几何光学完整PPT课件.ppt

第一章几何光学的基本定律与成像概念可见光波长：400nm—760nm4000Å－7600Å
0.4μm—0.76μm

在可见光范围内，不同波长引起不同颜色感觉。
单色光—具有单一波长的光。
几种单色光混合而成为“复色光”。
真空中光速c=3×108m/s介质中光速v=c/n2.光源—辐射光能的物体
点光源：用特定的几何点表示的发光体。•
线光源：
面光源：

点光源—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。
点光源被认为没有体积和线度，所以能量密度应为无
限大。3.光线—无体积、无直径，有能量、有方向，能够传输
能量的几何线。
光线方向代表光能传播的方向。
4.波面—某一时刻，振动位相相同的各点构成的面。
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。
波面法线方向即为光传播方向。同心光束—波面为球面，聚于一点。二、基本定律
1.光的直线传播定律
在同一种各向同性、均匀介质中，光沿直线传播。
2.光的独立传播定律
从不同光源发出的光束以不同方向通过空间某点，互
不影响，各自独立传播。
3.光的反射定律
反射定律可归结为：入射光线、
反射光线和投射点法线三者在同一
平面内，入射角和反射角二者绝对值
相等，符号相反。即入射光线和反射
光线位于法线的两侧。
反射定律可表示为4.光的折射定律两种重要的光的传播现象：光路的可逆性及全反射全反射：当入射光的入射角I大于某值时，两种介质的分界面把入射光全部反射回原介质中去，这种现象称为“全反射”或“完全内反射”。
条件：光密光疏（n>n′），i>iQ（零界角）
n•sini=n′•sini′（i′＝90°）
iQ＝arcsin(n′/n)全反射应用：(b)1）光程—光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n•l
均匀介质m层均匀介质连续变化的非均匀介质

s=n•l=c•t

6.马吕斯定律（波面与光束、波面与光程的关系）
垂直于波面的光线经过任意次折射、反射，出射波面
仍与出射光束垂直，且入射波面与出射波面对应点之间
光程相同。

费马原理马吕斯定律光的直线传播定律
光的反、折射定律1.光轴
组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心在同一条
直线上的光学系统称为共轴光学系统，该直线称为光轴。实物—物方实际光线直接相交而成的点。
虚物—物方实际光线不能相交，延长线相交而成的点。
实象—象方实际光线直接相交的点。
虚象—象方实际光线不能直接相交，反向延长相交。
物空间—构成物的光线所处的空间。（实物、虚物）
象空间—构成象的光线所处的空间。（实象、虚象）说明：例：某物体通过一透镜成像后在透镜内部，透镜材料为玻璃，透镜两侧均为空气。问该像所处的空间介质是玻璃还是空气？1第二章球面与共轴球面系统一、光线经过单个折射面的折射2.符号法则（便于统一计算）
规定光线从左向右传播
a）沿轴线段L、L′、r
以O为原点，与光线传播方向相同，为“＋”
与光线传播方向相反，为“－”
b）垂轴线段h
在光轴之上，为“＋”
在光轴之下，为“－”
c）光线与光轴夹角U、U′
以光轴转向光线成的锐角来度量，顺时针为“＋”
逆时针为“－”d）光线与法线夹角I、I′
以光线转向法线成的锐角来度量，顺时针为“＋”
逆时针为“－”
e）光轴与法线的夹角φ
以光轴转向法线成的锐角来度量，顺时针为“＋”
逆时针为“－”
f）折射面的间隔d，一般取“＋”
g）所有参量是含符号的量，但图示标为参量的大小。二、远轴光的计算公式（实际光线光路计算）
给定n、n′、r，已知L、U，求解L′、U′
其中U、U′较大，远轴光线成像（大光路）3）物点位于物方无限远时，入射光线位置由高度h决定。三、近轴光计算公式（小光路光线计算公式）
U、U′、I、I′很小，正弦值可用弧度代替。
（基本量均小写）四、常用推导公式
a：（物象方的截距与孔径角之积不变）

b：阿贝不变量

(物象方的折射率、球面半径和截距之间的关系)
Q随物象共轭点位置变化而变化。

c：(u′、u关系)

d:（常用的物象位置关系）§2－2单个折射球面的成像放大率、拉赫不变量
说明：a)β取决于n、n′、l′、l
b)β>0，l、l′同号，物象同侧，虚实相反
β<0，l、l′异号，物象异侧，虚实相同
c)β>0，成正象
β<0，成倒象
d)β>1，成放大象
β<1，成缩小象b）轴上大线段3.角放大率：共轭光线与光轴的夹角u′和u的比值§2－3共轴球面系统
探讨方法—将光线的光路计算公式及放大率公式反复应
用于各个折射面，分别求出各面的u、u′、l、l′、
β、α、γ、y、y′J、J′、Q、Q′。
转面公式—前后相邻面之间的基本量的转化关系。2.转面公式
原则：前一折射面的象为后一面的物，前一面的象空间为后一面的物空间
n