第四章平面系统
第一节平面镜
1，单平面镜的成像特性
●PP为平面镜，物点A发出的光束中，取一条光线垂直于PP入射，反射光线在入射点P处原路返回；
●另一条AQ经反射后沿QB出射，反向延长交于A’点。A’就是A的反射像。
●显然，ΔAPQ与ΔA’PQ全等，∴AP=A’P，即A'与A关于镜面对称。
A点发出的同心光束，经反射镜反射后为以A‘点为顶点的同心光束
●平面镜能对物体成完善像
●平面反射镜是唯一一种能对任意大物体以任意宽光束成完善像的实际光学元件
●实物成虚反射像，虚物成实反射像
●反射像是正立的，放大率β = 1，像距l’= -l
●反射像是“镜像”
●在平面镜的物空间取一左手坐标系xyz，根据平面镜成像的对称性质，可以确定反射像为右手坐标系
x’y’z’
●一次反射或奇数次反射得镜像，偶数次反射得“一致像”
●摆动效应：光线以一定方向入射到平面镜，若平面镜摆动α角，则反射光将产生2α角的摆角
●这一性质在精密计量中有广泛应用，通过扩大倍率来进行小角度或小位移的测量
第二节反射棱镜
反射棱镜：将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件，在光学系统中主要用于折转光路、转像、倒像和扫描等
●光线从棱镜的一个面进入棱镜，在其内表面一次或多次反射，最后从出射面射出
●棱镜光轴：系统光轴在棱镜中的部分
●光轴截面：包含光轴的棱镜截面，又称主截面
●只有在光轴截面内才能正确反映棱镜每2个面之间的角度、光轴方向及反射次数
1，反射棱镜类型
1．简单棱镜
只有一个光轴截面的单个棱镜。其反射次数可以有1次、2次、3次反射，奇数次反射成镜像，偶数次反射成一致像
2．屋脊棱镜
带有屋脊面的棱镜为屋脊棱镜
屋脊面：2个互相垂直的反射面，交线位于光轴截面内，用以取代棱镜的一个反射面
屋脊面相当于2个反射面，因此奇数次反射棱镜将得到一致像
屋脊棱镜的表达：
在对应的简单棱镜上加一条表示屋脊面的线
3．复合棱镜
复合棱镜由多个棱镜组合而成
2.棱镜系统成像的物像坐标变化
●判断规则
●条件：
●（1）物为左手系
●（2）oz为光轴
●（3）yoz与主截面重合
●判断原则：
●（1）o’z’与光轴一致
●（2）o’x’由屋脊面数确定，偶数个与ox同向，奇数个反向
●（3）o’y’由反射次数确定，偶数次为左手系，奇数次为右手系
●例判断屋脊斯密特棱镜的成像坐标方向。
●解o’z’沿光轴出射方向。o’x’由屋脊面数确定，共一个，故o’x’与ox反向。o’y’由反射次
数确定，共4次，故仍为左手系。这是成完全倒像。
3 反射棱镜的等效作用与展开
●反射棱镜展开以确定反射棱镜在光路中的位置和大小
●展开的步骤：按入射光线反射的顺序，以反射面为镜面，逐次使主截面翻转
●反射棱镜展开后，相当于一个平行平
板，入射面和出射面平行
●平行平板的厚度就是棱镜的展开长度，
或光轴长度
●棱镜展开后很容易看出限制光束的位置
结构参数K
L
K
D
（4-6）
●其中，L为光轴长度（展开长度），D为
通光口径
●K值取决于棱镜的结构形式，与棱镜的大小
分划板图形
无关
第三节 平行平面板
●
平行平面板指由2个折射平面构成的平行平板如分划板、微调平板等，或者相当于平行平板的光学元件如展开后的反射棱镜 ● 通常平行平板是玻璃平板，也可以是“空气平板”，即两侧为玻璃中间为空
气，也可以是“虚平板”，即通过成像形成的平板
光线经平板折射后方向不变
U2’=U1 （4-7） 平行平板不使物体放大或缩小：
22
1tan 1,1,1tan U U γβαβγ'1== == == ● 光线经平行平板折射后，产生轴向位移ΔL’和侧向位移ΔT ’ ●
对于空气中的玻璃平行平板，有ΔL’≥0，即轴向位移总是正的 ● 轴向位移的计算式
11tan 1tan I L d I ??''?=- ??? （4-9）
●
ΔL’随入射角I1的不同而变化，同心光束经平行平板折射后变为非同心光束，平行平板的成像是不完善的 ● 对于近轴光来说，有
●
11l d n ??'?=- ???（4-11） ●
与入射角无关，即平行平板的近轴区与共轴球面系统的近轴区一样，是成完善像的 ●
侧向位移ΔT ’指垂直于光线方向的位移DG ● 在近轴区写为Δt ’，有
111sin 1t l I d i n ??''?=?=- ??
