应用光学复习提纲-超详细复习过程

几何光学期末复习提纲第一章几何光学基本定律与成像概念1.几何光学与物理光学的区别？2.理解几何光学的基本概念：可见光、单色光、复色光、光源；均匀介质、各向同性介质；光线、法线、波面、光束等。

3.理解并掌握几何光学的基本定律：直线传播、独立传播定律的内容及限制；折射与反射、全反射定律的内容及应用；光的可逆性原理的内容。

4.了解费马原理、马吕斯定律的内容。

5.理解并掌握光学系统成完善像的概念及条件（三种表述）6.掌握光路计算的基本概念与符号规则。

（在习题中体会其应用）7.掌握光路计算的一般思路：(1)理解单个折射球面元件具有的普遍意义：平面——球面的特例，反射——折射的特例。

(2)宽光束——近轴系光束：a.理解物点发出的宽光束经单个折射球面成非完善像的概念，如存在球差；b.理解物点在近轴区内以细光束成完善像（高斯像）、物像共轭的概念，掌握近轴光路计算的公式：近轴条件，阿贝不变式、拉赫不变量，三种放大率及成像特性分析。

（包括单个折射球面和单个反射球面两种情况）(3)单个球面元件——共轴球面光学系统：理解二者的关系及相关概念，明确物体经光学系统成像是物点发出的光线经光学系统逐面折、反射的结果；理解并掌握共轴球面系统在近轴区的过渡公式、拉赫不变量、成像放大率的公式。

第二章理想光学系统8.理解理想光学系统、物像共轭的定义，理解共轴理想光学系统的成像性质，结合第（3）点体会理想光学系统中三对基点（面）的提出，对成像位置的确定有何意义？9.基点和基面：(1) 理解各基点（面）的定义，其物像共轭点（面）分别是什么？(2) 理解各基点（面）的性质，特别是物点位于其上时，成像性质，如垂轴放大率、角放大率有何特殊性？对应什么物理意义？理想光学系统两焦距之间的关系？(3) 掌握其在图解法求像中的应用。

（结合8中最后一问理解11中解析法求像的理论依据）(4) 特例：物像空间介质相同（折射率相同）时：一对节点与主点重合；物、像两方焦距的绝对值相等。

应用光学各章知识点归纳第一章几何光学基本定律与成像概念波面：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。

光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。

波前：某一瞬间波动所到达的位置。

光线的四个传播定律：1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。

2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。

3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。

4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nn I I ''sin sin = 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。

光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。

各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。

各向异性介质：单晶体（双折射现象）马吕斯定律：光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。

费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。

全反射临界角：12arcsinn n C = 全反射条件：1）光线从光密介质向光疏介质入射。

2）入射角大于临界角。

共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。

物点/像点：物/像光束的交点。

实物/实像点：实际光线的汇聚点。

虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。

共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。

（A ，A ’的对称性）完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。

每一个物点都对应唯一的像点。

总复习第一章 几何光学的基本定律 返回内容提要有关光传播路径的定律是本章的主要问题。

折射定律(光学不变量)及其矢量形式反射定律(是折射定律当时的特殊情况)费马原理(极端光程定律)，由费马原理导出折射定律和反射定律(实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例第二章 球面与球面系统 返回内容提要球面系统仅对细小平面以细光束成完善像基本公式：阿贝不变量放大率及其关系：拉氏不变量反射球面的有关公式由可得。

第三章 平面与平面系统返回内容提要平面镜成镜像夹角为 α 的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔关键问题：坐标系判断，奇次反射成像像，偶次反射成一致像，并考虑屋脊的作用。

第四章 理想光学系统返回内容提要主点、主平面，焦点、焦平面，节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式：当时化为，并有三种放大率，，拉氏不变量，，厚透镜：看成两光组组合。

＋＋组合：间隔小时为正光焦度，增大后可变成望远镜，间隔更大时为负光焦度。

－－组合：总是负光焦度 ＋－组合：可得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统，其中负弯月形透镜可在间隔增大时变 成望远镜，间隔更大时为正光焦度。

