幾何光學(xué)知識課件

幾何光學(xué)知識主講人：張敏

光是什么？“光的微粒說”“光的波動說”

“光的微粒說”

由物理學(xué)家牛頓創(chuàng)立光的直線傳播定律愛因斯坦的光電實驗建立了幾何光學(xué)+R–PN硅光電池小孔物像光光的波動說由惠更斯首次提出托馬斯.楊和菲涅爾：光的干涉與衍射麥克思韋和赫茲證實了光是一種電磁波產(chǎn)生了物理光學(xué)（也稱波動光學(xué)）

光的本性光是一種電磁波，且具有波粒二象性。在量子力學(xué)和量子電動力學(xué)中，才使光的“波動說”和“微粒說”兩者辨證地統(tǒng)一起來。第一單元基本概念一、光的基本性質(zhì)（一）發(fā)光體與發(fā)光點：所有本身能發(fā)光的物體。

當一個發(fā)光體的直徑大大小于其光線直接傳播的距離時，該發(fā)光體就可近似認為一個發(fā)光點，如天上的星星。（二）光波和光速可見光范圍：380~760NM圖1–2

N=C/

=/M

式中，和M分別是光經(jīng)該介質(zhì)時的波速和波長。此式表明： 紅光（C）：

C

C

NC

藍光（F）：

F

F

N

F

即

NC

N

F

N

值的大小表示了光學(xué)介質(zhì)折光能力的強弱。介質(zhì)折射率：（三）光線與光束：光線——即為無直徑、無體積而有一定方向的 幾何直線，代表光能傳播的方向。

光束——即為有一定關(guān)系的無數(shù)條光線的集合。

會聚光束

同心光束 發(fā)散光束光束 平行光束

非同心光束 像散光束同心光束發(fā)散光束會聚光束平行光束二、幾何光學(xué)的四個基本定律光的直線傳播定律光的獨立傳播定律光的反射定律和折射定律光路可逆原理1、光的直線傳播定律：在各向同性的均勻介質(zhì)中，光是沿著直線傳播的。日常例子：如影子的形成，日蝕和月蝕等實驗證明：小孔成像實驗問題思考：在不均勻介質(zhì)中，光的傳播途徑如何變化？2、光的獨立傳播定律：當各條不同的光線以不同的方向通過某點時，彼此互不影響，通過相交處后，仍各自獨立的傳播，但在相交處光能量相疊加。日常例子：如兩手電筒光束相交；舞臺上多種 燈光相交等實驗證明：兩條激光束相交實驗3、光的反射定律和折射定律

入射光線 法線 反射光線I -I"I'折射光線nn'光的反射定律： I=-I"光的折射定律：

SINI/SINI'=N'/N

或 NSINI=N'SINI'

折射定律的推論： 若設(shè)N'=N，則有I=-I'，即反射定律是折射定律在N'=N時的特例。因此，凡是由折射定律導(dǎo)出的公式，只要代入N'=N，便可應(yīng)用于反射情況。

4、光路可逆原理：任何一條光路都是可逆的。

A N B P Q O C N'三、符合規(guī)則入射光線方向

+

－

－順時針逆時針++

－符合規(guī)則卡笛生系統(tǒng)，假定所有光線從左向右進行。1、所有光線自透鏡向左衡量為負，向右度量為正。物體在透鏡的左側(cè)，物距是從透鏡量度到物體，所以物距為負值。2、所有光線自光軸向下度量為負，向上度量為正。3、所有角度自光線轉(zhuǎn)向光軸度量，順時針為負，逆時針為正。4、透鏡的半徑符號？符合規(guī)則

第二單元透鏡及成像一、透鏡

1、凸透鏡和凹透鏡透鏡：由兩個折射面構(gòu)成的透明介質(zhì)。凸透鏡：凹透鏡：2、透鏡種類：雙凸 平凸 正彎月 等厚3、成像類型：4、透鏡屈光度單位：

（1）屈光度透鏡屈光力大小的單位為屈光度（DIOPTER，D）。D＝1/F

F為焦距，（單位為米）。

（2）屈光度表示法A:1/4系統(tǒng)：以1/4D為間距，保留兩位小數(shù)±0.25D±0.50D±1.00DB:1/8系統(tǒng)：以1/8D為間距，保留兩位小數(shù)±0.12D±0.25D±0.37D±0.50注意：當±0.12D、±0.37D±0.62D等相加時應(yīng)將尾數(shù)舍去的0.005計算在內(nèi)，如：0.12+0.12＝0.25

二、透鏡成像 當透鏡的兩個折射面為同軸球面，且透鏡的厚度可視為零（薄透鏡），置于空氣中時，有：

1/像距－1/物距＝1/焦距凸透鏡成像AfIA'F'I'

透鏡成像“像距”：為像點至透鏡的距離；I′“物距”：為物點至透鏡的距離；I“焦距”：為焦點至透鏡的距離；F

例

物距和像距均為60CM，求該透鏡的焦距？解：1/像距－1/物距＝1/焦距物距為-60CM，像距為+60CMF=30CM第三單元三棱鏡（一）

棱鏡和棱鏡效果

棱鏡：兩個平面相交形成的三角形透明柱1、棱鏡的分類

一次反射

簡單棱鏡 二次反射 反射棱鏡 三次反射 屋脊棱鏡

棱鏡 復(fù)合棱鏡 三棱鏡（等邊棱鏡） 折射棱鏡

薄棱鏡（光楔）折射棱鏡

由兩個互不平行的折射平面所圍成的光學(xué)零件，稱為折射棱鏡。

2、名詞解釋棱頂（尖）頂角、頂線底、底頂線主切面ACBB’A’C’（二）棱鏡的光學(xué)特征與效果光線往棱鏡底的方向偏折像往棱鏡尖的方向移動光線的聚散度不變BB’二、棱鏡的單位

（1）偏向角以偏向的角度表示棱鏡的偏向力記錄：8°d（2）棱鏡度（PRISMDIOPTER）

PRENTICE提倡1△

：光線在100單位距離處，偏移1個單位的距離。P△=100TAN(D)1△=0.5729°

D=TAN–1(0.01P)100△=45°

棱鏡度（PRISMDIOPTER)1△：光線在100cm處，偏移1cm。1△1cm100cm（3）厘弧度（CENTRAD）以一弧度的1/100表示偏向角的大小用R▽表示1弧度＝180/Π＝57.296°1厘弧度R▽＝0.57296°R▽＝1.745D厘弧度（CENTRAD)

1▽：弧長為1/100R。1▽1/100rr

棱鏡底的主方向標記BIBOBUBD老式英國標記新式英國標記棱鏡的標記

老式英國標記法120上604530R外下60453013515O120135150右眼