?（4-12）
●要消除侧向位移，只有当垂直入射时，或者当平板不存在时（d=0或n=1）
●平行平板在近轴区的成像，不管物体在什么位置，其像的位置可以看成由物体位置移动了一个轴向位
移而得到
●利用这一特性，在光路计算时，可以将平行玻璃平板简化为一个等效空气平板
●入射光线PQ经玻璃平板ABCD后，出射光线HA’平行于入射光线
●将玻璃平板的出射面CD及出射光线HA’一起沿光轴方向移
动Δl’，则CD与EF重合
●出射光线在G点与入射光线重合，A与A’重合
●这表明，光线经过玻璃平板的光路与无折射地通过空气层
ABEF的光路完全一样
●等效空气平板的厚度为
●
d
d d l
n
'
=-?=
（4-14）
●引入等效空气平板的作用在于
●如果光学系统的会聚或发散光路中有平行平板（或由反射棱镜展开而得），可将该平行平板等效为空
气平板
●这对光学系统外形尺寸计算非常有利
●不用考虑平行平板的作用，只需计算出无平板时的像方位置，再沿轴向移动一个轴向位移，就可以得
到实际像面的位置
第四节习题
4-4 对本章图4-17所示棱镜，设入射光为右手系，判断出射光坐标。
4-5 如图根据成像坐标的变化，选择虚框中使用的反射镜或棱镜。
第4-5题图
第一章几何光学基本原理 光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。 研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学物理光学量子光学 第一节光学发展历史 1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。 5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。 6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放大倍数为30×的望远镜。7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。 9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐 渐被普遍接受。 10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。 12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。 13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以 及其他科学的发展。 15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了 异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴 产业的出现。 ●光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光学， 内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ●随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ●光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。 ●掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的 适应面。 第二节光线和光波 1，光的本质 ●光和人类的生产、生活密不可分； ●人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律 和传播现象称为几何光学。 ●1666年牛顿提出的“微粒说” ●1678年惠更斯的“波动说” ●1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波 ●1905年爱因斯坦提出了“光子”说 ●现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。 ●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：380-760nm
工程光学实验教材
实验一自组望远镜 (测量实验) 一、实验目的 了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的方法。 二、实验原理 最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。 三、实验仪器 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S 2、毫米尺F L=7mm 3、二维调整架：SZ-07 4、物镜Lo：f o=225mm 5、二维调整架：SZ-07 6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜） 7、读数显微镜架: SZ-38 8、滑座：TH70 9、滑座：TH70Y 10、滑座：TH70Y 11、滑座：TH70 12、白屏：SZ-13 四、仪器实物图及原理图