第五章 光学系统中的光束限制 返回内容提要本部分应与典型光学系统部分相结合进行复习。

孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 拦光，渐晕，渐晕光阑 系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴第六章 光能及其计算 返回内容提要本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。

辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率 发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系 光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失， 通过光学系统的光通量，像面照度总之,第七章 典型光学系统 返回内容提要本章需要熟练掌握各类典型光学系统的成像原理、放大倍率、光束限制、分辨本领以及显微镜与照明 系统、望远镜与转像系统的光瞳匹配关系，光学系统的外形尺寸计算。

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。

φ U ˊ - UO C A A ˊ n n ˊ P- LrL’II’Q1. 符号规则反射情形看成是折射的一种特殊情形：n’= －n把反射看成是n’= －n 时的折射。

往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形，只需将n’用－n代入即可，无需另行推导。

（1） 物像位置关系式rn n l n l n -=-'''2. 近轴光学的基本公式（2） 物像大小关系式这就是物像大小的关系式。

利用公式就可以由任意位置和大小的物体，求得单个折射球面所成的近轴像的大小和位置。

对由若干个透镜组成的共轴球面系统，逐面应用公式就可以求得任意共轴系统所成的近轴像的位置和大小。

l n nl y y '''==β3. 共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点近轴光学基本公式的缺点：物面位置改变时，需重新计算，若要求知道整个空间的物像对应关系，势必要计算许多不同的物平面。

已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共轭点来求得。

光学系统的成像性质可用这些基面和基点求得最常用的是一对共轭面和轴上的两对共轭点。

（1） 放大率β=1的一对共轭面——主平面rn n l n l n -=-'''l n nl y y '''==β不同位置的共轭面对应着不同的放大率。

放大率β=1的一对共轭面称为主平面。

物平面称为物方主平面，像平面称为像方主平面。

两主平面和光轴的交点分别称为物方主点和像方主点，用H 、H’表示，H 和H’显然也是一对共轭点。

主平面性质：任意一条入射光线与物方主平面的交点高度和出射光线与像方主平面的交点高度相同（2）无限远轴上物点和它所对应的像点F’——像方焦点rn n l n l n -=-''' 当轴上物点位于无限远时，它的像点位于F’处。

第五章1. 光阑的基本概念光学系统中限制成像光束的元件称为光阑2. 视场光阑决定物平面上或物空间中成像范围大小的光阑3. 入窗、出窗及其求解方法入窗：视场光阑经它前面的光学元件在系统的物空间所成的像, 称为系统的入射窗，简称为入窗。

入窗限制了物方空间的成像范围，即物方视场:视场光阑通过它后面的光学元件在系统的像空间所成的像， 称为系统的出射窗，简称为出窗。

出窗限制了像方空间的成像范 围,即像方视场 孔径光阑为无限小时：将系统除孔径光阑外的所有光阑都经前面的光学元件成像到系统 的物空间去，其中对入瞳中心张角最小的那个光阑的像即为系统将系统中除孔径光阑外的所有光阑都经它后面的光学元件成像到系统的像空间去，对出瞳中心张角最小的那个即为出窗，与之共 辄的即为视场光阑。

4. 孔径光阑——P89孔径光阑：限制轴上物点成像光束立体角。

孔径光阑决定了轴上点发出的平面光束的立体角，所以又叫做有 效光阑。

5. 入瞳入瞳：又称入射光瞳，是系统的孔径光阑通过在它前面的光学系 统在物空间的像。

入瞳限制了轴上点物方孔径角的大小。

即它决定了能进入系统的 最大光束孔径，它也是物面上各点发出的成像光束进入系统的公 共入口。

6. 出瞳出瞳：也称出射光瞳，是系统的孔径光阑经它后面的光学元件在 像空间成的像。

出瞳决定了轴上像点的像方孔径角的大小。

即它决定了成像光束 在像空间的最大孔径，它是系统成像光束的公共出口。

Tip 的入 与之共辄的即为视场光阑。

7. 三种经典光学系统的光阑(1 )照相系统的光阑孔径光阑的位置对选择光束的作用就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑位于A或者A，的位置，情况并无差别。

