1、1 3.2 光在平面界面上的反射和折射 光导纤维光学系统 是指光在传播过程中遇到的折射或反射平面、球面以及由这样的几个界面组成的系统能严格地保持光束的同心 (单心）性的光学系统，叫做 理想光学系统 .实际上只有平面镜能严格保持光束的单心性，是理想光学系统 2 3.2.1 光在平面上的反射从任一发光点 P发出的光束，经平面镜反射后，如图。反射光线的反向延长线相交于P点， P就是 P点的虚像。 P与 P关于镜面对称，由此可见，平面镜是最简单的，不改变光束的单心性，并能成理想的像的系统。3.2.2 光在平面界面上的折射，光束单心性的破坏光线在折射率不同的两个透明介质的 平面分界面 上反射时，单心光束
2、仍保持为单心光束；但折射时，除平行光束折射后仍为平行光束外，单心光束将被破坏。 3 B1B2设界面为 xoz， P点的坐标为（ 0， y）考虑两条互相靠得很近的光线 PA1和 PA2， A1（ x1， 0）， A2（ x2， 0） ，折射光线的反向延长线分别交于 y轴于P1（ 0， y1）和 P2（ 0， y2）， 并且它们在图平面相交于P 点。 经过计算，（见附录 3.1）， P1和 P2点纵坐标为：4 因此， P点的坐标为： 如果光束是单心的，只要作出任意两条光线的交点，就能确定所有其他光线都将通过这个交点。这个交点即为光束的顶点。因此只要考虑光束中通过顶点的任一平面的光线分布即可。B1B
3、2如果光束不是单心的，那么就必须考虑到光束中光线的空间分布。5 下面讨论一下，折射光束的单心性是否已被破坏。 上面讨论了 xoy平面内的任意两条光线。实际上应该考虑从 P发出的一个小的立体空间光束，将图绕轴转过一个小的角度，则顶点为 P的三角形 PA1A2 展成一个单心的发散光束。 但折射光束中所有光线的反向延长线都交于 y轴线段 P1P2的范围内。 P点描绘出一段很短的弧。 B1B26 可以认为，这段弧近似地是垂直于图面的一小段直线段，折射光束中所有光线向后延长时分别相交于这段直线上的各点。由此可见，折射光束的 单心性已被破坏 ：光束中的所有光线 并不相交于单独的一点 ，而是相交于两条相互垂
4、直的线段上。如果单心光束的波面是球面的，则在平面界面上折射后， 波面的形状发生变化，不再是球面了。B1B2一条是位于图面内的线段 P1P2称为 弧矢焦线 ， 由 P点描出的垂直于图面的焦线称为子午焦线 。 7 只要光束的波面元不是严格的球面，都具有这种特性， 称为像散。由 P1和 P2点纵坐标及 P点的坐标可以看出， 仅当 P点所发出的光束几乎垂直于界面时，即仅当i1 0时，有这时 P1、 P2和 P 三点 几乎 重合在一起。折射光束 几乎 保持为单心的。 8 由 可得，此时像的深度满足下式：在水面上沿着竖直方向观看水中物体，所见的像最清晰。y 称为像似深度，或表观深度。 沿着倾斜角较大的方向观看时，像的清晰度由于像散而受到影响，像变的模糊不清。入射光束越倾斜，折射光束的像散就越显著。9 3.2.3 全反射 光学纤维当光从光密介质入射到光疏介质时，折射角大于入射角，光在这种情况下的反射 , 叫作 内反射 .内反射时，折射角随着入射角的增大而增大，当折射角等于 900 时，对应的入射角为 i c .点光源 . 全内反射 当光从光疏介质入射到光密介质时，折射角小于入射角，光在这种情况下的反射 , 叫作 外 反射 .10 当入射角大于等于 时，全部光能量都反回原介质这种反射叫做光的 全反射 ,或叫做光的 全内反射 . 称作 临界角 . 由折射定律 :
