1、 光是什么？ 弹性粒子弹性波电磁波波粒二象性n 光的本质是电磁波n 光的传播实际上是波动的传播1、光波： 波长范围 1mm10nm基本概念： 可见光 （ visible light）： 380760nm人眼对 5550 （ 555nm）的黄绿光最敏感单色光：同一种波长复色光：由不同波长的光波混合而成频率和光速，波长的关系在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变第一章 几何光学基本定律与成像概念光线的概念 能够传输能量的几何线，具有方向各向同性、均匀介质：直线非均匀介质：曲线 波面法线 （ Normal）： 各向同性介质中对应于光线。光线是波面的 法线 波面是所有光线的垂直曲面同心光束：由一点
2、发出或交于一点的 光束 ;对应 的波面为球面像散光束：不严格交于一点，波面为非球面 同心光束：与球面波对应的光线束相交于球面波的球心。1、光线在同一种均匀透明介质中时： 直线传播2、光线在两种均匀介质分界面上传播时 :反射定律 ，折射定律1、 直线传播定律 （ Rectilinear Propagation Law)注：均匀介质： 折射率处处相等，与位置无关。 各向同性介质： 各个方向的折射率相等，与方向无关。 条件：各向同性的均匀介质2、 光的独立传播定律 （不同光源发出的光） 局限 1： 没有考虑波动性，如干涉。 局限 2：没有考虑 光束能量很强的情况，如非线性效应。3、 光路可逆性原理
3、光沿反方向传播，必定沿原光路返回。4、反射定律和折射定律 光入射到两种均匀介质的分界面上的规律。 与 n 无关；无色散；I. the Law of Reflection（对称光路）II. Snells Law 色散现象： 全反射 、发生全反射的条件必要条件： n1n2 由光密介质进入光疏介质充分条件： I1I0 入射角大于全反射角 临界角 （ Critical Angle） 反射能量的增强当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻璃的折射率不同、对应的临界角不同与一般反射相比：全反射几乎无能量的损失。 应用 1：棱镜改变光路方向u 用棱镜代替反射镜：减少光能损失u应用 2： 测量折射率 应用 3：
4、光纤通信原理三、费马原理（ Fermats Principle）Fermats Principle： 光 从空间一点到另一点是 沿着 光程 为 极值 的路径传播的。 （极大、极小、恒定）四、马吕斯定律 表述： 光在 各向同性的均匀介质中 传播时，始终保持着 光线束与波面正交 ；且 入射波面和出射 波面对应点之间的光程为定值 。a parallel beama convergent beama divergent beam第二节 成像的基本概念与完善成像条件1、物像关系物点为发散光束的交点，经光学系统后，像点是会聚光束的交点。物、像光束均为同心光束。一、光学系统与成像概念二、完善成像条件共轴光学
5、系统 ： 表述 2：波面一致 （ 入射、出射波面均为球面波）。 表述 1：光束一致 （入射、出射光束均为 同心光束）。 表述 3：物、像点间任意光路的光程相等。三、物、像的虚实 取决于是否是入射、出射的实际光线的交点。第三节 光路计算与近轴光学系统一、基本概念与符号法则1、单个折射球面2、笛卡尔（坐标）法则光轴、顶点、子午面、物 /像距(3) 沿轴线段： （如，物 /像距）以折射面顶点为坐标原点： 其右方者为正，左方者为负 .(2) 光线传播方向： 一般假定 自左向右为正 .加撇号 与物方参量加以区别 。(1) 像方参量： 右左(4) 垂轴线段 ： （如，物像位置） 其 上方为正， 下方 为负
6、。以主光轴为界：(6) 光路图中，都 用各量的绝对值表示，即全正 。凡负值的量 , 在图中均加负号。 例：按锐角方向旋转， 顺时针为正，逆时针为负；(5) 夹角：光轴与法线夹角： 光轴 转向 法线 N光线与法线夹角：光线转向 法线 N光线与光轴夹角 （孔径角） ： 光轴 转向光线转向：二、 非近轴（大光束 /大角度）情况下成像球面像差（ Spherical Aberration） ： 同一 物距，不同像距。 轴上成像不完善性原因： L一定 ,三、近轴光线的光路计算 近轴条件 ： 光线 在主轴附近很小的 区域 ,且 与主轴夹角较小（ 5）。 实际 光线用 大写 字母， 近轴 光线用 小写 字母。
7、 像距只与物距 有关 -完善像 。高斯像 高斯像面 若把物放在 像 的位置，则其 像 就成在物的原位置上。 物像共轭点（ Conjugate Points）：3、近轴区域（ Paraxial Region） 阿贝不变式物 /像位置关系例： 置于空气（ n = 1.0）中折射率为 n= 1.6 的玻璃哑铃 ,长度 d=20cm，两端的曲率半径均为 2.0cm。若在离哑铃左端5.0cm处的轴上有一物点，试求像的位置和性质。 光线自左向右传播，遇到凸折射球面：l1 = 5cm ， r = 2cm l1= +16cm 0由阿贝不变式：（光路图中各量都用绝对值）l2 = -10cm 0 光线遇到凹折射球面：l2 = 16cm 20cm = 4cm，r = 2cm；20cm 实像 P 虚像 P，在哑铃中间。第四节 球面光学成像系统 (Paraxial Region)一、单个折射球面成像1、垂轴放大率 ABC ABC： 一对共轭面（垂直于光轴）上的物像是相似的。 垂轴物体并利用阿贝不变量 成像特性分析：2、轴向放大率对 阿贝不变式 微分得： 反映光轴上一对共轭点沿轴向的移动量之比。3、角放大率 拉 格朗日 赫 姆霍兹 不变量 拉赫不变量 ！ 取决于共轭点位置。 反映折射球面将光束变宽或变细的能力。