图四 五、实验步骤 1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把 标尺放在毫米尺一侧。 2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的完 整毫米尺上的刻线。 3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。 六、数据处理 毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂ 望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB 七、实验结果： 1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm 所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍 2、观察到的现象：
八、遇到的问题及心得体会： 1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器； 2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜； 3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来； 4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律： 凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域
工程光学Ι复习要点 基本概念汇总 一、四大定律；光路可逆；全反射； 二、光轴；符号规则；如射角；孔径角；视场角；物距；像距；物高；像高； 近轴光线；近轴区域；共轭关系；垂轴放大率；轴向方法率；角放大率；拉赫不变量； 三、基点基面（焦点、主点、节点、焦面、主面）；焦距；光焦度；牛顿公 式；高斯公式；焦物距；焦像距；等效光组（组合光组）；
四、平面镜；双面镜；反射棱镜；折射棱镜；光楔；主截面；屋脊棱镜；等 效空气层；偏向角；色散； 五、孔径光阑；入瞳；出瞳；视场光阑；入窗；出窗；孔径角；孔径高度； 视场角；视场高度（物高、像高）；渐晕；渐晕系数（线渐晕）；渐晕光阑； 场镜；景深；焦深；理想像；清晰像； 六、像差；球差；彗差；像散场曲；畸变；位置色差；倍率色差；二级光谱； 色球差；像差曲线；子午面；弧矢面；
七、近视；远视；近点；远点；屈光度；分辨力；视放大率；有效放大率； 数值孔径；相对孔径；光圈数（F数）；出瞳距； 系统工作原理汇总 远摄系统；反远距系统；望远系统；焦距测量系统；物方远心光路；像方远心光路；景深产生的原理；焦深产生的原理；人眼成像系统（正常、近视、远视）；近视眼校正系统；远视眼校正系统；放大镜工作原理；显微镜工作原理；望远镜工作原理；目镜视度调节原理；临界照明；克拉照明；照相系统的调焦原理
方法汇总 全反射；单球面成像；共轴球面成像；反射球面成像（反射镜成像）；理想光组成像；薄透镜成像；组合光组、厚透镜成像及焦距主面计算；透镜组成像；平行平板成像；光楔的偏向角计算；孔径光阑的判断；入瞳、出瞳的计算；入窗、出窗的计算；视场大小的判断和计算；渐晕光阑的计算；棱镜大小的计算；景深、焦深的计算；视放大率的计算（放大镜、显微镜、望远镜）；有效放大率的计算；出瞳距的计算；通光口径的计算（物镜、目镜、分划板、棱镜、场镜） 作图汇总 作图求像；棱镜展开；棱镜坐标的判断；各种系统工作原理的光路图；
第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
工程光学实验报告 最小偏向角法测棱镜折射率 1.测量原理 从几何光学可知，棱镜的玻璃折射率n与棱镜顶角A及最小偏向角之间有如下的关系： 在不同波长的单色光照明下，在分光仪上测得A和，即可利用上式求得 不同波长的玻璃折射率。 2.实验仪器设备 ①分光仪：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理进行角度测量的仪器。它主要由下列几个部分组成：自准直望远镜，平行光管，载物台，度盘和游标盘。望远镜通过支臂与度盘固定在一起，组成仪器的照准部。它与游标盘和棱镜台可分别绕度盘的垂直轴旋转，转过的角度由游标盘和度盘读出（游标精度为1’，度盘每格值为30’），每次读数要在对径方向上二个游标上读数，然后取其平均值，这样可消除度盘的偏心误差，且要在度盘的三个不同位置上读数，以消除度盘的刻度误差，轴的晃动误差等，仪器上各运动部分备有锁紧、微动和调整装置的螺钉。 ②光源： a.用钠光灯作照明光源测量D光折射率，钠光谱线λ=0.6328μ。
b.自准直望远镜照明光源为6.3伏白炽灯及变压器。 3.实验步骤 第一步：调整： ①接上光源b； ②目镜调焦； ③望远镜调焦，用自准直法将目镜分划板正确地调焦在物镜焦面上，即使望远镜物镜对无穷远调焦； a.粗调望远镜光轴，使其位置适中（通过上、下、左、右调节螺钉）； b.棱镜台上放一平行平板玻璃，工作面正对望远镜，观察目镜分划板上 十字丝与反射回来的像是否同时清晰，若不同时清晰，则移动目镜镜管，直至同时清晰为目。 ④使望远镜瞄准轴与度盘轴相互垂直； 当用平行平板使望远镜调焦无穷远时，则锁紧螺钉6，使棱镜台与游标盘连在一起，通过目镜观察分划板上十字丝和其反射像水平线是否精确对称，若不对称则用半修法校正（即不对称量由望远镜和棱镜台各负责校正一半），它可通过调整螺钉达到，然后将棱镜台连同游标盘带平行平板转过去180
