工程光学课件
224页1、工程光学,教师:高国芳 TEL:13350311213 重庆科技学院测控系,课程性质,是测控技术及仪器的专业基础课 知识点多,难度大,纪律要求,上课要点名 旷课一次期末总分扣3分,迟到扣1分,缺课三分之一无考试资格,考核方式,1、期末考核占75 % 2、平时作业:(布置5次,是否按时交,成绩等方面)占10 %; 3实验:(应做3次,实验报告评分)占15 %;,学习方法,上课听讲 作业独立完成 课后复习,第一章 几何光学的基本定律与成像概念,一、基本概念,1. 光波 电磁波(横波),可见光波长:400nm760nm 40007600 0.4m0.76m 在可见光范围内,不同波长引起不同颜色感觉。 单色光 具有单一波长的光。 几种单色光混合而成为“复色光”。 真空中光速 c=3108m/s 介质中光速 v=c/n,n:一定波长的单色光在真空中的传播速度(c)与它在给定介质中传播速度(v)之比,定义为该介质对指定波长的光的绝对折射率(n)。,2. 光源 辐射光能的物体 点光源:用特定的几何点表示的发光体。 线光源 : 面光源:点光源 当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时,此光源可认
2、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限大。,3. 光线 无体积、无直径,有能量、有方向,能够传输能量的几何线。光线方向代表光能传播的方向。 4. 波面 某一时刻,振动位相相同的各点构成的面。波面可分为:平面波、球面波、任意曲面波。波面法线方向即为光传播方向。,光线,波面,光源,同心光束 波面为球面,聚于一点。,平行光束 波面为平面。,象散光束 波面为曲面,不聚于一点。,发散光束 光线在前进方向上无相交趋势。,会聚光束 光线在前进方向上有相交趋势。,5. 光束 与波面对应的法线集合。,二、基本定律1. 光的直线传播定律在同一种各向同性、均匀介质中,光沿直线传播。2. 光的独立传播定律从不同光源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。,3. 光的反射定律反射定律可归结为:入射光线、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相等,符号相反。即入射光线和反射光线位于法线的两侧。反射定律可表示为:,4. 光的折射定律,折射定律可归结为:入射光线、折射光线和投射点的法线三者在同一平面内,入射角的正弦与折射角正弦之比与入射角大小无关,而与
3、两介质性质有关。对一定波长的光线,在一定温度和压力的条件下,该比值为一常数,等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在介质折射率之比。 折射定律可表示为:,或:,若令 ,得 ,即为反射定律。这表明反射定律可以看作为折射定律的一种特例。这在几何光学中是有重要意义的一项推论 。,两种重要的光的传播现象:光路的可逆性及全反射,光路的可逆性:假定某一条光线,沿着一定的路线。由A传播到B,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,则此反向光线仍沿着此同一条路线,由B传播到A。光线传播的这种性质,叫做“光路可逆性”。,例:由反射定律和折射定律可知,当光线自B点或C点投射到分界面上O点时,反射光线或折射光线必沿OA方向射出。,全反射:当入射光的入射角I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“全反射”或“完全内反射”。 条件:光密 光疏(n n ), iiQ (零界角) n sin i=n sin i( i90 ) iQarcsin (n/n ),全反射应用:,使光线传播方向改变90,使光线传播方向改变180,使象的方位A、B倒转过来 ,但左右方位C、D不
4、变,使象的上下方位A、B和左右方位C、D都倒转过来,1,1)光程 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。 均匀介质 s=n l s=n l=c t m层均匀介质连续变化的非均匀介质,5. 费马原理(光程极值原理),2)费马原理:光线从A到B,经过任意多次折射或反射,其光程为极值。(对s的一次微分为零)可以解释光的直线传播、反射、折射定律。,6. 马吕斯定律(波面与光束、波面与光程的关系)垂直于波面的光线经过任意次折射、反射,出射波面 仍与出射光束垂直,且入射波面与出射波面对应点之间 光程相同。费马原理 马吕斯定律 光的直线传播定律光的反、折射定律,等价,等价,1. 光轴组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心在同一条直线上的光学系统称为共轴光学系统,该直线称为光轴。,2. 成像的有关概念由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚交在一点A,则A为物点, A为物点A通过光学系统所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。一个物点,总是发出同心光束,与球面波相对应;一个像点,理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交而成,称这种像点为完善像点。,第二节 成像的基本概念与完善成
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