浙大应用光学第1章 几何光学的基本定律

• 放大率特性曲线 • 共轴多光组组合光路计算
• 透镜与薄透镜
第四章
• 平面镜成像性质
单平面镜的成像性质
• 镜像、一致像 镜像、
双平面镜的成像性质 反射棱镜及其展开 • 平面镜与棱镜成像方向的方法 • 棱镜展开外形尺寸计算
第五章
• 光阑及其作用 • 孔径光阑、视场光阑 、渐晕光阑 、消杂光光阑 孔径光阑、 渐晕光阑 消杂光光阑
• 理想光学系统的组合与光路计算
• 双光组组合 • 焦点位置公式
f 2 f 2' x 'F = − ∆
f 1 f 1' xF = ∆
焦距公式
f 1' f 2 ' f' = − ∆
f1 f 2 f = ∆
f 1' f 2 ' f' = f 1' − f 2 − d
∆ = d − f 1' + f 2
M 250 Γ = = f' f'
显微系统
• 放大率公式
Γ = β × Γe
0.61λ 0.61λ σ= = n sin U max NA
• 最小分辨距 • 数值孔径 数值孔径NA • 有效放大率 • 线视场
500 NA < Γ < 1000 NA
照明系统： 照明系统：
• 照明系统的设计原则 • 临界、柯勒照明（远心光路） 临界、柯勒照明（远心光路）
• 可以得到下列三个重要公式
1 1 1 1 n( - ) = n' ( - ) = Q r l r l'
• 阿贝不变量，用Q表示。说明一折射球面 阿贝不变量， 表示。 表示 的物空间和像空间的Q值是相等的 的物空间和像空间的 值是相等的

（2）角度：一律以锐角来度量，规定顺时针转为正，逆时针转为负。 U、U ' ——由光轴起转到光线；
I、I ' ——由光线起转到法线；
——由光轴起转到法线。
6. 近轴光路计算公式（6 个）
答： i lru r
l'
r
ri ' u'
i'
n n'
i
u 2 u1'
u' u i i' l2 l1' d1
（1）垂轴放大倍率为多少？
（2）照相胶片离照相物镜像方焦点 F 多远？
解：根据题意，鱼先经水面成像，由公式（2-9）为
1 l'
1.33 1000mm
0
解之得
l' 751.88mm
然后再被照相物镜成像，其 x 值为
定的介质来 说，是一个和入射角无关的常数 n1 sin I1 n1 sin I 2 。
2、如何区分实物空间、虚物空间以及实像空间和虚像空间？是否可 按照空间位置来划分物空间和像空间？
答：实物空间：光学系统第一个曲面前的空间。虚物空间：光学系统第一个曲面 后的空间。实像空间：光学系统最后一个曲面后的空间。虚像空间：光学系统最 后一个曲面前的空间。物空间和像空间在空间都是可以无限扩展的，不能按照空 间进行划分。
统的组合焦距为： f ' 80mm
求像的方向有两种：
第一种方法：先对第一透镜成像，再对第二透镜成像。
图 1-23
首先对第一透镜成像，如图 1-23 所示，l1 50mm, f1' 100mm, 根据高斯成像公
式求得：
11 l1' l1
1 f1'
1 l1'

I”= -I
Hale Waihona Puke O I’N’C
nQ n’
B
1
光的折射定律：
①入射光线、法线和折射光线在同一平面内；
②折射角和入射角的正弦之比在一定温度和压力下对一定波
长的光线而言为一常量，与入射角和大小无关。即
sin I' = n
sin I n'
或
n'sinI' = nsinI
其中：n=C/v C——光在真空中的速度 v——光在介质中的速度
阿贝不变量
折射球面的物像位置关系
光线经折射球面时 的u,u’关系
3.（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距 可见，当（n’-n）/r一定时，l’仅与l有关。
正负含义？ φ = n'−n r
f
'=
l'l
→
−∞
=
n' n '− n
r
f
=
ll
'
→
∞
=
−
n n '− n
r
光焦度 （折射面偏折光线的能力）
f’像方焦距（点），后焦距（点）
细光束，A——》A’ 完善成像
B1’ A1’
同心球面A1AA2——》曲面A1’A’A2’ 完善成像 由公式，l变小，l’也变小，平面B1AB2——》曲面B1’A’B2’
不再是平面：像面弯曲
2. 细小平面以细光束经折射球面成像： 平面物——》平面像，完善成像
近轴光线所在的区域叫近轴区
对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l, u — >l’,u’ ,以上公式组变为：
i= l− r u r
i'= n i n'