1. 平面镜的像，平面镜的偏转，双平面镜二次反射像特征及入、出射光线的夹角 2. 平行平板的近轴光成像特征 3. 常用反射棱镜及其展开、结构常数 4. 屋脊棱镜与棱镜组合系统，坐标判断 5. 角锥棱镜 6. 折射棱镜及其最小偏角，光楔 7. 光的色散 8. 光学材料及其技术参数
引言
球面系统能对任意位置的物体以要求的倍率成像。但有时为了起到透镜无法满足的作用， 球面系统能对任意位置的物体以要求的倍率成像。但有时为了起到透镜无法满足的作用，还常应用平面系 能对任意位置的物体以要求的倍率成像 透镜无法满足的作用 统。
平面镜
平行平板
反射棱镜
折射棱镜
§ 3-1 平面镜
我们日常使用的镜子就是平面镜 返回本章要点
? 平面镜的像 ---- 镜像 如图：
1
实物成虚像
虚物成实像
成镜像
由
当 n'=-n 时 且
时
得：
表明物像位于异侧
成正像
物像关于镜面对称，成像完善，但右手坐标系变成左手坐标系，成镜像。
由图可见： 平面镜能改变光轴方向，将较长的光路压缩在较小空间内，但成镜像，会造成观察者的错觉。 因此在绝大多数观察用的光学仪器中是不允许的。
奇次反射成镜像 偶次反射成一致像
? 平面镜的偏转
返回本章要点
若入射光线不动， 平面镜偏转 α 角，则反射光线转 过 2α 角 ( 因为入射角与反射角同时变化 了 α 角 ) 该性质可用于测量物体的微小转角或位移
当测杆处于零位时，平面镜处于垂直于光轴的状态
，此时
点发出的光束 点。
经物镜后与光轴平行，再经平面镜反射原路返回，重被聚焦于
2
1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =-
第三章 平面系统 1. 人照镜子时，要想看到自己的全身，问镜子要多长？人离镜子的距离有没有关系？ 解： 镜子的高度为1/2人身高，和前后距离无关。 2有一双面镜系统，光线平行于其中一个平面镜入射，经两次反射后，出射光线与另一平面 镜平行，问两平面镜的夹角为多少？ 解： OA M M //32 3211M M N M ⊥∴1''1I I -= 又 2' '2I I -=∴α 同理：1''1I I -=α 321M M M ?中 ? =-+-+180)()(1''12''2I I I I α O
? =∴60α 答：α角等于60?。 3. 如图3-4所示，设平行光管物镜L 的焦距'f =1000mm ，顶杆离光轴的距离a =10mm 。如果推动顶杆使平面镜倾斜，物镜焦点F 的自准直象相对于F 产生了y =2mm 的位移，问平面镜的倾角为多少？顶杆的移动量为多少？ 解： θ'2f y = rad 001.0100022=?= θ α θx = mm a x 01.0001.010=?=?=∴θ 图3-4 4. 一光学系统由一透镜和平面镜组成，如图3-29所示。平面镜MM 与透镜光轴垂直交于D 点，透镜前方离平面镜600mm 有一物体AB ，经透镜和平面镜后，所成虚像' 'A ''B 至 平面镜的距离为150mm,且像高为物高的一半，试分析透镜焦距的正负，确定透镜的位置和焦距，并画出光路图。
图3-29 习题4图 解： 由于平面镜性质可得' ' B A 及其位置在平面镜前150mm 处 ' '' 'B A 为虚像,' ' B A 为实像 则2 1 1-=β 21'1-==L L β 450150600'=-=-L L 解得 300-=L 150' =L 又 '1L -L 1=' 1f mm f 150' =∴ 答：透镜焦距为100mm 。 5．如图3-30所示，焦距为'f =120mm 的透镜后有一厚度为d =60mm 的平行平板，其折射 率n =1.5。当平行平板绕O 点旋转时，像点在像平面内上下移动，试求移动量△'y 与旋转角φ的关系，并画出关系曲线。如果像点移动允许有0.02mm 的非线形度，试求φ允许的最大值。
实验一物镜焦距、截距的测定 一、实验目的 掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法 二、实验内容 掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。 三、实验原理 测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。 图1－1焦距截距的测定原理图 其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。 从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出： w=w` （1－1） 这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。 利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下 （1－2） 式中：β――――――测量显微镜放大倍数 四、实验设备 焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜） 焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。
