精编制作《光学教程》姚启钧原著PPT课件
116页1、1 现代光学现代光学 第三章第三章 几何光学的基本原理几何光学的基本原理 2 第三章第三章 几何光学的基本原理几何光学的基本原理 3 1 3 1 几何光学基本概念和定律几何光学基本概念和定律 费马原理费马原理 3 2 3 2 光在平面界面上的反射和折射光在平面界面上的反射和折射 光学纤维光学纤维 3 3 3 3 光在球面上的反射和折射光在球面上的反射和折射 3 4 3 4 光连续在几个球面界面上的折射 光连续在几个球面界面上的折射 虚物的概念虚物的概念 3 5 3 5 薄透镜薄透镜 3 6 3 6 近轴物点近轴光线成象的条件近轴物点近轴光线成象的条件 3 7 3 7 理想光具组的基点和基面理想光具组的基点和基面 3 第三章第三章 3 1 3 1 几何光学基本概念和定律几何光学基本概念和定律 费马原理费马原理 4 球面波球面波 波面波面 光线 波面波面光线 平面波平面波 一 光线和波面一 光线和波面 光束 光线的集合光束 光线的集合 5 二 几何光学的基本实验定律二 几何光学的基本实验定律 1 1 光在均匀介质中的直线传播定律 光在均匀介质中的直线传播定律 6 投影 shadow 针孔成
2、像 pinhole imaging 二 几何光学的基本实验定律二 几何光学的基本实验定律 7 2 2 光的反射定律 光的反射定律 11 O 二 几何光学的基本实验定律二 几何光学的基本实验定律 8 1 1 O 2 3 3 光的折射定律 光的折射定律 二 几何光学的基本实验定律二 几何光学的基本实验定律 9 4 4 光的独立传播定律和光路可逆原理 光的独立传播定律和光路可逆原理 二 几何光学的基本实验定律二 几何光学的基本实验定律 10 适用条件 适用条件 R R远大于光波长远大于光波长 否则 用衍射光学 否则 用衍射光学 二 几何光学的基本实验定律二 几何光学的基本实验定律 11 三 费马原理 一 概念 光程 B A 费马原理 光在指定的两点间传播 实际的光程总是一个极值 12 二 由费马原理导出几何光学的实验定律 三 费马原理 光程为极值的例子 1 光的直线传播定律 均匀媒质中 两点间光程最短的路径是直线 13 ADB n2 则 y y 像似深度减小 若n1 y 像似深度增大 2 越大 象散越严重 0 y y tgi 二二 光束单心性的破坏 光束单心性的破坏 29 二二 光束单心性的
3、破坏 光束单心性的破坏 例 一束汇聚光束的顶点为例 一束汇聚光束的顶点为P P 若在其汇聚前先 若在其汇聚前先 通过一块与光轴垂直的平行玻璃板 厚度为通过一块与光轴垂直的平行玻璃板 厚度为d d 折射率为 折射率为n n 问汇聚点向哪个方向移动 问汇聚点向哪个方向移动 移动多少 移动多少 D EP P l i1 i2 A BC 30 光从光密光从光密 n n 1 1 光疏光疏 n n 2 2 时 时 i i 1 1 i i c c i i 2 2 9090 n n1 1 sin sini i c c n n 2 2 临界角临界角 三 全反射三 全反射 光波导光波导 点光源 全反射 31 a 0 倏逝波 表面波 n2 n1 n2 三 全反射三 全反射 光波导光波导 32 一 一 光波导光波导 光波导 约束光波传输的媒介光波导 约束光波传输的媒介 介质光波导三要素 介质光波导三要素 芯芯 包包 结构结构 凸形折射率分布 凸形折射率分布 n n 1 1 n n 2 2 低传输损耗 低传输损耗 光波导的分类 光波导的分类 薄膜波导 平板波导 薄膜波导 平板波导 矩形波导 条形波导 矩形波导 条
4、形波导 脊形波导脊形波导 圆柱波导 光纤 圆柱波导 光纤 三 全反射三 全反射 光波导光波导 33 平板波导 三 全反射三 全反射 光波导光波导 34 矩形波导 条形波导 脊型波导 三 全反射三 全反射 光波导光波导 35 光进入光学纤维后 多次 在内壁上发生全内反射 光从纤维的一端传向另 一端 光学纤维 二 光纤 二 光纤 三 全反射三 全反射 光波导光波导 36 阶跃光学纤维的端面 A B 数值孔经 决定了可经光学纤维传递的光束 的入射角 证明 当 时 光能够沿光纤的内壁由光纤的一端传到 另一端 三 全反射三 全反射 光波导光波导 37 1 1 光纤组成 光纤组成 纤芯 包层 涂覆层 护套层 内护层 强度元件 光纤 加强芯 外护层 2 2 光缆 光缆 三 全反射三 全反射 光波导光波导 38 3 3 光纤的材料 光纤的材料 石英系材料石英系材料 有机聚合物材料 有机聚合物材料 三 全反射三 全反射 光波导光波导 4 光纤的应用 1 输送能量 传光束 2 传送信息 传像束 6 光通信 优点 1 低损耗玻璃 几千dB km 石英光纤 0 2 dB km 2 信带宽 容量大 速度快 3
5、电气绝缘性能好 无感应 无串话 5 资源丰富 价格低 4 重量轻 耐火 耐腐蚀 可用在许多恶劣环境下 39 折射棱镜 四 棱镜四 棱镜 40 四 棱镜四 棱镜 41 五脊棱镜 直角棱镜 使像转 过900 反射棱镜 借助光在棱镜中的全反射 改变光进行 的方向 四 棱镜四 棱镜 42 90 450 组合三棱镜 使像面旋转 1800 四 棱镜四 棱镜 43 后反射直角棱镜 在激光谐振腔中可以代替高反射介质镜 在高速公路上 常用来作 无源路灯 44 第三章第三章 3 3 光在球面上的反射和折射 45 一 符号法则 O 顶点 C 曲率中心 CO称主轴 符号规则 笛卡尔坐标规则 46 iv 所有量用绝对值表示 全正表示 i 假设光线从左侧进入 ii 线段量以顶点为参照点 左方负 右方正 在光轴 上方为正 下方为负 iii 角度量以介质分界面法线或光轴为基准 按小于 90o的方向旋转 顺时针为正 逆时针为负 一 符号法则 47 图中只标记角度和线段的绝对值 标记点用大写字母 标记角度和线段用小写字母 图中各量的表示方法 一 符号法则 48 二 球面反射对光束单心性的破坏 n 光线PAP 的光程 PO
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