几何光学的三个基本定律一、引言几何光学是研究光在直线传播过程中的行为的光学分支。

其理论基础是几何光学三个基本定律，这些定律揭示了光在透明介质中的传播规律。

本文将详细介绍这三个基本定律，并探讨它们对光学现象的解释和应用。

二、第一定律：直线传播定律直线传播定律是几何光学中最基本的定律，它表明光线在均匀介质中直线传播。

光的传播路径可以用直线表示，且沿一定方向传播。

这意味着光线在不同介质之间传播时会发生折射，但在同一介质内则是直线传播。

三、第二定律：反射定律反射定律是几何光学的第二个基本定律，它描述了光线在界面上的反射行为。

根据反射定律，入射光线与法线的夹角等于反射光线与法线的夹角，而且入射光线、反射光线和法线在同一平面内。

这个定律解释了为什么我们能够看到镜子中的自己，以及为什么我们可以利用反射现象制作反光镜和平面镜。

四、第三定律：折射定律折射定律是几何光学中的第三个基本定律，它描述了光线在不同介质中的折射行为。

根据折射定律，入射光线、折射光线和法线在同一平面内，而且入射角和折射角之间的正弦比等于两个介质的折射率之比。

这个定律解释了为什么我们能看到水中的鱼和游泳池底部的景物，以及为什么光能够通过透镜形成清晰的图像。

1. 折射率的定义折射率是指光在某一介质中的速度与真空中速度之比。

高折射率的介质会使光线偏折得更多，而低折射率的介质则会使光线偏折得较少。

2. 斯涅尔定律斯涅尔定律是折射定律的一种特殊形式，适用于光线从一介质射入另一介质的情况下。

根据斯涅尔定律，入射角、折射角和两个介质的折射率之比满足一个简单的数学关系式。

五、光学现象的应用几何光学的三个基本定律在光学现象的解释和应用中起着重要的作用。

以下是几个常见光学现象及其与定律的关系：1. 倒影倒影是一种反射现象，发生在平面镜或其他光滑表面上。

根据反射定律，镜子中的物体通过镜面反射形成倒立的像。

这个现象在我们日常生活中的镜子和反光材料中得到了广泛应用。

2. 折射折射是光线在不同介质之间传播时发生的偏折现象。

在几何光学中，发光体与发光点概念与物理学中完全不同。
无论是本身发光或是被照明的物体在研究光的传播时统称 为发光体。在讨论光的传播时，常用发光体上某些特定的 几何点来代表这个发光体。在几何光学中认为这些特定点 为发光点，或称为点光源。
3、光线
当光能从一两孔间通过，如果孔径与孔距相比可 以忽略则称穿过孔间的光管的正透镜见图（a）所示；发散透镜或负 透镜，特点是心薄边厚，如图（b）所示。
正透镜的成 像：如图所 示
物点和像点：
像散光束：
二、完善成像的概念
发光物体可以被分解为无穷多个发光物点，每个物点发 出一个球面波，与之对应的是以物点为中心的同心光束。经 过光学系统之后，该球面仍然是一球面波，对应的光束仍是 同心光束，那么，该同心光束的中心就是物点经过光学系统 后所成的完善像点。
1.光的直线传播定律
在各向同性的均匀介质中，光线按直线 传播。例子：影子的形成、日食、月蚀等。
2.光线的独立传播定律 不同的光线以不同的方向通过某点时，
彼此互不影响，在空间的这点上，其效果 是通过这点的几条光线的作用的叠加。
利用这一规律，使得对光线传播情况 的研究大为简化。
3.光的折射定律和反射定律
几何光学基本定律与成像概念演示文稿
第一章：几何光学基本定律与 成像概念
第一节 几何光学的基本定律和原理 一、光波与光线
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。

光的直线传播图例
当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。
例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。
2．的独立传播定律
3．光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。
全反射现象
TEXT
TEXT
TEXT
返 回
全反射的应用举例
全反射棱镜
全反射的应用举例
（2）光纤的全反射传光
全反射光纤
返 回
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。
它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为
返 回
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律：
二、几何光学的基本定律
的直线传播定律
各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。
虚物和虚像
物方光线延长线交点
像方光线反像延长线交点
B’
A
返 回
物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。
像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。