对轴外点的成像光束来说，孔径光阑的位置不同，参与成像的轴外光束不一样，轴外光束通过透镜L的部位也不一样，需要透过全部成像光束的透镜口径大小也就不一样。

光阑位置的变动可以影响轴外点的像质。

从这个意义上来说, 孔径光阑的位置是由轴外光束的要求决定的。

应⽤光学第四章复习进程应⽤光学第四章本章要点1. 理想光学系统原始定义2. 理想光学系统的焦点、焦平⾯、主点、主平⾯3. 理想光学系统的节点4. 理想光学系统的物像位置关系，⽜顿公式和⾼斯公式5. 理想光学系统物⽅焦距与像⽅焦距的关系6. 理想光学系统的拉⽒不变量7. 理想光学系统的光焦度及其与焦距的关系8. 理想光学系统的垂轴放⼤率、沿轴放⼤率和⾓放⼤率及其关系9. ⼏个特殊位置的三种放⼤率10. 理想光学系统的作图法11. 理想光学系统的组合：作图法和计算法12.远距型和反远距型理想光学系统模型13. 多光组组合，正切计算法，截距计算法14. 各光组对总光焦度得贡献15. 焦距仪基本原理16. 望远镜系统的理想光学系统模型17. 视觉放⼤率概念18. 望远镜与其他光组的组合19. 薄透镜成像原理20. 厚透镜的基点和基⾯及其与光组组合的关系引⾔单个折射球⾯（或反射球⾯）单薄透镜对细⼩平⾯以细光束成完善像实际光学系统对具有⼀定⼤⼩的物（视场）以宽光束（孔径）⼀个光学系统必须由若⼲元件组成，经反复精密计算，使其成像接近完善。

开始时，⾸先将系统看成是理想的§4-1 理想光学系统及其原始定义[返回本章要点]理想光学系统——像与物是完全相似的物空间像空间点——>共轭点直线——>共轭直线直线上的点——>共轭直线上的共轭点理想光学系统理论——⾼斯光学§4-2 理想光学系统的基点和基⾯⼀、焦点F，F’与焦平⾯[返回本章要点]物⽅⽆穷远A F’: 后焦点，像⽅焦点轴上物点 F A’( 处）F：前焦点，物⽅焦点A→ F’:物⽅⽆穷远垂轴平⾯的共轭平⾯为通过 F’的垂轴平⾯（后焦平⾯，像⽅焦⾯）F’→A：像⽅⽆穷远垂轴平⾯的共轭平⾯为物⽅过 F 的垂轴平⾯（前焦平⾯，物⽅焦⾯）注意：这⾥F与F’不为共轭点，A与A’也不为共轭点⼆、主点H，H’和主平⾯[返回本章要点]延长 TE1，FS1交于Q H，H’亦为⼀对共轭点延长 SkR，EkF’交于Q’点H,H'——物（像）⽅主点，前（后）主点，QH,Q'H'——物（像）⽅主⾯，前（后）主⾯，且HQ与H'Q'共轭,β = 1，物、像⽅主⾯是⼀对β=1的物像共轭⾯光学系统总包含⼀对主点（主平⾯），⼀对焦点（焦平⾯），前者是⼀对共轭点（⾯），后者不是像⽅焦距，后焦距物⽅焦距，前焦距只要⼀对主点、⼀对焦点的相对位置⼀定，⼀个光学系统的理想模型就定了。

光学复习提纲一、光的直线传播1.光在同一种均匀介质中是沿直线传播的2.光速光在真空中的转播速度为c =3.00×108m/s 。

光在不同介质中的传播速度是不同的。

根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c 。

二、反射 平面镜成像1.像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。

2.光路图作法根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。

三、折射与全反射1.折射定律折射定律的各种表达形式： (θ1为入、折射角中的较大者。

)021sin 1sin sin C v c n ='===λλθθ折射光路也是可逆的。

2.各种色光性质比较可见光中，红光的折射率n 最小，频率ν最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v 最大，波长λ最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C 最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。

