详细版《应用光学》期末考试复习.ppt

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

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。

《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 ′。

A
可以解释光的直线传播、反射、折射定律。
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。
入射球面波上三点 A、B、C，出射球面波对应三点 A ' 、B ' 、 C ' ，则根据马吕斯定律有： 费马原理 马吕斯定律 光的直线传播定律 光的反、折射定律
r
不要中间变量，物方参数与像方参数是否有简单的数值关系？
n
I
E I′ φ
n′
h
五、 常用推导公式
A
-U O
U′ C A′
lu h l u 物象方的截距与孔径角之积不变 -L h / r u i u 'i' ni n' i'
r L′
n(h / r h / l ) n' (h / r h / l ' )
4. 物和像都是相对某一系统而言的，前一系统的像则是后一系 统的物。物空间和像空间不仅一一对应，而且根据光的可逆性， 若将物点移到像点位置，使光沿反方向入射光学系统，则像在原 来物点上。这样一对相应的点称为“共轭点”。
思考：下图中各物（像）点位于哪个空间？是实的还是虚的？
n
I
E I′ φ
n′
h
第二章 球面与共轴球面系统
说明：α ≠β ，轴向和垂轴不具放大相似性 α > 0，物象沿轴向同向移动。
l1 n l1 l 2 n l2 1 2 l 2 l1 n l1l 2 n
推导P22
3. 角放大率：共轭光线与光轴的夹角u′和u的比值
u l n 1 u l n n 2 n 1 a 4. 三者关系： n n