物方孔径角
A 球心• C
•
顶点O
光轴
一、基本概念与符号规则
注意：习惯上，一般取光线的方向自左向 右进行
第二节：成像的基本概念与完善成像条件
一、光学系统与成像概念 物点发出的球面波（同心光束）经光学系统后仍
为球面波（同心光束），则其中心为物点的完善像点。 物体上每个点的完善成像点的集合即为物体的完善像。
物所在空间称物空间，像所在空间称像空间。
下面介绍成像的几个基本概念： 光束的分类； 物像与光束的对应关系； 完善成像的条件。
几何光学波面只是垂直于光线的几何曲面。
几何光学就是应用几何光线的概念来研 究光在不同条件下传播特性的一门学科！
二、几何光学基本定律
几何光学以下面几个基本定律为基础：
1. 光的直线传播定律 2. 光的独立传播定律 3. 光的反射定律：I = I 4. 光的折射定律
N
A
B
I I
Pn
Q
n O
N I C
n siIn n siIn
以上四个基本定律是几何光学研究各种光的 传播现象和规律以及光学系统成像特性的基础！
二、几何光学基本定律
角度的符号： (1) 均以锐角度量； (2) 由光线转向法线，顺时 针方向形成的角度为正，逆 时针方向为负。
N
A
B
I I
Pn
Q
n O
N I C
定律的局限性：例如当光经过小孔时会出现衍射， 不再沿直线传播；当两束相干光相遇时，会出现干 涉；
回顾
• 几何光学的基础：折、反定律，费马原理和吕马 斯定律三者可以互相推导出来，因此，三者之中任 一个可以作为几何光学的基本定律，而其他二者可 以作为推论！

第一章几何光学的基本定律与成像概念1. 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2）光的独立传播定律3）反射定律和折射定律：（全反射条件、图1-6光纤结构和全反射应用）4 5）马吕斯定律：定律内容 2. 完善成像条件（3种表述）图1-10 光线经过单个折射面的折射3. 应用光学中的符号规则（6条）4.5. 单个折射面的成像公式（定义、公式、意义）12）轴向放大率α3）角放大率γ4）αγ= β5）拉赫不变量66. 球面反射镜成像公式第二章理想光学系统1. 共轴理想光学系统的成像性质是什么？（3大点），尤其是第三点。

2. 无限远的轴上（外）物点的共轭像点是什么？它发出的光线有何性质？c n v=3. 无限远的轴上（外）像点的对应物点是什么？（主点，主平面）4. 物（像）方焦距的计算公式为何？5. 物方主平面与像方主平面的关系为何？其用途为何？光学系统的节点及性质？6.6. P21）7. 解析法求像方法？（牛顿公式、高斯公式）12）*高斯公式：物、像位置相对于主点确定3理想光学系统两焦距之间的关系？8. 由多个光组组成的理想光学系统的成像公式？（过渡公式, 关键是物、像前后关系）9. 光学间隔的定义，组合系统的物方和像方焦距计1. 平面光学元件的种类？作用？（3点）2.3. 平行平板的成像特性？（3点）近轴区内的轴向位移公式？4. 反射棱镜的种类（4种）、基本用途。

112d l l -'=1 12∆-'=x x 2111f f d +'-=∆kkk k y y y y y y y y ββββ 2122111⋅='⋅'⋅'='=nn f f '-='tgU h f =' ' tgU h f =1(' n d l -=∆6. 光楔的偏向角公式及其应用（测小角度和微位移）7.8. 常用的光学材料有几类？各有何特点？第六章光线的光路计算及像差理论1. 么？2.3. 各种像差的定义、影响因素、性质、消像差方法？4. 哪些像差与孔径有关？哪些像差与视场有关？第十一章光的电磁理论基础1. 波动方程及光波的表达式1）波动方程的由来、表达式、式中的物理意义2）光波的表达式（属于波动方程的解）♦平面波解♦简谐波解（三角形式、矢量形式、指数形式）3）光波参数之间的关系4）平面波的性质（3条）[] (cos t v z A E -ω＝[] cos( (2cos t kz A E Tt z A E ωλπ--＝＝([]t z y x k A E t A E ωγβαω-++-∙cos cos cos cos r k cos(＝＝] r k (exp[t i A E ω-∙＝1(-=n αδ2.123. 掌握四种不同条件下光波叠加后形成的物理现象、合成波表达式及其性质（见表）第十二章光的干涉和干涉系统1. 干涉及干涉条件1）什么是干涉？2）干涉条件（3条）2. 杨氏双缝干涉1）干涉性质：分波前的干涉2）实验装置3）干涉公式及条纹性质♦光程差♦条纹亮暗条件1\ 2）条纹可见度的影响因素：（两相干光束的振幅比、光源大小、光源单色性）4. 平行平板的双光束干涉 3）干涉条纹性质♦♦条纹级次（中心级次高，边缘级次低）5. 楔形平板的双光束干涉3）干涉条纹性质♦♦两条纹间对应的厚度变化♦楔角第十三章光的衍射1.2.第十五章光的偏振和晶体光学基础1. 什么是自然光、偏振光和部分偏振光？2.3.4.5. 为暗条纹时当为亮条纹；时当, 21( , d D m x d D m x λλ+== (m M m MI I I I K +-= cos 1((21δK I I I ++=nh 2λ=∆neα=∆=6.什么是晶体的光轴、主平面、主截面?什么什么是晶体的光轴、主平面、主截面什么什么是晶体的光轴是正负晶体？是正负晶体？7.什么是寻常光（O 光）非常光（e 光）什么是寻常光（、非常光什么是寻常光、非常光（，8.晶体双折射产生偏振光？晶体双折射产生偏振光？晶体双折射产生偏振光9.对于光线不同入射方向，应用布儒斯特角对于光线不同入射方向，对于光线不同入射方向判断光的偏振特性。