以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。

4.光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。

光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。

光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。

这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。

应用---蜃景、光导纤维。

四、棱镜1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。

入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。

（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。

）作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平行）。

由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大。

）4.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。

选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o （右图1）或180o （右图2）。

《应用光学》总复习提纲第一章★1、光的反射定律、折射定律I1 = R1；n1sinI1=n2sinI22、绝对折射率介质对真空的折射率。

通常把空气的绝对折射率取作1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率”。

★3、光路可逆定理假定某一条光线，沿着一定的路线，由A传播到B。

反过来，如果在B点沿着相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从B传播到A。

★4、全反射光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。

但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。

发生全反射的条件可归结为:（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于临界角。

(什么是临界角？)★5、正、负透镜的形状及其作用正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。

负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。

★7、物、像共轭对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。

例1：一束光由玻璃（n=1.5）进入水中(n=l.33)，若以45°角入射，试求折射角。

解：n1sinI1=n2sinI2n1=1.5; n2=l.33; I1=45°代入上式得I2=52.6°折射角为52.6°第二章★1、符号规则；2、大L公式和小l公式★3、单个折射球面物像位置公式例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜前300mm 处，像在镜前90mm 处，求球面反射镜的曲率半径。

n ′l ′－n l=n ′－n r l =-300mm ，l ′=-90mm求得r=-138.46mm由公式解：由于凹球镜浸没在水中，因此有n ′=-n=n 水★4、单个球面物像大小关系例：已知一个光学系统的结构参数：r = 36.48mm ；n=1；n ′=1.5163；l = -240mm ；y=20mm ；可求出：l ′=151.838mm ，求垂轴放大率β与像的大小y ′。

物理光学与应用光学复习提纲851物理光学与应用光学复习提纲一、考试总体要求与考试要点1．考试对象考试对象为具有全国硕士研究生入学考试资格并报考西安电子科技大学技术物理学院[080300]光学工程、[085202]光学工程专业的考生。

2．考试总体要求要求学生熟练掌握物理光学和应用光学方面的基础理论、基本概念和基础知识；并具备运用所学理论解决基本实际光学问题的能力。

要求学生能从光的电磁理论出发，掌握光在传播过程中所发生的各种现象的规律及其应用。

3．考试范围考试内容包括：光的电磁理论基础，光的干涉，光的衍射，光在各向异性介质中的传播特性，晶体的感应双折射，光的吸收、色散和散射，几何光学基础，理想光学系统，光学系统像差基础和光路计算，光学仪器的基本原理。

4．考试要点（一）光的电磁理论基础1.光波的特性：光波场的数学表示，光波的能量，光波的速度。

2.光波的特性：光波场的时域、空域频谱。

3.光波的特性：光波场的横波性、偏振态及其表示。

4.光波在界面上的反射和折射：反射定律和折射定律，菲涅耳公式。

5.光波在界面上的反射和折射：反射率和透射率，反射和折射的相位、偏振特性，全反射特性。

（二）光的干涉1.产生干涉的基本条件。

2.双光束干涉：分波面法双光束干涉（杨氏双缝，菲涅耳双棱镜，菲涅耳双面镜和洛埃镜）。

3.双光束干涉：分振幅法双光束干涉（平行平板产生的等倾干涉，楔形平板产生的等厚干涉，牛顿环）。

4.平行平板的多光束干涉。

5.光学薄膜特性及其处理方法：单层膜，多层膜，多层高反射膜。

6.典型的干涉仪和干涉滤光片的工作原理和应用。

7.光的相干性。

（三）光的衍射1.光衍射的基本理论：惠更斯-菲涅尔原理，基尔霍夫衍射理论，基尔霍夫衍射公式的近似—菲涅尔近似和夫朗和费近似。

2.夫朗和费衍射：矩形孔衍射，圆孔衍射，单缝衍射，多缝衍射，巴俾涅原理。

3.光学成像系统的分辨本领：瑞利判据，各种光学成像系统的分辨本领。

4.菲涅耳衍射：圆孔和圆屏的菲涅尔衍射，菲涅耳直边衍射，菲涅尔波带分析法，振幅矢量加法。