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《幾何光學(xué)-像差-光學(xué)設(shè)計(jì)-理論總結(jié).doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、第一章幾何光學(xué)的基本定律?本章要點(diǎn)：1.發(fā)光點(diǎn)、波面、光線、光束2.光的直線傳播定律、光的獨(dú)立傳播定律、反射定律和折射定律及其矢量形式3.全反射及臨界角4.光程與極端光程定律（費(fèi)馬原理）5.光軸、頂點(diǎn)、共軸光學(xué)系統(tǒng)和非共軸光學(xué)系統(tǒng)6.實(shí)物（像）點(diǎn)、虛物（像）點(diǎn)、實(shí)物（像）空間、虛物（像）空間7.完善成像條件§1-1發(fā)光點(diǎn)、波面、光線、光束?發(fā)光點(diǎn)----本身發(fā)光或被照明的物點(diǎn)。既無大小又無體積但能輻射能量的幾何點(diǎn)。對于光學(xué)系統(tǒng)來說，把一個物體看成由許多物點(diǎn)組成，把這些物點(diǎn)都看成幾何點(diǎn)(發(fā)光點(diǎn))。把不論多大
2、的物體均看作許多幾何點(diǎn)組成。研究每一個幾何點(diǎn)的成像。進(jìn)而得到物體的成像規(guī)律。當(dāng)然這種點(diǎn)是不存在的，是簡化了的概念。一個實(shí)際的光源總有一定大小才能攜帶能量，但在計(jì)算時，一個光源按其大小與作用距離相比很小便可認(rèn)為是幾何點(diǎn)。今后如需回到光的本質(zhì)的討論將特別指出。波面---發(fā)光點(diǎn)在某一時刻發(fā)出的光形成波面如果周圍是各向同性均勻介質(zhì)，將形成以發(fā)光點(diǎn)為中心的球面波或平面波光線----波面的法線即幾何光學(xué)中所指的光線光束---波面法線族。發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的在各向同性的均勻介質(zhì)的光束為同心光束光束與波面的對應(yīng)關(guān)系：§1-2幾何
3、光學(xué)的基本定律---應(yīng)用光學(xué)的基礎(chǔ) 幾何光學(xué)將光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)傳播問題和物瞇成像問題歸結(jié)為光線的傳播問題。光線的傳播遵循以下基本定律。??光的直線傳播定律? 光在各向同性的均勻介質(zhì)中沿直線傳播。?(忽略衍射現(xiàn)象)??光的獨(dú)立傳播定律?！ ∫圆煌耐緩絺鞑サ墓馔瑫r在空間某點(diǎn)通過時，彼此互不影響，各路光好像其他光線不存在似地獨(dú)立傳播。而在各路光相遇處，其光強(qiáng)度是簡單地相加，總是增強(qiáng)的。(忽略干涉現(xiàn)象)光的干涉：??光的反射定律與光的折射定律? 當(dāng)光傳至二介質(zhì)的光滑分界面時遵循反射與折射定律。光的反射定律：①
4、入射光線、法線和反射光線在同一平面內(nèi)；②入射光線與反射光線在法線的兩側(cè)，且有：光的折射定律：?①折射光線與入射光線和法線在同一平面內(nèi)；②折射角與入射角的正弦之比與入射角的大小無關(guān)，僅由兩介質(zhì)的性質(zhì)決定，當(dāng)溫度、壓力和光線的波長一定時，其比值為一常數(shù)，等于前一介質(zhì)與后一介質(zhì)的折射率之比，即反射定律是折射定律當(dāng)n'=-n時的特殊情況??光線傳播的可逆性(由上圖中)·令CO為入射光線，則OA為反射光線（反射定律）·令BO為入射光線，則OA為折射光線（折射定律） 由此說明光的傳播是可逆的，即光路的可逆性?！ ∫?/p>
5、上定律解決了光在各向中同性均勻介質(zhì)中的傳播和在兩介質(zhì)分界面且改變方向的問題。因此可解決光經(jīng)任何界面后繼續(xù)傳播的方向，是光線經(jīng)整個光學(xué)系統(tǒng)傳播的基礎(chǔ)。§1-3全反射???當(dāng)光入射到光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的分界面時，不會發(fā)生全反射。?當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，逐漸增大入射角到某一值時，折射角達(dá)90度，使折射光線沿界面掠射而出。若入射角繼續(xù)增大，將會發(fā)生全反射。對應(yīng)于折射角為90度的入射角稱臨界角：全反射的應(yīng)用：等腰直角棱鏡：當(dāng)2U在某范圍內(nèi)時,斜面上發(fā)生全反射,則透明介質(zhì)界面上不需要鍍反射膜光導(dǎo)纖維n2>n1
6、,I>Im時全反射,用于傳像和傳光§1-4矢量形式的折射定律和反射定律??當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的界面在界面較復(fù)雜，或當(dāng)光線是三維空間中的空間光線時，應(yīng)用矢量形式匠折(反)射定律較為方便，并且反射定律是特殊形式的折射定律。兩矢量正向平行兩矢量反向平行并將長度為的折射光線矢量和長度為的入射光線矢量分別記為和，得????????????????或?????上式兩邊同與作標(biāo)積，得??當(dāng)時，矢量與正向平行，反之兩矢量為反向平行。?已知兩介質(zhì)折射率和光線的入射角求折射角時，于是得矢量形式的折射定律：在的情況下 矢量形式的反射定
7、律：§1-5費(fèi)馬原理?是幾何光學(xué)的最基本的定律，上述的幾個定律皆由此導(dǎo)出。介紹之前，首先介紹一個新的概念-----光程．光程-----光線在介質(zhì)中傳播的距離與該介質(zhì)折射率的乘積????????得? ????? 光程相當(dāng)于光在介質(zhì)中走過這段路程的時間內(nèi)，在真空中所走過的幾何路程。圖中A到B的光程??????? 當(dāng)光在非均勻介質(zhì)中傳播，所走的路徑不是直線，A到B的光程為 ??費(fèi)馬原理：(極端光程定律)? 光線從一個點(diǎn)傳播到另一個點(diǎn)是沿著光程為極值(極大、極小、常量)的途徑傳播的。?????
8、???????????????? 關(guān)于光傳播路徑的幾個定律均可由費(fèi)馬原理得到。A到B經(jīng)界面一次反射的最短路徑由可得對橢球面，光程為穩(wěn)定值對PMQ面，光程為極大值對SMP面，光程為極小值§1-6成像概念和完善成像條件 光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像，光學(xué)系統(tǒng)由一系列折（反）射表面組成，其中主要是折射球面，也可能有平面和非球面。①光軸——對于一個球面，光軸是通過球心的直線?對于一個透鏡，光軸為兩個球心的連線?②頂點(diǎn)——光軸與球面的交點(diǎn)?③