nsin I nsin I
① 色散现象：sin I n sin I f ()
n ② 全反射
nc v
III. Total Internal Reflection
nsin I nsin I
I Im
★
Critical Angle：sin
Im

n sin n
I

n sin 90 n
★Δ AEC中，由正弦定律 sin I sin(U )
L r
r
★由折射定律 sin I n sin I
n
★ ΔAEC 及ΔA′EC: U I U I
sin I (L r) sinU r
U U I I
★ ΔA′EC中，由正弦定律 sin I sinU L r r
各向同性、均匀介质：直线 S
非均匀介质：曲线
★ 波(阵)面（Wavefront）： 某一时刻光波振动位相相同的点所构成的面。
★ 波面法线 （Normal）：各向同性介质中对应于光线。
3、光束（Beam）：与波面对应的所有光线的集合
beams and wavefronts
a parallel beam
n n n n l l r
由阿贝不变式：
1.6 1 1.6 1
l1
5
2
l1′= +16cm ＞0 → 实像P ′
⑵ 光线遇到凹折射球面：
l2 = 16cm－20cm =－4cm， r =－2cm；
20cm
（光路图中各量都用绝对值）
1 1.6 11.6 l2 4 2
第一章 几何光学基本定律与成像概念
第一节 几何光学的基本定律 第二节 成像的基本概念与完善成像条件 第三节 光路计算与近轴光学系统 第四节 球面光学成像系统

§1 几何光学的基本定律1.1 几何光学三定律折射定律的斯涅耳(W. Snell, 1621公式 1.2 全反射1.3 棱镜与色散1.4 光的可逆性原理定义:撇开光的波动本性,仅以光的直线传播、反射折射定律为基础,研究光在透明介质中的传播问题。

适用范围:尺度远大于波长,是应用光学的基础特点:原理简单、计算复杂,计算软件(追迹的发展替代了复杂的计算§1 几何光学的基本定律光线 (rayof light :用一条表示光传播方向的几何线来代表光,称这条几何线为光线1.1 几何光学三定律1. 直线传播定律:在均匀介质中光沿直线传播2. 独立传播定律:不同方向的光线相交,不影响每一光线的传播3. 反射 (reflection、折射 (refraction定律:在两种媒质的界面发生反射、折射夏日机场跑道上方温度梯度较大,导致空气折射率发生变化:例:机场跑道能看多远?n y (=n 01+βy(β≈1.5⨯10-6/m人站在跑道的一端,最远能看多远?例:全反射棱镜光纤发展历史✧~1840, D Colladon 和 J Babinet提出可以依靠光折射现象来引导光线的传播。

✧1854, J Tyndall在英国皇家学会的一次演讲中用实验证实:光线能够沿盛水的弯曲管道传输。

✧1927, JL Baird利用光纤阵列传输图像。

✧1957, Hirschowitz 在美国胃镜学会上展示了研制的光导纤维内窥镜。

✧1961, E Snitzer完成了单模光纤的理论工作。

✧1963,西泽润一提出了使用光纤进行通信的概念。

✧1964,西泽润一他发明了渐变折射率光学纤维 (gradedindex fiber,GIF 。

✧1970,美国康宁玻璃 (Corning Glass根据高锟的设想,制造出当时世界上第一根超低损耗光纤,得到 30米光纤样品,首次迈过了“20dB/km” 的门槛。

