1几何光学的基本定律.ppt
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1、第一章第一章 几何光学的基本定律与成像概念几何光学的基本定律与成像概念一、基本概念一、基本概念(光波、光源、光线、波面、光束光波、光源、光线、波面、光束)1.光波光波 电磁波(横波)电磁波(横波)可见光可见光波长:波长:400nm760nm 4000 7600 0.4m0.76m0.4m0.76m 在可见光范围内,不同波长引起不同颜色感觉。在可见光范围内,不同波长引起不同颜色感觉。单色光单色光 具有单一波长的光。具有单一波长的光。几种单色光混合而成为几种单色光混合而成为“复色光复色光”。真空中光速真空中光速 c=3103108 8m/sm/s 介质中光速介质中光速 v=c/n绝对折射率绝对折射
2、率n n:一定波长的单色光在真空中的传播速度一定波长的单色光在真空中的传播速度(c)与它在给与它在给定介质中传播速度定介质中传播速度(v)之比。之比。2.光源光源 辐射光能的物体辐射光能的物体点光源:用特定的几何点表示的发光体。点光源:用特定的几何点表示的发光体。线光源线光源:面光源:面光源:点光源点光源 当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时,此光源可认为是点光源。忽略时,此光源可认为是点光源。点光源被认为没有体积和线度,所以能量密度应为无点光源被认为没有体积和线度,所以能量密度应为无限大。限大。3.光线光线 无体积、无直径,有能量、有方向,能
3、够传输能量的无体积、无直径,有能量、有方向,能够传输能量的几何线。几何线。光线方向代表光能传播的方向。光线方向代表光能传播的方向。4.波面波面 某一时刻,某一时刻,振动位相相同振动位相相同的各点构成的面。的各点构成的面。波面可分为:平面波、球面波、任意曲面波。波面可分为:平面波、球面波、任意曲面波。波面法线波面法线方向即为光传播方向。方向即为光传播方向。光线波面光源同心光束同心光束 波面为球面,聚于一点。波面为球面,聚于一点。平行光束平行光束 波面为平面。波面为平面。象散光束象散光束 波面为曲面,不聚于一点。波面为曲面,不聚于一点。发散光束发散光束 光线在前进方向上无相交趋势。光线在前进方向上
4、无相交趋势。会聚光束会聚光束 光线在前进方向上有相交趋势。光线在前进方向上有相交趋势。5.光束光束 与波面对应的法线集合。与波面对应的法线集合。二、基本定律(二、基本定律(直独、折反、费马、马吕斯直独、折反、费马、马吕斯)1.光的直线、独立传播定律光的直线、独立传播定律 在同一种在同一种各向同性、均匀介质各向同性、均匀介质中,光沿直线传播;中,光沿直线传播;从从不同光源不同光源发发出的光束以不同方向通过空间某点,互不影响,各自独立传播。出的光束以不同方向通过空间某点,互不影响,各自独立传播。2.光的折射、反射定律光的折射、反射定律 反射定律可归结为:入射光线、反射定律可归结为:入射光线、反射光
5、线和投射点法线三者在同一反射光线和投射点法线三者在同一平面内,入射角和反射角二者绝对值平面内,入射角和反射角二者绝对值相等,符号相反。即入射光线和反射相等,符号相反。即入射光线和反射光线位于法线的两侧。光线位于法线的两侧。反射定律可表示为反射定律可表示为 折射定律:折射定律:入射光线、折射光线和法线三者在同一平面内;入射光线、折射光线和法线三者在同一平面内;一定温度和压力下,对一定波长的光线,入射角的正弦与折射角正一定温度和压力下,对一定波长的光线,入射角的正弦与折射角正弦之比与入射角大小无关,为一常数,等于折射光线所在介质的折射率与弦之比与入射角大小无关,为一常数,等于折射光线所在介质的折射
6、率与入射光线所在介质折射率之比。入射光线所在介质折射率之比。折射定律可表示为:折射定律可表示为:或:或:若令若令 ,得,得 ,即为反射定律。,即为反射定律。这表明反射定律可以看作为折射定律的一这表明反射定律可以看作为折射定律的一种特例。种特例。两种现象:光路的两种现象:光路的可逆性可逆性及及全反射全反射 光路的可逆性:光路的可逆性:假定某一条光线,沿着一定的路线。由假定某一条光线,沿着一定的路线。由A传播到传播到B,如果我们在如果我们在B点沿着出射光线,按照相反的方向投射一条光线,则此反点沿着出射光线,按照相反的方向投射一条光线,则此反向光线仍沿着此同一条路线,由向光线仍沿着此同一条路线,由B
7、传播到传播到A。光线传播的这种性质,叫。光线传播的这种性质,叫做做“光路可逆性光路可逆性”。全反射:全反射:当入射光的入射角当入射光的入射角I大于某值时,两种介质的分界面把入大于某值时,两种介质的分界面把入射光全部反射回原介质中去,这种现象称为射光全部反射回原介质中去,这种现象称为“全反射全反射”或或“完全内反完全内反射射”。条件:条件:光密光密 光疏光疏(n n),),iiQ(零界角)(零界角)n sin i=n sin i(i9090)iQarcsin(n/n)全反射应用:转向、倒象全反射应用:转向、倒象使光线传播方向使光线传播方向改变改变90 使光线传播方向改使光线传播方向改变变180,
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