结为如下四个基本定律，它是我们研究各种光的传播现象和规律以及物体经过光学系统的成像特性的基础。 　　（1）光的直线传播定律 　　（2）光的独立传播定律 　　（3）光的折射定律 　　（4）光的反射定律;2.光线的独立传播定律 不同的光线以不同的方向通过某点时，彼此互不影响，在空间的这点上，其效果是通过这点的几条光线的作用的叠加。 利用这一规律，使得对光线传播情况的研究大为简化。;3.光的折射定律和反射定律;（1）反射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内； （2）反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角与入射角的绝对值相等，符号相反，即： 　 ;　 （2） 折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅由两种介质的性质决定，即： 　通常写为: 　若在此式中令 　　　 ，则上式成为 　　　 , 此结果在形式上与反射定律公式相同。 ;4. 全反射现象 光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。下面就来研究产生全反射的条件。 ;　　通常，我们把分界面两边折射率较高的介质称为光密介质，而把折射率较低的介质称为光疏介质。当光从光密介质射向光疏介质且入射角　增大到某一程度时，折射角　达到 ，折射光线沿界面掠射出去，这时的入射角称为临界角，记为 。;由折射定律公式;若入射角继续增大，入射角大于临界角的那些光线不能折射进入第二种介质，而全部反射回的一种介质，即发生了全反射现象。 发生全反射的条件可归结为: （1）光线从光密介质射向光疏介质； （2）入射角大于临界角。;全反射棱镜; 光纤按折射率随r分布特点可分为均匀光纤和非均匀光纤两种。其中非均匀光纤具有光程短，光能损失小，光透过率高等优点。 ;光纤的类型（阶跃折射率和渐变折射率光纤）;基于微弯效应测压力;光纤液位传感器;5. 光路的可逆性 若光线在折射率为　 的介质中沿CO方向入射，由折射定律可知，折射光线必沿OA方向出射。同样，如果光线在折射率为n的介质中沿BO方向入射，则由反射定律可知，反射光线也一定沿OA 方向出射。由此可见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性。; 光从空间的一点到另一点的实际路径是沿着光程为极值的路径传播的。或者说,光沿着光程为极大、极小或常量的路径传播。 数学表达式： ;第二节 成像的基本概念与完善成像条件; 下图是望远镜的典型光路图。由两个透镜组（物镜和目镜）和两个棱镜构成的。;如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心都在同一直线上，则称该光学系统为“共轴光学系统”。反之称为“非共轴光学系统”。该直线称为光轴。 球面系统：在各种不同形式的曲面中，球面和平面生产较易，所以大多数光学系统中的光学零件均由球面构成，这种光学系统称为球面系统。 我们主要研究的就是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统。 ;成像的概念 发光物体可以被分解为无穷多个发光物点，每个物点发出一个球面波，与之对应的是以物点为中心的同心光束。经过光学系统之后，该球面仍然是一球面波，对应的光束仍是同心光束，那么，该同心光束的中心就是物点经过光学系统后所成的完善像点。 发光物上每个点经过光学系统后所成的完善像点的集合就是该物体经过光学系统后的完善像。 物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。;二、完善成像条件 表述一：入射波面为球面波时，出射波面也是球面波。 表述二：入射光是同心光束时，出射光也是同心光束。 表述三：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。 　;三、物、像的虚实 实际光线相交所形成的点为实物点或实像点。 光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点。 a）实物成实像 b）实物成虚像　　 c）