1、 光的干涉、衍射现象，说明光是一种电磁波；光的传播过程就是无穷次波的相干迭加；光的行为可用其时空周期性 波长、振幅和位相来描述。因此，波动光学从光的本性出发， 精确地 描述了光现象。 事实上，在很多情况下，不考虑光的波动性，不用光的时空周期性，而代之以简单的几何方法，就可得到与实际基本相符的结论（如光的反射、折射成像等）。 这种撇开光的波动本性，而仅以光的 直线传播 为基础，研究光在透明介质中传播规律的学科称为 几何光学 ，也称为光线光学。 由于直线传播仅是波动的近似，所以，几何光学只能用于 有限的范围 和给出 近似的结论。第三章 几何光学的基本原理 基本概念和定律 费马原理 光在平面界面上的
2、反射和折射 光导纤维 光在球面上的反射和折射 光连续在几个球面界面上的折射 虚物的概念 薄透镜 近轴物近轴光线成像的条件一、 基本概念和定律 费马原理1. 光线与波面光线 形象 表示光的传播方向的几何线 同力学中的质点一样，光线仅是一种抽象的数学模型。它具有光能，有长度，有起点、终点，但无粗细之分， 仅代表光的传播方向 。任何想从实际装置（如无限小的孔）中得到 “光线 ”的想法均是徒劳的。 无数光线构成光束。 光沿光线方向传播时，位相不断改变。说明：波面 光传播中，相位相同的空间点所构成的平面或曲面。 波面即等相面，也是一种抽象的数学模型。 平面光波（如平行光束）球面光波（如点光源所发光波）柱
3、面光波（如缝光源所发光波）球面波球面波 平面波平面波光线与波面的关系在各向同性介质中，光线总是与波面法线方向重合。即光线与波面总是垂直的。2、几何光学的基本实验定律直线传播定律 在均匀介质中，光总是沿直线传播的。反射定律 反射线在入射线和法线决定的平面内； 反射线、入射线分居法线两侧；折射定律 折射线在入射线和法线决定的平面内； 折射线、入射线分居法线两侧；（小孔成像、物体的影子）独立传播定律光路可逆原理自不同方向或不同物体发出的光线相交时，对每一光线的传播不发生影响。即各自保持自己原有的特性，沿原方向继续传播，互不影响。在几何光学中，任何光路都是可逆的。光在均匀介质中总是沿直线传播的，光在非
4、均匀介质中又是怎样传播的？费马借助光程的概念，回答了该问题。3、费马原理表述： 光在空间两定点间传播时，实际光程为一特定的极值。表达式： 意义：费马原理是几何光学的基本原理，用以描绘光在空间两定点间的传播规律。 用途： A.可以推证反射定律、折射定律等实验定律。由此反证了费马原理的正确性 . 极值的含义：极小值，极大值，恒定值。一般情况下，实际光程大多取极小值。B.推求理想成象公式。nBAds费马原理的证明a、直线传播定律：（在均匀介质中）b、折射定律 ：（在非均匀介质中）如图示：点发出的光线入射到两种介质的平面分界面上，折射后到达点。 折射线在入射线和法线决定的平面内 只需证明折射点 C点在交线 OO上即可 .公理：两点间直线距离最短故：光在均匀介质中沿直线传播的极小值为直线i2n2CBAn1O PMi1XYZi2n2CBAn1O PMi1XYZ则必可在 上找到其垂足 C利用 反证法 ：设有另一折射点 C位于 线外， 有 光程 而非极小值，这与费马原理不符，因而假设错误，即：折射点应在交线 上 故：折射线在入射线和法线所决定的平面内 折射线、入射线分居法线两侧i2n2CBAn1O PMi1XYZA、 B、 C点坐标如图所示。沿此方向入射，必有 xx1,光程由费马原理有：故：即：折射线、入射线分居法线两侧
