1、1第二章第二章 几何光学几何光学分为几何光学和物理光学两部分。分为几何光学和物理光学两部分。n 几何光学几何光学以以 光线光线 为基础、用为基础、用 几何方法几何方法 来研究光在介质中的来研究光在介质中的 传播规律传播规律以及光学系统的以及光学系统的 成像特性成像特性 。n 物理光学物理光学以以 电磁学电磁学 理论为基础，研究光的理论为基础，研究光的 波动性和粒子性波动性和粒子性 。 光学概述光学概述 光学分类2光学的学习内容光学的学习内容n 几何光学几何光学几何光学的基本定律和成像几何光学的基本定律和成像理想光学系统成像及光路计算理想光学系统成像及光路计算典型光学系统典型光学系统n 物理光学
2、物理光学光的电磁理论光的电磁理论光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振光的粒子性和激光光的粒子性和激光32.1 几何光学的基本定律和基本概念几何光学的基本定律和基本概念一、基本概念一、基本概念l 光波光波本质：电磁波，波长：本质：电磁波，波长： 400760nm（可见光）（可见光）传播速度：（真空）传播速度：（真空） c=3108m/s，在介质中：传播速度小于光速，在介质中：传播速度小于光速l 光源和发光点光源和发光点光光 源：能够辐射光能量的物体，由多个发光点组成。源：能够辐射光能量的物体，由多个发光点组成。光光 线：由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何线，光线方向线：由发光点
3、发出的光抽象为能够传输能量的几何线，光线方向代表了光的传播方向。代表了光的传播方向。l 波面和光束波面和光束波面：某一时刻振动位相相同的光点构成的曲面称为波阵面。波面：某一时刻振动位相相同的光点构成的曲面称为波阵面。光束：波面法线为光线，与波面对应的所有光线的集合称为光束。光束：波面法线为光线，与波面对应的所有光线的集合称为光束。波面分类：平面波、球面波和任意曲面波。波面分类：平面波、球面波和任意曲面波。4a.平面光波与平面光波与平行光束平行光束 b.球面光波与球面光波与发散光束发散光束 c.球面光波与球面光波与 会聚光束会聚光束5折射率：折射率： 表征透明介质光学特性，用来描述介质表征透明介
4、质光学特性，用来描述介质中光速减慢程度的物理量。中光速减慢程度的物理量。注意：光路具有可逆性二二 、 反射定律和折射定律反射定律和折射定律 6l 光的全反射现象光的全反射现象 n 由折射定律求出临界角：由折射定律求出临界角： 全反射现象应用：光纤和全反射棱镜 全反射条件：光密介质到光疏介质入射角大于临界角72. 2 成像的概念和完善成像条件成像的概念和完善成像条件 l 光学系统与成像概念光学系统与成像概念光学系统的作用：光学系统的作用：对物体成像，扩展人眼的功能，由若干个光学元件组成对物体成像，扩展人眼的功能，由若干个光学元件组成 。完善像点与完善像：完善像点与完善像：若一个物点对应的一束同心
5、光束经光学系统后仍为同心光若一个物点对应的一束同心光束经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。完善像是完善束，该光束的中心即为该物点的完善像点。完善像是完善像点的集合。像点的集合。共轴光学系统：共轴光学系统：若光学系统中各个光学元件的表面曲率中心在一条直线上若光学系统中各个光学元件的表面曲率中心在一条直线上，则该光学系统称为共轴光学系统。，则该光学系统称为共轴光学系统。8实物成虚像 实物成实像虚物成实像 虚物成虚像l 物（像）的虚实物（像）的虚实实像：实像： 由实际光线相交所形成的点为实物点或实像点由实际光线相交所形成的点为实物点或实像点 。虚像：虚像： 由光线的延长线相交
6、所形成的点为虚物点或虚像点。由光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点。 注意：虚像只能用眼睛观察但不能被记录。9l 实际光路的计算实际光路的计算n 光线经过单个折射面的光路光线经过单个折射面的光路 （ 图示图示 ）已知：已知： 球面曲率半径球面曲率半径 r，介质折射率，介质折射率 n， n，物方，物方坐标坐标 L,U求：求： 像方坐标像方坐标 同一点发出的不同孔径同一点发出的不同孔径 ( )的光线，经折射的光线，经折射后具有不同的值。这表明球差的存在：即同心光后具有不同的值。这表明球差的存在：即同心光束经折射后出射光束不再是同心光束。表明单个束经折射后出射光束不再是同心光束。表明单个折射球面对轴上物点成像是不完善的。（折射球面对轴上物点成像是不完善的。（ 图示图示 ） 10光线经过单个折射球面的折射像方截距像方截距由正弦定理得：由折射定律：像方截距 ： Return物方截距物方截距光轴光轴顶点顶点物方孔径角物方孔径角像方孔径角像方孔径角注意符号规则