✧1972,4dB/km。

1.1 几何光学的基本定律
一. 光源和光线
1. 光源
光源—任何发光物体：太阳、烛焰、钨丝白炽灯、日 光灯、高压水银荧光灯等 点光源—可看成几何上的点，只有空间位置无体积的 光源 2. 光线和光束 光线—光能传播方向的几何线 光束—有一定几何关系的一些光线的集合
几何光学：在光学研究中，当0时，可用几何方 法讨论成像规律，使问题大大简化 3. 光波波面
3. 光的折射反射定律：
(1) 光的反射定律：反射线位于入射面内，反射线和 入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，即
i1 i1
(2) 光的折射定律：折射线位于入射面内,折射线与入 射线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之 比为一与入射角无关的常数，即
sin i1 n2 n21 或 n1 sin i1 n2 sin i2 sn2
o
i2
平行光的折射
n
c

1 OQ为波面， n21 与光线垂直 2 光在真空中的传播速度为c c c 1 n2 n1 n2 n21 1 2 2 n1
折射率较大的介质称为光密介质， 折射率较小的介质称为光疏介质。
按照波动光学理论，有
n f 0 0 / f , c f 0 0
思考 •介质中的光频是否等于真空中的光频?
在线性介质的光场中，光的扰动频率仅由光源决定，它 C f 与传播的介质无关。同一谱线的光波在不同介质中虽然 有不同速度，但其频率是不会改变的，均同于真空中的 光频，即
0 0 f0 f n 或 n
n > 1，介质中的波长变短了！
作业
• P24 习题10,11,12.
光振动—用电磁波中电场强度的变化表示 波面：在任意时刻,振动位相值相同的各点所构成 的曲面

相对折射率：与空气比较的折射率。 注：反射定律是折射定律的一种特例。
空气中n 1.000272 (760mmHg,20 , 0.593m)

I1 n2 n1 I 2 I1即I1
二、两个重要的光学现象
1. 全反射
如果n1<n2,则sinI1/sinI2=n2/n1>1,即I1>I2 如果n1>n2,则sinI1/sinI2=n2/n1<1,即I1<I2 I2首先达到90°

光导纤维（简称：光纤） 应用：传光、传像、内窥镜
反 射 型
折 射 型
2.光路可逆性原理

光沿原路返回。
I 1 I1
n1
I2
n2


注：对于反射和折射现象，无论均匀介质还是非均 匀介质，简单光学系统还是复杂光学系统，光的可 逆性均成立。 反射——一定存在 I I m时发生全反射。 入射光 折射——特定条件下可能没有（全反射）
6.光束：具有一定关系的光线的集合 （1）同心光束:同一发光点发出或交于同一点的 光束。
同心发散光束 球面波
同心会聚光束
球面波
(2)平行光束：发光点位于无穷远,波面为平面.
平行光束 平面波
(3)像散光束：即不相交于一点，又不平行，但有一 定关系的光线的集合。

光束与波面的对应关系
平行光束—平面波 同心光束—球面波

物理光学：研究光的本性，并由此来研究各
种光学现象

几何光学：研究光的传播规律和传播现象源自二、课程性质和任务
课程性质：以几何光学为理论基础，以光学
系统中光的传播、成像、光度学、光学系统设 计原理等为主要内容的课程。利用光的直线传 播概念，研究光在光学仪器中的传播和成像特 性。

作业：
13页：2，3，4
1.2成像的基本概念与完善像
一.光学系统与成像概念
二.完善成像条件
1. 透镜对波面的作用与透镜成像
2. 透镜对光线的作用与透镜成像
如果P点成像于P′点，则P点到P′点之间的光程是相等的
P点发出的球面波经透镜变换成了另一个球面波，既然光从一个波 面传播到另一个波面所需的是同一个时间，则意味着波面之间的 光程是相等的，而P点到入射球面波波面上各点的光程是相等的， 因为它就是入射球面波的球心，同理出射球面波波面上各点到P′ 点的光程也是相等的，所以物点P到像点P′之间是等光程的。
在光线的实际路径上，光程的变分为0。
光程的意义： 光程的意义：
光在某介质中走过一段几何路程所需的时 间内，光在真空中所走的路程就是光程， 简言之，光程是等效真空程 。
由费马原理推导折射定律 证明： 证明：
（1）作图
∑
Q h i1 1
Q'
n1
M
x
M
Π
'
p−x
P'
（2）入射面上的光程最 小
Π
h2
n2
Q h1 i1
n1
Mp− xP'
∑
Q'
x
M'
h2
由光程取极小值条件 d(QMP) / dx = 0 即得
n2
Π
i2
P
n1 sin i1 = n2 sin i2
由费马原理推导折射定律
由费马原理推导反射定律
3. 费马原理的启迪
费马原理对于物理学的发展起过重要的推动作用，它 表明关于光的传播规律还存在另外一种表述形式，它 摆脱了光传播有如反射、折射、入射面、入射角、反 射角等的一些细节，而是指明实际光线是各种可能的 光线中满足某个条件，即光程取极值的那一条。由于 它比较抽象和含蓄，因而概括的面也就更广阔，这一 点曾启发物理学家探索物理规律的其他形式，于是找 到了被称之为最小作用原理(哈密顿变分原理)，它可表 述为系统的各种相邻的经历中，真实经历使作用量取 极值。

