1、第 3章 几何光学的基本原理（ Geometrical Optics） 费马原理 成像的基本概念 单心光束 物 像 光在平面界面上的反射和折射 光导纤维 光束单心性的破坏，全反射 光在球面上的反射和折射 近轴光线条件下球面反射的物像公式 近轴光线条件下球面折射的物像公式 近轴物近轴光线成像的条件 薄透镜 共轴理想光具组的基点和基面几何光学的基本原理光线光学。 光线 : 代表光能量传播方向的一根线光线是指细光束，通过对其观察建立了几何光学的基本定律。 波面 : 垂直于光线的几何平面或曲面 .点光源 (发光点 )经过圆孔，衍射。 孔径 或 ，则衍射效应 。 /D 0 的极限：几何光学。A beam
2、 of light generated by a laser. The beam is visible because particles in the air have scattered the light.3. 折射定律 ( Snell定律 ) 3.1 几何光学基本定律“三定律 ”： 1. 直线传播 (均匀媒质中 )2. 反射定律 ( 4. 光路的可逆性 )折射率 n = cv 临界角，全内反射( 只讲方向，不讲强弱 )费马原理 (Fermats Principle)1. 最小时间原理Fermat(1675)： “ 光在两点之间所走的实际路径是以最短时间通过的那条路径。 ”可由此导出 “
3、 三定律 ” 和光路可逆性：(1) 均匀媒质， v= c /n 是常数，时间最短即路程最短，所以直线传播。QP(2) 反射定律 PQ MP =i i 对应的折线 QMP 最短。(3) 折射定律( 可逆性 )2. 光程均匀媒质： PQnL (长度 l )L是任一设想的路径光程 ( QP ) = n l沿 L分段均匀：n1 n3n2 l1 l2 l3PM N( QMNP )= n1 l1 + n2 l2 + n3 l3Optical path利用光程概念，可以将光在介质中通过的几何路程折算到在真空中通过的路程。Q一般：Q Pdln (x,y,z)Ln (x,y,z)光程 ( QP ) 沿 L (L
4、)光程同样传播时间内在真空中的路程“ 最小时间原理 ”也就是 “ 最小光程原理 ”。The bending of rays through inhomogeneous media.在非均匀介质中光线是弯曲的曲线3. 费马原理的表述从一点到另一点的一条实际光线取这样的路径：其 光程 与邻近路径光程相比 是极大值、极小值或稳定值 。等效说法：在实际光线的路径上，光程的变分为零。这种思路对以后物理思想的发展有重要影响。分析力学 ( Lagrange, Hamilton )Schrdinger 的 量子力学在均匀介质中的两点间（直线传播）、经平面反射的两点间，以及经平面折射的两点间的实际光路均是 光程取极小值 的情形。成像系统的物点和像点之间为 光程取稳定值 的情形。物点像点成像的基本概念 成像是几何光学研究的中心问题1、单心光束与物像关系单心光束（ 同心光束 ）： 光线本身或其延长线可以交于一点的光束。（一束光线有一个共同的中心） 各种 “ 成像 ”， 这里指经反射折射的光学成像。光具组： 由若干反射或折射面组成的光学系统 。 理想光具组： 能够使通过系统的单心光束仍保持单心性的光学系统。 光学系统理想成像的条件 ：表述 1 单心性不变： 由物点发出的单心光束通过光具组后应保持其单心性不变。 表述 2 等光程性： 由物点发出的所有光线通过光具组后均应以相等的光程到达像点。
