第三章几何光学1.ppt

本课内容：§3－1光线的概念§3－2费马原理§3－3单心光束、实像和虚像§3－4光在平面界面上的反射和折射§3－1光线的概念（阅读和自学）§3－2费马原理 光沿光程为极值的路程传播表达式： 1）费马原理可直接推出光在均匀介质沿直线 传播的定律 2）费马原理可证明光的折射定律和反射定律 （阅读和自学）§3－3单心光束、实像和虚像n单心光束：具有单个顶点的光束n实 物：发散的入射光束的顶点（如P1、P1′、 P2′、P4′ ）n虚 物：会聚的入射光束的顶点（如P3′ ）n发光点：发出单心光束的顶点，分实物发光点 和虚物发光点P1P2′ P1′P4′P3′·····一、几个概念一、几个概念n像：发光点发出的光束，如果经过反射或折 射后依然具有单心性，形成的新顶点就是 此发光点的像n实 像：发光点的像是会聚光束中各光线实际 的会聚点（如P1′、 P3′、 P4′ ）n虚 像：发光点的像是发散光束各光线反向延 长线（虚光线）的会聚点（如P2′ ）.P1P2′ P1′P4′P3′·····§3－4光在平面界面上的反射和折射（（1）反射）反射n发光点在平面界面上所成的像为虚像，发光点与其所成像相对于界面是对称的。

n光在平面界面上的反射不破坏光束的单心性二、实物、实像和虚像的联系与区别（自学）二、实物、实像和虚像的联系与区别（自学）光在平面界面上的反射不破坏光束的单心性光在平面界面上的反射不破坏光束的单心性光在平面界面上的反射能做成理想的成像系统（像无形变）n2n1A2(x2，，0)B1B2OP1(0，，y1)yxi2i1i1+ΔΔi1i2+ΔΔi2P2(0，，y2)P(0，，y)A1(x1，，0)P′(x′,y′)（（2）折射）折射 子子 午午 像像 弧弧 矢矢 像像由附由附录3-1可得可得P1和和P2点的点的纵坐坐标分分别是是: P′点的坐标为：点的坐标为：OB1P(0, y)n2n1B2yxP′(x′, y′)P2P1i1如果将右图绕oy 轴转过一个小角度 ，则顶点为P 的三角形 PA1A2展成一个单心的发散光束 但折射光束的单心性遭到破坏：光束中的各光线相交于两条互相垂直的线段——弧矢像线和子午像线OB1P(0, y)n2n1B2yx子午像线子午像线P2P1i1A1A2弧矢像线弧矢像线n2n1A2(x2，，0)B1B2OP1(0，，y1)yxi2i1i1+ΔΔi1i2+ΔΔi2P2(0，，y2)P(0，，y)A1(x1，，0)P′(x′,y′) 子子 午午 像线像线 弧弧 矢矢 像线像线折射光束单心性已被破坏——折射发生像散现像（物点的像是两条线段）B1B2折射光束的单心性遭到破坏！折射光束的单心性遭到破坏！OB1Pn2n1B2yxP′P′P2P2n保持单心性的条件仅当P点发出的光束垂直于界面时 当当P点发出的光束点发出的光束垂直于界面垂直于界面时，矢像时，矢像线和子午像线合为一线和子午像线合为一点，折射光束为单心点，折射光束为单心光束，像散消失。

光束，像散消失OB1P(0, y)n2n1B2yxP′(x′, y′)y2y1i1当n1>n2 时，y´

当i1=ic时，i2=90º，所以n光学纤维光学纤维 为了使更大范围内的光束能在光学纤维中传播，光纤应选择折射率差值较大的材料n1n2在空气中，能在光纤中传播的光线的最大入射角（（4）棱镜）棱镜出射线和入射线之间的交角出射线和入射线之间的交角 称为偏向角称为偏向角顶角顶角A偏向偏向角角又因又因所以所以可以证明：当可以证明：当 时偏向角达最小值时偏向角达最小值最小偏向角：最小偏向角：又当：又当： 时，折射角为时，折射角为。