第一章几何光学基本定律与成像概念.ppt
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1、,第一章 几何光学 基本原理和成像概念,仪器科学与光电工程学院,几何光学:撇开光的波动本质,仅以光线为基础,研究光在介质中传播问题的学科。 本章以光线为基础,用几何的方法,研究光的传播规律及光学系统的成像特征。,仪器科学与光电工程学院,1-1 光波和光线,一、光波与光线 一般除研究光与物质相互作用,须考虑光的粒子性外,其它情况均可以将光看成是电磁波。 可见光的波长范围:380-780nm 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。 光波在真空中的传播速度: 3108m/s,仪器科
2、学与光电工程学院,仪器科学与光电工程学院,仪器科学与光电工程学院,基本概念,光源(发光体):从物理学的角度看,能辐射光能的物体称为光源。一切自身发光或受照发光的物体可看成光源。 点光源(发光点) :当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时,此光源可认为是点光源。如:人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 发光点:无大小,无体积,只有位置 发光体:由无数个发光点组成 因此研究物体成像时,可以用某些 特征点的成像规律来推断整个物体的 成像。,仪器科学与光电工程学院,基本概念,波面(波阵面):光波向周围传播,在某一瞬时,其振动相位相同的点所构成的曲面称为波面。光的传播即为光波波面
3、的传播,即沿着波面法线方向传播。,基本概念,光线:在几何光学中,将发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线。光线是无直径、无体积,而有方向性的几何线,其方向代表光能传播的方向。 光束:无限多条光线的集合。,仪器科学与光电工程学院,基本概念,仪器科学与光电工程学院,同心光束:发自一点或会聚于一点,为球面波,平行光束:光线彼此平行,是平面波,基本概念,仪器科学与光电工程学院,像散光束:光线既不平行,又不相交,波面为曲面。,在几何光学中研究成像时,主要要搞清光线在光学元件中的传播途径,这个途径称为光路,仪器科学与光电工程学院,第二节 光线的传播规律,(一)光的直线传播定律 在各向同性的均匀
4、透明介质中,光是沿直线传播的。但只在一定的条件下成立(见书) (二)光的独立传播定律 从不同发光体发出的互相独立的光线,以不同方向相交于空间介质中某一点,彼此互不影响,各光线独立传播。(大家能举出几个生活中的例子吗?) (三)光的折射定律与反射定律 光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射。即一部分光能量反射回原介质,另一部分光能量折射入另一介质。,仪器科学与光电工程学院,几何光学基本定律,实验证明: (1) 反射光线和折射光线都在入射面内,它们与入射光分别在法线两侧。 (2)反射角等于入射角。 (3)折射角的正弦与入射角的正弦比与入射角无关,仅由两种介质的性质决定。即 当n=-n时
5、,折射定律就转化为反射定律 。 一定波长的单色光在真空中的传播速度与它在给定介质中的传播速度之比,称为该介质对指定波长的光的绝对折射率。即: n = c/v 通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。,仪器科学与光电工程学院,第三节 马吕斯定律和费马原理,一、马吕斯定律 定义(见书) 由于光程l是几何路径s和介质折射率n的乘积,即 即光程等于同一时间内光在真空中所走过的几何路程。 表明:只要光线的传播时间t相同,他们的光程也就相同,即任意两波面之间是等光程。,仪器科学与光电工程学院,二、费马定律: 定义(见书) 反射定律和折射定律均可由费马原理导出。 实际光程可能是极小值,也可能是极大值
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