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光学基本知识第一部分几何光学

几何光学基本知识一.基本概念发光点光线光束

二.光线传播的基本定律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

1.光的直线传播定律在各向同性的均匀介质中，光在两点之间沿直线传播

2.光的独立传播定律以不同途径传播的光，同时在空间某点相遇时，彼此互不影响，各自独立地传播

nSin(I)=n’Sin(I’)02折射光线与入射光线在同一平面内，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,当压力、温度和光的波长一定时，其比值为常数：013.光的折射定律

01反射光线与入射光线和法线在同一平面内，入射光线与反射光线分别位于法线的两侧，与法线夹角相同02I”=-I4.光的反射定律

光的全反射当光线由光密介质向光疏介质传播时，根据折射定律可知，因n’n则I’I,当SinIm=n’/n时，这些光线不再折射到另一介质，而按反射定律在界面上被全部反射

光学仪器和激光头的光学系统都由一系列折射面和反射面组成光轴：各个表面的曲率中心均在同一直线上的光学系统称为共轴光学系统，这条直线称为光轴0201三.物像的基本概念

物像的基本概念成像：以A为顶点的入射光束经光学系统一系列表面折射和反射后，变为以A’点为顶点的出射光束，称A为物点，A’为像点，A’为物点A的像；物所在的空间称为物空间像所在的空间称为像空间

一个发光点或实物点总是发出同心光束，01一个像点如果由对应的同心光束汇聚而成，这样的像点称为完善像点03n介质折射率d光线所经过的实际长度05它与球面波相对应02要成为完善像点，必须使入射波面与出射波面之间光程是相等的：Σn×d=const04同心光束与光程物像基本概念

01光学成像要通过光学零件的折射和反射来实现的。02透射材料：光学玻璃和光学塑料。材料主要特性有：03各特征谱线的折射率04各谱线的透过率05光学稳定性06化学稳定性07另外，还有均匀性、气泡、条纹、划伤、麻点等08反射材料：在反射表面镀上高反射率的薄膜09主要的反射膜材料：铝、银四.材料与色散

光的色散介质的折射率对不同波长（颜色）的光波是不同的目视仪器用人眼观察，黄光（Na）D589.3nm青光（H）F486.1nm红光（H）C656.3nmD对人眼最敏感F、C位于人眼灵敏极限的两端由于白光是各色光混合而成，经棱镜折射，因不同波长的折射率不同而出现分光现象。长波的红光在上，短波的紫光在下。这就是色散。

01定义：理想光学系统就是能对任意宽空间内的点，以任意宽的光束成完善像的光学系统，理想系统是能与系统等价的抽象模型。它主要描述为：02物空间的中的一点对应与像空间中唯一的一点，这一对点称为共轭点；03物空间中的一条直线对应与像空间中唯一的一条直线，这一对直线称为共轭线；04如物空间中一点位于直线上，其在像方空间中的共轭点必位于该直线的共轭线上。05此假设1841年由高斯建立，故称为高斯光学。五.理想光学系统

2.理想光学系统的基点、焦距平行于光轴的入射光线AE,经系统后，沿G’F’方向射出，交于像方F’点，沿光轴入射的光线经系统后仍沿光轴出射。由于像方的出射光线G’F’和OkF’分别与物方的入射光线AE1和FO1共轭，故像方F’点在物方的共轭点必是光线AE1、和FO1的交点，它位于左方无穷的光轴上，故F’即为无穷远轴上点的像，称为光学系统的像方焦点。

理想光学系统的基点、焦距如以相反方向作一平行于光轴的光线，可得到一个与光轴的焦点F,称为光学系统的物方焦点。

像方焦平面：过像方焦点F’的垂01轴平面02物方焦平面：过物方焦点F’的垂03轴平面04像方主点：像方主面与光轴的交05点06物方主点：物方主面与光轴的交07点08像方焦距：像方主点到像方焦点09的距离10物方焦距：物方主点到物方焦点11的距离12理想光学系统的基点、焦距

01物像位置：可相对于焦02点或主点来定义03如图所示，04以焦点来定义的物像公式是：05xx’=ff’06以主点来定义的物像公式是：071/l’-1/l=1/f’3.物像位置、放大率

01根据上面的成像关系式，可以导出物像02之间放大倍率的计算公式03横向放大率：β=l’/l04轴向放大率：α=(n’/n)×β05角放大率：γ=n/n’/β物像位置、放大率

4.光学系统的图解求像光学系统的位置确定后，对于任何位置的点、线、面可以方便地用作图法求出其像方共轭的点、线、面。图解方法的原理是应用光学系统基点和基面的性质，主要是：平行于光轴的光线，经系统后通过像方焦