几何光学基本定律与成像概念.ppt
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1、第一章 几何光学基本定律与成像概念,第一节 几何光学的基本定律第二节 成像的基本概念与完善成像条件第三节 光路计算与近轴光学系统第四节 球面光学成像系统,第一节 几何光学的基本定律,1、光波:波长范围1mm10nm,一、光波与光线,基本概念:可见光(visible light):380760nm 单色光、复色光 光源,2、光线(Light Rays),A Ray is a line drawn in space corresponding to the direction of flow radiant energy.,Not a very narrow beam,but an ideal m
2、odel.,波(阵)面(Wavefront):某一时刻光波振动位相相同的点所构成的面。,波面法线(Normal):各向同性介质中对应于光线。,3、光束(Beam):与波面对应的所有光线的集合,beams and wavefronts,a plane wavefront,局限:没有考虑波动性,二、几何光学的基本实验定律,1、直线传播定律(Rectilinear Propagation Law),如:衍射物,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,3、光路可逆性原理,2、光的独立传播定律(不同光源发出的光),局限1:没有
3、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。,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,与 n 无关;无色散;,光入射到两种均匀介质的分界面上的规律。,Snells Law,色散现象:,全反射,plane of incidence,Total Internal Reflection,Critical Angle:,反射能量的增强,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,问题:与平面镜相比?,光纤通常用d=560m的透明丝作芯料,为光密介质;外有涂层,为光疏介质。满足光线在其中全反射,就可以实现无损传输。,应用2:光纤通信
4、原理,三、费马原理(Fermats Principle),2、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。,非均匀介质中的光线与光程,(极大、极小、恒定),实际路径上,,1、光程(Optical Path Length,OPL),3、光程最短的例子,均匀介质中直线传播;平面分界面上反射和折射等,M,例2:折射:设A(0,y2),O(x,y),B(x1,y1),则,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。,概念:光波、光线、波面、光束;几何光学基本定律:直线传播定律、
5、折射与反射定律、独立传播定律、可逆性原理费马原理(光程极值)马吕斯定律(光线束与波面正交、入射出射波面间等光程),五、小 结,第二节 成像的基本概念与完善成像条件,1、物像关系 物点为发散光束的顶点,经光学系统后,像点是会聚光束的顶点。物、像光束均为同心光束。,一、光学系统与成像概念,Object,Perfect Image,the Optical System,注意:用物、像位置所在空间来定义不够严谨。,3、物空间与像空间,the Object Space:入射光束所在的空间。,the Image Space:出射光束所在的空间,表述2:波面一致(入射、出射波面均为球面波)。,表述1:光束一
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