天津大学2018年《807工程光学》考研大纲 一、考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试的内容及比例： 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。其中傅立叶光学一章可作为部分专业（如：光科等）的选作内容。具体知识点如下： 1、掌握电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质等；掌握波的叠加原理、计算方法和4种情况下两列波的叠加结果、性质分析。 2、掌握干涉现象的定义和形成干涉的条件；掌握杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特 点及其现象的应用；了解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念（包括临界宽度和允许宽度、空
第十二章 光的衍射 1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会 聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。 解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0a λ θ?= ∴亮纹半宽度29 0035010500100.010.02510 r f f m a λ θ---???=??===? （2）第一亮纹，有1sin 4.493a π αθλ = ?= 9 13 4.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--??∴= ==?? 2 1150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=?=??== 同理224.6r mm = （3）衍射光强2 0sin I I αα?? = ??? ，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0 I I 0 0 1 1 4.493 0.04718 2 7.725 0.01694 . . . . . . . . . 2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ?? -??=????-?? 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a i λ θ?=
第一章小结（几何光学基本定律与成像概念） 1、光线、波面、光束概念。 光线：在几何光学中，我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。 2、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释） 1）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）： 反射定律：1、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，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即1'-1。 全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinl m=n7n，其中Im为临界角。 应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤 折射定律：1、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。n'inI 'nsinl 应用：光纤
4）光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD 方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。 5）费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。 6）马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。 3、完善成像条件（3种表述） 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A1及其像点Ak '之间任意二条光路的光程相等。 4、应用光学中的符号规则（6条） 1）沿轴线段（L、L'、门：规定光线的传播方向自左至右为正方向，以折射面顶点0为原点。 2）垂轴线段（h）:以光轴为基准，在光轴以上为正，以下为负。 3）光线与光轴的夹角（U、U、:光轴以锐角方向转向光线，顺时针为正，逆时针为负。 4）光线与法线的夹角（I、丨、:光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。
