《应用光学》期末考试复习[优质PPT]

n2 sinUm n1 sinUm ' Um 56.18
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实际应用中为了保护光纤，在光纤的外径处加一包层，设 光纤的内芯折射率为1.7，外包层的折射率为1.52，问此时， 光纤的最大入射角Umax为多大？
n0 sinU n1 sinU ' n1 sin(90 I ) n1 cos I n1 1 sin2 I
sin
I

sin
Im =
n2 n1
n0 sinU n1
1 sin2 Im n1
1 ( n2 )2 n1
n12 n22 n0 sinUm
Um =arc sin
n12 n22 arPcPTs课i件n n0
1.72 1.522 39.8 1
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第五题： 一个等边三角棱镜，假定入射光线和出射光线关于棱镜对称， 出射光线对入射光线的偏转角是40°，求棱镜的折射率。
解： 由折射定律可以知： n0sin∠2=nsin∠1
sin∠2=1.52× 150 2502 1502
∠2=51.46° 可看到的角度范围是0° ~102.92 °
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第二章（P20 ）
一、试用符号规则标出下列光组及光线的位置
（1）r = -30mm, L = -100mm, U = -10°
l ' d (1 1 ) n
n
l ' 60 (1 1 ) 20mm 1.5
像面位置向右移动20mm
O
A'
A ' 平' 行平板的
d
∆l'
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像大小不变

Applied Optics
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本门课程的主要学习内容
第一章 几何光学基本原理 第二章 共轴球面系统的物像关系 第三章 眼睛和目视光学系统 第四章 平面镜棱镜系统 第五章 光学系统中成像光束地选择
第六章 辐射度学和光度学基础
第八章 光学系统成像质量评价
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第一章 几何光学基本原理
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物像位置
物像大小
y nl
y nl
牛顿公式
高斯公式
f ' f 1 l' l
1、垂轴放大率 2、轴向放大率
3、角放大率
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要点回顾
1.物像空间不变式
Jnuy n'u'y'
2.物方焦距和像方焦距的关系
3.三种放大率之间的关系
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要点回顾
一、物像位置公式 1、牛顿公式 2、高斯公式
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第二章 共轴球面系统的物像关系
本章内容：共轴球面系统求像。由 物的位置和大小求像的位置和大小
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§2－5 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点
一. 放大率β=1的一对共轭面—主平面 二. 无限远的轴上物点和它所对应的像点F‘—像方焦点
三. 无限远的轴上像点和它所对应的物点F—物方焦点
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§2－5 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点
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§2－5 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点
问题
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§2－8 用作图法求光学系统的理想像
理想光学系统

4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
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例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。

➢ 正常眼睛的远点距为负的无限远，非正常眼睛（远 视或近视）的远点距为一正/负的有限值。
➢ 这里必须指出，近点距离并不是明视距离
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➢ 后者是指正常的眼睛在正常照明
（约50勒克斯）下最方便和最习惯 的工作距离，它等于250mm。
➢ 它不同于人眼的近点距，两者不能混淆
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人眼的构造剖视图
巩膜 角膜
脉络膜
*巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；
*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；
眼睛内的折射主要发生在角膜上；
*脉络2/膜27是/20眼21 球的第二哈层工膜大，光上电面测有控供技给术眼与睛装营备养研的究网所状微血管；
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人眼的构造剖视图
*网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状
细胞，锥状细胞直径约5微米，长约35微米；杆状细胞直径约2微米
，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。在黄斑中心凹处
是锥状2/2细7/2胞021的密集区哈而工大没光有电杆测状控细技术胞与，装由备中研心究向所外，逐渐相对变6 化；
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
盲斑
黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。
光 视神经细胞
神经纤维
盲斑
大脑
盲斑是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。
晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，
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人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
应用光学第九章