我们身边有哪些光学仪器与系统？• 什么是光学？--- 研究有关光的本质及其规律的科学物几理何光光学学研究光的波动本质研究光线传输及成像生量理子光光学学研究人身的光学现 象研究光的量子性• 应用光学课程包括哪些主要内容？典光几像型学何差光系光理学统学论系设统计• 几何光学 --- 研究光线经光学系统的传播而成像，主要目的是根据技术条件设计出符合要求的光学系统。

• 像差理论 --- 成像并不理想 ，产生缺陷有误差 ( 如哈哈镜 ) • 典型光学系统 ---- 最常用的或以往的设计出的光学系统的特点 眼睛 2) 显微镜 3) 望远系统 4) 摄影系统 5) 放映系统 没有万能的光学系统 • 设计光学系统 ---- 了解技术条件。

使设计出的光学系统能满足这些技术条件。

如观察范围。

画面大小。

光线波长。

倍数。

体积和照明条件。

• 实验很重要哦第1页光组成像特性光组焦距测量材料参数测量典型光学系统• 您想发挥自己的智慧、展示自己的个性与才华吗？请参加光学系统 CAD要编个程序使用国际通用软 件要与同学合作看谁干得更好答辩评分习题：一次 ~ 二次 / 章 第一章 几何光学的基本定律 本章要点： 1. 发光点、波面、光线、光束 2. 光的直线传播定律、光的独立传播定律、反射定律和折射定律及其矢量形式 3. 全反射及临界角 4. 光程与极端光程定律（费马原理） 5. 光轴、顶点、共轴光学系统和非共轴光学系统 6. 实物（像）点、虚物（像）点、实物（像）空间、虚物（像）空间 7. 完善成像条件 §1-1 发光点、波面、光线、光束 返回本章要点 发光点 ---- 本身发光或被照明的物点。

既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。

对于光学系统来说， 把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点 ( 发光点 ) 。

把不论多大的物体均看作许多 几何点组成。

研究每一个几何点的成像。

进而得到物体的成像规律。

第2页当然这种点是不存在的，是简化了的概念。

当i1>ic时，折 部射转光化完为全反消射失光，，入 这射 就光 发全 生 了全反射现象
ic n1 n2
i1>ic
n1
n2
ic
arcsin
n2 n1
应用
全反射棱镜：改变光线传播方向； 改变像的取向
等腰直角三棱镜、波罗棱镜、 组合波罗棱镜、四面直角棱镜
光学纤维：阶跃式和渐变式折射率分布
三、棱镜与色散 棱镜：由透明媒质做成的棱柱体 主截面：与棱边垂直的平面 三棱镜：截面呈三角形的棱镜
出射光束是会聚的同心光束，则会 聚光束顶点为实像；若是发散的同心光 束，则发散光束顶点为虚像。
A 光学 系统
实物
光学 A 系统
虚物
光学 A’ 系统
实像
A’ 光学 系统
虚像
物空间：入射光束所在空间 对光学系 像空间：出射光束所在空间 统而言
物空间的折射系数：入射光束所在空间 的折射系数
像空间的折射系数：出射光束所在空间 的折射系数
cos 1 P -u O h φ C u’ P’
sin i i
-s
r
n n’
s’
图中各量以绝对值表示
1. 阿贝不变式
nsin( i) nsin( i) ni ni i u i u
n( u) n( u)
u h s
u h s
h
r
-i M
-i’
P -u
h
O
φC
u’
P’
-s
sin min sin 350 500
n
2
sin
2
2 sin 500
2
1.60
nsin min n sin
2