理想光学系统 第三章 理想光学系统 第一节 理想光学系统的共线理论 ● 理想光学系统：在任意大的空间内、以任意宽的光束都能成完善像的光学系统 ● 理想光学系统理论又称“高斯光学”，理想光学系统所成的完善像又称“高斯像” ● 描述理想光学系统必须满足的物像关系的理论称为“共线理论” 共线理论 （1）物空间的每一点对应像空间的相应一点，且只对应一点（点对应点） （2）物空间的每一条直线对应像空间的相应直线，且只对应一条直线（直线对应直线） （3）物空间的每一平面对应像空间的相应平面，且只对应一个平面（平面对应平面） ● 这种对应关系称为“共轭”，相应的点构成一对共轭点，直线构成一对共轭直线，平面构成一对共轭平面 ● 推论：物空间某点位于一条直线上，则像空间中该点的共轭点必定也位于这条直线的共轭直线上（点在线上对应点在线上） ● 共轴球面系统用结构参数（r 、d 、n ）描述系统 ● 理想光学系统用“基点”和“基面”来描述系统 ● 基点基面就是理想光学系统的特征参数 第二节 无限远轴上物点与其对应像点F ’---像方焦点 ● 设有一理想光学系统 ● 有一条平行于光轴的光线A1E1入射到这个系统 ● 在像空间必有一条直线与之共轭，即PkF’，交光轴于F’点 ● 在物空间中平行于光轴入射的光线都将汇聚在F’点上，F’点称为“像方焦点” 共轴球面系统 焦点、焦平面、主平面示意图
焦点、焦平面、主平面示意图 ● 过F’点作垂直于光轴的平面，称为“像方焦平面” ● 像方焦平面与物方无限远处垂直于光轴的物平面共轭 ● 物方的任何平行光线若不与光轴平行，表示无限远处的轴外点，将汇聚在像方焦平面上的一点 2，无限远的轴上像点和它所对应的物方共轭点F ——物方焦点 ● 像方平行于光轴的光线，表示像方光轴上的无限远点 ● 在物方光轴上必定有一点F 与之共轭，F 点称为物方焦点，过F 点的垂轴平面称为物方焦平面 ● 物方焦点F 与像方焦点F’不是一对共轭点 3，垂轴放大率β=+1的一对共轭面——主平面 ● 在光学系统中存在着垂轴放大率β=+1的一对共轭平面，这一对共轭面称为“主平面”即物方主平面和像方主平面 ● 共轭垂轴平面QH 和Q’H’满足β=+1（因为高度h 相等） ● QH 为物方主平面，Q’ H’为像方主平面 ● H 为物方主点，H’为像方主点 ● 物方主平面QH 与像方主平面Q’H’共轭 ● 物方主点H 与像方主点H’共轭 ● 对于理想光学系统，不论其实际结构如何，只要知道了主点和焦点的位置，其特性就完全被决定了 4，光学系统焦距 ● 像方焦距：像方主点H ’到像方焦点F ’的距离f ’ ● 物方焦距：物方主点H 到物方焦点F 的距离f ● 焦距均以各自的主点为原点，与光线传播方向一致为正，相反为负 光学系统的焦距 计算式 tan tan h f U h f U '= '= 焦距包含了光学系统主点和焦点的相对位置，是描述光学系统性质的重要参数 像方焦距f ’>0的光组称为正光组，f ’<0的光组称为负光组 无限远轴外物点的共轭像点 焦点、焦平面、主平面示意图
第八章典型光学系统 ●通常把光学系统分为10个大类： （1）望远镜系统 （2）显微镜系统 （3）摄影系统 （4）投影系统 （5）计量光学系统 （6）测绘光学系统 （7）物理光学系统 （8）光谱系统 （9）激光光学系统 （10）特殊光学系统（光电系统、光纤系统等） 第一节眼睛的光学成像特性 1.眼睛的结构 生理学上把眼睛看作一个器官 眼睛包括角膜、水晶体、视网膜等部分 人眼的光学构造： ●角膜：由角质构成的透明的球面薄膜，厚度为0.55mm，折射率为1.3771； ●前室：角膜后的空间，充满折射率为1.3774的水状液体； ●虹彩：位于前室后，中间有一圆孔，称为瞳孔，它限制了进入人眼的光束口径，可随景物的亮暗随时 进行大小调节； ●水晶体：由多层薄膜组成的双凸透镜，中间硬外层软，各层折射率不同，中心为1.42，最外层为1.373， 自然状态下其前表面半径为10.2mm，后表面半径为6mm，水晶体周围肌肉的紧张和松驰可改变前表面 的曲率半径，从而改变水晶体焦距； 2.眼睛的视觉特性 ●应用光学把眼睛看作一个光学系统 ●人眼对不同波长的光的敏感度不同，就形成了 视觉函数 ●人眼灵敏峰值波长在555nm（黄绿光） 3.眼睛的调节和适应 1．调节 ●眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程称为眼睛的调节 ●眼睛所能看清的最远的点称为“远点”，远点距用lr表示，正常眼lr = ∞ ●眼睛所能看清的最近的点称为“近点”，近点距用lp表示，正常眼的近点距随年龄而变 化 ●眼睛的调节能力用“视度”来表示，远点视度用R表示，近点视度用P表示： ● 11 r p R P l l = = （8-2） ●视度的单位是“屈光度”，屈光度（D）等于以米为单位的距离的倒数，即1D=1m-1 ●如某人的近点为-0.5m，则用视度表示为P=1/(-0.5)=-2D
工程光学重点整理 第一章 第一节 ● 几何光学基本定律（直线传播定律，独立传播定律，反射折射定律，全反射，光的可逆原理） 1.反射折射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即 I I -='' n n I I ' ='sin sin 2.全反射及其应用 注意：光密介质、光疏介质、临界角 光密介质：分界面两边折射率较高的介质。 光疏介质：分界面两边折射率较低的介质。 临界角：折射角等于90°时的入射角。 全反射条件： ①光线从光密介质进入光疏介质； ②入射角大于临界角。 ● 费马原理：光是沿着光程为极植（极大、极小或常数）的路径传播的。也可已表述为：光从一点传播到另一点，期间无论多少次折射或反射，其光程为极值。利用费马原理可以证明：光的直线