u' l x f u l f x

转面公式
' ' n2 n1' , n3 n2 ,, nk nk 1 ' ' ' u2 u1 , u3 u2 ,, uk uk 1 ' ' ' y2 y1 , y3 y2 ,, yk yk 1
l2=l1′－d1，l3=l2′－d2，„，lk=lk－1′－dk－1
' ' h2 h1 d1u1 , h3 h2 d2u2 , ' , hk hk 1 dk 1uk 1
n1u1y1=n2u2y2=…=nkukyk=nk′uk′yk′=J
折射平行平板
L' d (1
不动的。
3. 二次反射像的位置应在物体绕棱线（P点）转动2α角处，转动 方向应是反射面按反射次序，由P1转到P2的方向。 成像：连续一次像，二次反射像与原物坐标系相同，成一致像。 应用: 转折光路
棱镜系统成像方向的规则
假设物为右手坐标系：oxyz，oz为光轴方向；ox为平行于主截面方 向；oy为垂直于主截面方向。则经过系统后，像坐标为x'y'z'，则： （1）z轴（出射坐标轴方向）：经平面镜与棱镜系统反射后，其 光轴出射方向，即是z' 的方向。 （2）y轴：（⊥主截面坐标轴）：视屋脊个数而定； 当没有屋脊面或屋脊面为偶数时，y'方向与y方向相同；当屋脊面为 奇数时，y'方向与y方向相反。 （3）x 成镜像（∥主截面坐标轴）：视反射次数而定；奇次反射成 镜像，由左手确定成像方向；偶次反射成一致像，由右手坐标确定 其成像方向。 以上三条都是对单光轴棱镜而言，若为多光轴面的棱镜（复合棱 镜），上述原则在各光轴面内均适用。 用屋脊面代替一个反射面，可使垂直于主截面内的坐标被这两个相 互垂直的反射面依次反射而改变方向，从而得到物体的一致像。即 物空间坐标和像空间坐标一致。

反射率和透射率
sin 2 (1 2 ) Rs rs2 sin 2 (1 2 ) tan 2 (1 2 ) R p rp2 tan 2 (1 2 )
n2 cos 2 2 sin 21 sin 2 2 Ts ts n1 cos1 sin 2 (1 2 ) n2 cos 2 2 sin 21 sin 2 2 Tp tp n1 cos1 sin 2 (1 2 )cos 2 (1 2 )
因此，光纤不能有效地传递光能。通常将n0sinφm称为光纤的数值孔径
(NA)，显然，数值孔径表示式为
2 NA n12 n2
n1 n2 2n n 1
2 1
n1 2
n1 n2 n1
例一：一束自然光以布儒斯特角由空气入射到 玻璃(n=1.52)上，试求反射率和透射率及反射光 和透射光的偏振度。
E E0e i ( t kz )
单色球面波 A1 i ( t kr ) E e r 复色波
E eE0 cos( t kz )
A1为离开点光源单位距离处的振幅值。
A1 e ikr E r
E E0 l cos(l t kl z )
l 1
N
频率谱 单色波
rp tp
E0 rp E0 ip E0 tp E0 ip
n2 cos1 n1 cos 2 tan(1 2 ) n2 cos1 n1 cos 2 tan(1 2 )
2n1 cos1 2cos1 sin 2 n2 cos1 n1 cos 2 sin(1 2 )cos(1 2 )
干涉图样相对于ΔR=0的情况，沿着y方向发生了平移。

应用 光 学
复习课件 第一章 祝同学们考 试顺利
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波动说
• 其认为
Wave theory
• 代表人物 – 胡克（R. Hooke） – 惠更斯（C. Huygens）提出的。 – 光是一种波动，光的传播不是微粒的运动， 而是运动能量按波的形式迁移的过程。 – 波动说能更简单地解释光的反射、折射现象。 – 遗憾的是由于把光现象看成某种机械运动过程，认 为光是一种弹性波，因而必须臆想一种特殊的弹性介 质（以太ether）充满空间，这种介质应密度极小和弹 性模量极大。这些均无法实验验证。
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5.费马原理 • 几何光学的三个基本定律，说明了光从一点传
播到另一点的传播规律，而费马原理则从光程 的角度阐述光的传播规律
• 费马原理，不是建立在实验基础上的定律，也
不是从数学上导出的定理，而是一个最基本的 假设。
• 费马原理是几何光学中光传播的理论基础。很
多定律和对事物总图像的描述，均可由其得到 正确的结果，但不是一种计算工具。
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•
波前 wave front 波前：某一瞬间波动所到达的位置构成的曲面 波面：传播过程中振动相位相同的各点所连结成的曲面 在任何的时刻都只能有一个确定的波前；波面的数目则是 任意多的 球面波：波面为球面的波，点光源 平面波：无穷远光源 柱面波：线光源
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• 光线：传输光能的有方向的几何线
2.几何光学的适用条件 • 光学系统的尺度远大于光波的波长 • 介质是均匀和各向同性的
• 几何光学(Geometrical Optics)又叫射线光 学，是光学的重要组成部分，也是光学的基础。 • 它采用几何方法研究光在均匀介质中的传播 及应用，不涉及光的本质问题。 • 其基础是光波长趋于零(λ<<a, a为物体尺度)。

