光学成像技术1.ppt

光学成像技术 轻纺学院印刷工程系 研究范围 光学研究范围 光学—光现象的科学：光学是物理学的组成部分。它研究的对象是光。研究的内容包括光的本性，光的发射、传播、接收，以及光和物质的相互作用等。 内容提要 本课共分四大部分： 一、几何光学 二、激光技术 三、光学系统 具体内容 第一部分 几何光学 第一章 几何光学的基本定律和物象概念 1-1光学发展简史 1-2几何光学的基本定律 1-3光学系统的物像概念 1-4光学玻璃 一、光学发展简史1.几何光学(十七世纪上半叶） 几何光学时期：16世纪初~19 世纪初 这一时期可以称为光学发展史上的转折。在这个时期，建立了光的反射定律和折 射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了 提高人眼的观察能力，人们发明了光学仪器， 第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事 业的发展，显微镜的发明给生物学的研究提 供了强有力的工具。到17世纪中叶 已经奠定了几何光学的基础。 1、荷兰李普塞（H.Lippershey，1587-1619年）在1608年发明了第一架望远镜。 2、十七世纪初延森（Z.Janssen，1588-1632）和冯特纳（P.Fontana，1580-1656年）最早制作了复合显微镜。 3、1610年伽里略（1564-1642年）用自己制造的望远镜观察星体，发现了绕木星运行的卫星，这给哥白尼关于 地球绕日运转的日心说提供了强有力的证据。 4、开普勒（1571-1630年）汇集了前人的光学知识，他提出了用点光源照明时，照度与受照面到光源距离 的平方成反比的照度定律。他还设计了几种新型的望 远镜，特别是用两块凸透镜构成的开普勒天文望远镜。 2.粒子说（十七世纪末) 17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光的研究引向进一步发展的道路。牛顿根据光 的直线传播性质，提出了光是微粒流的理论。 惠更斯反对光的微粒说，从声和光的某些现 象的相似性出发，认为光是在 波。这一时期中，在以牛顿为代表的微粒说 占统治地位的同时，以惠更斯为代表的波动 说也初步提出来了。 惠更斯反对光的微粒说，在《论光》中认为光是在“以太”中传播的波。惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定 律，还解释了方解石的双折射现象。这一时期中，在以牛 顿为代表的微粒说占统治地位的同时，由于相继发现了干 涉、衍射和偏振等光的波动现象，以惠更斯为代表的波动 说也初步提出来了。 3.波动说(十九世纪初） 波动光学时期：19世纪初 ~20世纪初 到了19世纪初，初步发展起来的波动光学的体系已经形成。1801年杨氏最先用干涉原理令人满意的解释了白光照射下薄膜颜色 的由来并做了著名的“杨氏双缝干涉实验” ，第一次成功的测定了光的波长。1815年菲涅 耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成 了人们所熟知的惠更斯—菲涅尔原理 4.光的电磁理论 1808年马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。随后菲涅耳和阿拉 果对光的偏振现象和偏振光的干涉进行了研 究。 1845年法拉第揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。麦克斯韦在1865年的理 论研究说明光是一种电磁现象。这个理论 在1888年被赫兹的实验所证实。至此，确立了光的电磁理论。 5.量子光学 20世纪初~20世纪中：量子光学时期 19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机制 中，开始了量子光学时期。1905年爱因斯坦 发展了普朗克的能量子假设，把量子论贯穿 到整个辐射和吸收过程中，提出了杰出的光 量子（光子）理论，圆满地解释了光电效应， 并被后来的许多实验（例如康普顿效应）证 实。 至此，人们一方面通过光的干涉、衍射和偏振等光学现象证实了光的波动性；另一 方面通过黑体辐射、光电效应和康普顿效应 等又证实了光的量子性——粒子性。 光的本性——物质（实物和场）的本性—波粒二象性 6.现代光学发展 现代光学时期： 20世纪中~ 三件大事： ①1948全息术 ②1955光学传递函数 ③1960激光器的诞生 第二节 几何光学的基本定律 2.1 基本概念 1.发光点 只有几何位置而不计大小的光源称为发光点(或称为点光源)。 2.光线 在几何光学中，光线就是一条携带光能量的几何线，它代表了光的传播方向。 3.光束 发光点所发出的光波波面是以发光点为球心的球面波，波面的法线束就是几何光学中的光线束，简称为光束。 4.光路 光线的传播途径。 2.1 基本概念 按照光速传播的特点，可以分为： (1)同心光束。 (2)平行光束。 (3)像散光束。 像散光束：各条光线彼此既不平行又不完全相交于一点。 反