传播、折射及反射定律。 马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。折、反射，费马原理及马吕斯定律可互推。 第二节 a)光学系统与成像概念 1、光学系统的作用： 对物体成像，扩展人眼的功能。 2、完善像点与完善像： 若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。完善像是完善像 点的集合。 3、物空间、像空间： 物所在的空间、像所在的空间。 4、共轴光学系统：
b) 图1-13 共轴球面光学系统 1 A 1 O 2 O 3 O 3 A '3 n '()32 n n '()21n n '1 n 1 B () 21A A '()32 A A '()32 B B '3 B '() 21B B '1l -1 r 2 l '1C () 2 1 y y -'-1l ' 3 r -2 l -2 C 3 C 1 y ()32 y y '3 y '-2 r 3 l -3 l '1 d 2 d 若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。 5、各光学元件表面的曲率中心的连线，称光轴。 c) 完善成像条件：入射光出射光均为同心光束。 C A O n O O n O O n OO n O A n A E n E E n E E n EE n E A n k k k k k k k k ='''+''++++=''+''++++ 21211112121111 d) 物像的虚实判断：实像真实存在且可以记录，虚像则不可以。 第三节 a) 一、基本概念 1、光轴：通过球心C 的直线 2、顶点：光轴与球面的交点 3、子午面：通过物点和光轴的截面 4、物方截距：顶点O 到光线与光轴交点A 的距离 5、物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 6、像方截距：
第三章平面与平面系统 1. 人照镜子时，要想看到自己的全身，问镜子要多长？人离镜子的距离有没有关系? 解: 镜子的高度为1/2人身高，和前后距离无关。 镜平行，问两平面镜的夹角为多少? 解: 寫 M 2M 3//OA /. M 1 N i IM 2M 3 又寫 l i =Ti 同理：a =|1 -|1 AM 1M 2M 3 中 (I 2-I 2)+ (14-14 )=180 2有一双面镜系统，光线平行于其中一个平面镜入射, 经两次反射后，出射光线与另一平面
Ct =60 3.如图3-4所示，设平行光管物镜 L 的焦距f' =1000mm 顶杆离光轴的距离 a =10mm 如 F 的自准直象相对于 F 产生了 y =2mm 勺位移，问平 面镜的倾角为多少？顶杆的移动量为多少? 解: 二 X = a x0 =10咒 0.001 = 0.01mm -■== 图3-4 点，透镜前方离平面镜 600 mn 有一物体 AB 经透镜和平面镜后，所成虚像 平面镜的距离为 150mm 且像高为物高的一半，试分析透镜焦距的正负，确定透镜的位 和焦距，并画出光路图。 答: a 角等于60 。 果推动顶杆使平面镜倾斜，物镜焦点 y =2f 0 0 - — =0.001rad e 二一 2>d000 ot 4. '光学系统由一透镜和平面镜组成，如图 3-29所示。平面镜 MM 与透镜光轴垂直交于 D
j L M B 」 L 1 A D 、 11 A 1 p A -L --------- 1 L ' ----- f c- 1 B M 、 1 1 1 1 1 '' r B ■ F 1 F r f 、 600 150 图3-29 习题4图 解：由于平面镜性质可得 A 'B '及其位置在平面镜前150mm 处 A B 为虚像,A B 为实像 又」 1 1 L' /. f = 150mm 旋转角0的关系，并画出关系曲线。如果像点移动允许有 允许的最大值。 则P 1 = + V L '4 600 -150 = 450 解得L = —300 = 150 答：透镜焦距为 100mm 5.如图3-30所示, 焦距为 f'=120mm 的透镜后有一厚度为 d =60mm 的平行平板，其折射 率n =1.5。当平行平板绕 O 点旋转时，像点在像平面内上下移动，试求移动量△ y'与 0.02 mm 的非线形度，试求 0
工程光学课件总结 班级： 姓名： 学号：
目录 第一章几何光学基本原理 (1) 第一节光学发展历史 (1) 第二节光线和光波 (1) 第三节几何光学基本定律 (3) 第四节光学系统的物象概念 (5) 第二章共轴球面光学系统 (6) 第一节符号规则 (6) 第二节物体经过单个折射球面的成像 (7) 第三节近轴区域的物像放大率 (10) 第四节共轴球面系统成像 (11) 第二章理想光学系统 (13) 第一节理想光学系统的共线理论 (13) 第二节无限远轴上物点与其对应像点F’---像方焦点 (14) 第三节理想光学系统的物像关系 1，作图法求像 (17) 第四节理想光学系统的多光组成像 (21) 第五节实际光学系统的基点和基面 (25) 第六节习题 (27) 第四章平面系统 (27) 第一节平面镜 (27) 第二节反射棱镜 (28) 第三节平行平面板 (30) 第四节习题 (31) 第五章光学系统的光束限制 (31) 第一节概述 (31) 第二节孔径光栅 (33) 第三节视场光栅 (34) 第四节景深 (35) 第五节习题 (36) 第八章典型光学系统 (36) 第一节眼睛的光学成像特性 (36) 第二节放大镜 (39) 第三节显微镜系统 (40) 第四节望远镜系统 (44) 第五节目镜 (46) 第六节摄影系统 (47) 第七节投影系统 (49) 第八节光学系统外形尺寸计算 (49) 第九节光学测微原理 (52)
