1、GEOMETRICAL OPTICSKevin.W2015.10.04The definition of geometrical optics 几何光学是光学学科中以光线为基础，研究 光的传播 和 成像规律 的一个重要的实用性分支学科。在几何光学中，把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。在此假设下，根据光线的传播规律，在研究物体被 透镜 或其他光学元件成像的过程，以及设计光学仪器的光学系统等方面都显得十分方便和实用。 The application of geometrical optics in optical imaging利
2、用几何光学的知识，即光学系统的成像性质和规律，在研究 近轴区 成像规律的基础上建立起 理想光学系统的光学模型 。当光学系统的孔径和视场超出近轴区时，成像质量会逐渐下降。这是因为自然点发出的光束中，远离近轴区的那些光线在系统中的传播光路偏离理想途径，而不再相交于 高斯像点 (即理想像点 )之故。这时，一点的像不再是一个点，而是一个模糊的弥散斑；物平面的像不再是一个平面，而是一个曲面，而且像相对于物还失去了相似性。所有这些成像缺陷，称为 像差 。 用 单色光成像 时，有五种不同性质的 像差 ，即 球差彗差 、 像散 、 场曲和畸变 。前三种像差破坏了点点对应。其中，球差使物点的像成为圆形弥散斑，彗
3、差造成彗星状弥散斑，而像散则导致椭圆形弥散斑。场曲使物平面的像面弯曲，畸变使物体的像变形。 此外，当用较宽波段的 复色光 成像时，由于光学 媒质的折射率随波长而异，各色光经透镜系统逐面折射时，必会因 色散 而有不同的传播途径，产生被称为 色差的成像缺陷。色差分两种： 位置色差 和倍率色差。前者导致不同的色光有不同的成像位置，后者导致不同的色光有不同的成像倍率。两者都使像带色而严重影响成像质量，即使在近轴区也不能幸免。 各种 像差 的实际值需通过若干条光线的追迹而得知。但是，在稍大于近轴区的范围 (称赛德耳区 )内，成像缺陷可以用初级像差 (也称赛德耳像差 )来描述。初级像差值只需通过对二条 近
4、轴光线 的追迹就能全部计算出来。像差，特别是初级像差已有相当完整的理论，是光学系统设计的理论基础。 为使光学系统在具有大的孔径和 视场 时能良好成像，必须对像差作精细校正和平衡，这不是用简单的系统所能实现的。所以，高性能的 实际光学系统 需要有较复杂的结构形式。 那么利用几何光学的知识便可以尽可能地解决像差问题。 现在流行的使用计算机软件结合了几何光学的知识，来进行复杂光学系统成像的模拟， e.g：ZEMAX、 OpTaliX、 CodeV等软件 除了最基本的应用于光学成像改善像质之外，几何光学法还有很多巧妙的应用Study on laser reflection characteristics of sea surface with geometrical optics method 当现代激光雷达和激光制导武器对海上目标进行探测和攻击时，激光将在海面产生复杂的反射效应，依据几何光学原理研究了一种计算海面激光反射特性的方法。在光波段，由于波长很小，计算海面的光反射时可以采用几何光学的方法。可以将海面分成许多微小平面，即使这些平面很小，它们的线度仍远远大于入射波长，不用考虑光的衍射效应，因此计算海面的光反射时可以先将入射光斑所覆盖的海面分割为多个微小平面，再采用几何光学方法进行计算。