12.小明家离学校600m远，他步行到学校要 用10min，那么他步行的平均速度为 （ ） A．60m/s B．6m/s C．1m/s D．1m/min
（2）注重考查概念、规律的建立过程， 概念、规律的理解。 ①准确把握相关的概念
11.某医院一钢瓶中氧气的密度是6 kg/m3， 手术中用去其中，则钢瓶内剩余氧气的密度 为（ ） A. 1.5 kg/m3 B. 4.5kg/m3 B. 6kg/m3 D. 8kg/m3
中考中的体现： 测量实验中所测物理量的表达式 选择题中分析判断过程 计算题中表达式的推导过程
2 v1 v 2
s
•
1、不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。——荀子 2、不要失去信心，只要坚持不懈，就终会有成果的。——钱学森 3、不作什么决定的意志不是现实的意志；无性格的人从来不做出决定。——黑格尔 4、成大事不在于力量的大小，而在于能坚持多久。——约翰逊 5、发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自己发现的意志，并把研究继续下去。——贝弗里奇 6、凡是新的事情在起头总是这样一来的，起初热心的人很多，而不久就冷淡下去，撒手不做了，因为他已经明白，不经过一番苦工是做不成的，而只有想做的人，才忍得过这番痛苦。——陀思妥耶 夫斯基 7、富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈。——孟子 8、钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的，所以才能坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中锻炼出来的，学习了不在生活面前屈服。——奥斯特洛夫斯基 9、告诉你使我达到目标的奥秘吧，我唯一的力量就是我的坚持精神。——巴斯德 10、公共的利益，人类的福利，可以使可憎的工作变为可贵，只有开明人士才能知道克服困难所需要的热忱。——佚名 11、功崇惟志，业广惟勤。——佚名 12、故天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为，所以动心忍性，增益其所不能。——孟轲 13、贵有恒，何必三更起五更眠。最无益，只怕一日曝十日寒。——毛泽东 14、即使遇到了不幸的灾难，已经开始了的事情决不放弃。——佚名 15、即使在把眼睛盯着大地的时候，那超群的目光仍然保持着凝视太阳的能力。——雨果 16、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 17、涓滴之水终可以磨损大石，不是由于它力量强大，而是由于昼夜不舍的滴坠。——贝多芬 18、科学的永恒性就在于坚持不懈地寻求之中，科学就其容量而言，是不枯竭的，就其目标而言，是永远不可企及的。——卡· 冯· 伯尔 19、立志不坚，终不济事。——朱熹 20、立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶，叶而后花。——王守仁 21、没有伟大的意志力，就不可能有雄才大略。 ——巴尔扎克 22、耐心是一切聪明才智的基础。——柏拉图 23、能够岿然不动，坚持正见，度过难关的人是不多的。——雨果 24、你既然期望辉煌伟大的一生，那么就应该从今天起，以毫不动摇的决心和坚定不移的信念，凭自己的智慧和毅力，去创造你和人类的快乐。——佚名 25、你们应该培养对自己，对自己的力量的信心，百这种信心是靠克服障碍，培养意志和锻炼意志而获得的。——高尔基 26、逆水行舟用力撑，一篙松劲退千寻。——董必武 27、您得相信，有志者事竟成。古人告诫说：“天国是努力进入的”。只有当勉为其难地一步步向它走去的时候，才必须勉为其难地一步步走下去，才必须勉为其难地去达到它。——果戈理 28、切莫垂头丧气，即使失去了一切，你还握有未来。 ——奥斯卡· 王尔德 29、穷且益坚，不坠青云之志。——王勃 30、忍耐和坚持虽是痛苦的事情，但却能渐渐地为你带来好处。——奥维德 31、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。——佚名 32、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。——左拉 33、生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。——马克思 34、生命里最重要的事情是要有个远大的目标，并借助才能与坚毅来完成它。——歌德 35、事业常成于坚忍，毁于急躁。我在沙漠中曾亲眼看见，匆忙的旅人落在从容的后边；疾驰的骏马落在后头，缓步的骆驼继续向前。——萨迪 36、书不记，熟读可记；义不精，细思可精；惟有志不立，直是无着力处。——朱熹 37、谁有历经千辛万苦的意志，谁就能达到任何目的。——米南德 38、思想的形成，首先是意志的形成。——莫洛亚 39、泰山不让土壤，故能成其大；河海不择细流，故能就其深。——李斯 40、疼痛的强度，同自然赋于人类的意志和刚度成正比。——武者小路实笃 41、天行健，君子以自强不息。——文天祥 42、为学须刚与恒，不刚则隋隳，不恒则退。——冯子咸 43、伟大的作品不是靠力量，而是靠坚持来完成的。——约翰逊 44、我的本质不是我的意志的结果，相反，我的意志是我的本质的结果，因为我先有存在，后有意志，存在可以没有意志，但是没有存在就没有意志。——费尔巴哈 45、我们应有恒心，尤其要有自信心！我们必须相信，我们的天赋是要用来做某种事情的。——居里夫人 46、我有两个忠实的助手，一个是我的耐心，另一个就是我的双手。——[法]蒙田 47、我之所以能在科学上成功，最重要的一点就是对科学的热爱，坚持长期探索。——（英国）达尔文 48、无论什么时候，不管遇到什么情况，我绝不允许自己有一点点灰心丧气。——爱迪生 49、无论是美女的歌声，还是鬣狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。——恰普曼 50、下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东 51、向着某一天终于要达到的那个终极目标迈步还不够，还要把每一步骤看成目标，使它作为步骤而起作用。——歌德 52、要从容地着手去做一件事，但一旦开始，就要坚持到底。——比阿斯 53、要在这个世界上获得成功，就必须坚持到底：至死都不能放手。——伏尔泰 54、一个崇高的目标，只要不渝地追求，就会居为壮举；在它纯洁的目光里，一切美德必将胜利。——华兹华斯