第一章几何光学基本原理 光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。 研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学物理光学量子光学 第一节光学发展历史 1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。 5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。 6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放大倍数为30×的望远镜。7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。 9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐渐被普遍接受。 10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。 12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。 13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以及其他科学的发展。 15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。 ●光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光 学，内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ●随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ●光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。 ●掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的 适应面。 第二节光线和光波 1，光的本质 ●光和人类的生产、生活密不可分； ●人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律 和传播现象称为几何光学。 ●1666年牛顿提出的“微粒说” ●1678年惠更斯的“波动说”
《工程光学》 实验指导书 周建民编著 华东交通大学机电工程学院
实验一 透镜焦距的测量 透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的一个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(大小、虚实、倒立)。对于薄透镜焦距测量的准确度，主要取决于透镜光心及焦点(像点)定位的准确度。本实验在光具座上采用几种不同方法分别测定凸、凹2种薄透镜的焦距，以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，比较各种测量方法的优缺点，为今后正确使用光学仪器打下良好的基础。 一、实验目的 1、学会测量凸透镜、凹透镜焦距的几种方法。 2、掌握简单光路的分析和光学元件同轴等高的调节方法。 3、熟悉光学实验的操作规则。 二、实验仪器 工程光学实验系统（光源、物、凸透镜、凹透镜、光屏、光具座、卷尺） 三、 实验原理 在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为1=+''l f l f (1-1) 当将薄透镜置于空气中时，则高斯公式为 f l l ' =-'1 11 (1-2) （1-1）、(1-2)式中, f ′为像方焦距；f 为物方焦距；l ′为像距；l 为物距。式中的各线距均从透镜中心(光心)量起，与光线进行方向一致为正，反之为负，如图1-1所示。 图1-1 透镜成像符号意义图 若在实验中分别测出物距l 和像距l ′，即可用式(1-2)求出该透镜的焦距f′。但应注意：测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。 对于凸透镜焦距的测量，除用上述物像公式法测量之外，还可用以下几种方法。 1.粗略估测法 以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光线聚成一光点(或像)，此时，l →∞，l ′≈f ′，即该点(或像)可认为是焦点，而光点到透镜中心(光心)的距离，即为凸透镜的焦距，此法测量的误差约在10％左右。由于这种方法误差较大，大都用在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。 2.自准法 如图1-2所示（略），在待测透镜L 的一侧放置被光源照明的1字形物屏AB ，在另一侧放一平面反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