（2）焦距的计算
f 2 f 2 ( 100 )(100 ) 200 Δ 50 f1 f1 ( 100 )(100 ) xF 200 Δ 50 x F
根据公式（2-51）
d f1 f 2 50 100 100 50
f1f 2 (100 )( 100 ) f 200 Δ 50

直线传播定律 反射定律 折射定律
3.折射率和光速：
相对折射率： 绝对折射率
sin I1 v1 n1, 2 sin I 2 v2
一种介质对另一种介质的折射率
介质对真空或空气的折射率
c n v
4、发生全反射的条件
（1）由光密介质进入光疏介质
n2 （2）I1>I0 入射角大于全反射角 sin I 0 n 1
第二章共轴球面系统的物像关系




§2-1 共轴球面系统中的光路计算公式 §2-2 符号规则 §2-3 球面近轴范围内的成像性质和近轴光 路计算公式 §2-4 近轴光学的基本公式和它的实际意义 §2-5 共轴理想光学系统的基点——主平面 §2-6 单个折射球面的主平面和焦点 §2-7 共轴球面系统主平面和焦点 §2-8 用作图法求光学系统的理想像 §2-9 理想光学系统的物像关系式

例题:一个开普勒望远镜由焦距为240毫米，直径为40毫米的物镜 和焦距为30毫米的目镜组成，孔径光阑位在物镜框上，分划板的 直径为20毫米。问物方视场角为多少？出瞳距离为多少？出瞳直 径为多少？
10 ，所以 arctg 1即为物方视角。 （1） tg 24 240
（2）
（3）出瞳是孔径光阑在系统像空间所成的像，对目镜来说：
6.眼睛的缺陷与校正