應(yīng)光12級-ch1

1、三大基礎(chǔ)光學(xué)：應(yīng)用光學(xué)應(yīng)用光學(xué)物理光學(xué)物理光學(xué)信息光學(xué)信息光學(xué)波動光學(xué)波動光學(xué)幾何光學(xué)幾何光學(xué)(光線光線)(光波光波)(光子光子)傅里葉光學(xué)傅里葉光學(xué)常見的幾何光學(xué)儀器l照相機l望遠鏡l顯微鏡l潛望鏡l攝像儀l投影儀?（李林 ）教師：郜洪云單位：物理系光電教研室電話： 050123參考教材：1.李林. 應(yīng)用光學(xué)(第四版). 北京:北京理工大學(xué)出版社,2002(Applied Optics. Beijing Institute of Technology Press, 2005)2.郁道銀,談恒英.工程光學(xué)(第3版) .北京:機械工業(yè)出版社,20113.張以謨.應(yīng)用光學(xué).北京:機械工業(yè)出版社,1

2、982 4.袁旭滄.應(yīng)用光學(xué).北京:國防工業(yè)出版社,1988 第一章 幾何光學(xué)基本原理(2學(xué)時)第二章 共軸球面系統(tǒng)的物象關(guān)系(10學(xué)時) 第三章 眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)(4學(xué)時) 第四章 平面鏡棱鏡系統(tǒng)(6+2學(xué)時) 第五章 光學(xué)系統(tǒng)中成像系統(tǒng)的選擇(6學(xué)時) 第六章 輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)(2學(xué)時)第八章 光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量評價(6學(xué)時) 第九章 望遠鏡和顯微鏡(1+1學(xué)時) 1-1 1-1 光波和光線光波和光線1.1 對光的本性的理解（光具有波粒二象性）（知道） 除了光和物質(zhì)作用的情況下必須考慮光的粒子性而外，可以把光作為電磁波，稱為“光波”光波粒子性（光子）舉例？舉例？1.2 電磁波波譜的了解

3、（尤其是可見光的波長范圍）可見光：400760nm(380780nm）單色光：同一波長的光，具有相同的顏色，稱“單色光”復(fù)色光：由不同波長的光波混合而成的光稱為“復(fù)色光”注意：F光、D光、C光？其波長？電磁波波譜（了解）注意：白光是一種復(fù)色光。圖1-2是可見光對應(yīng)的波長范圍。黃綠光人眼最敏感，省力，不疲勞1.3 頻率、光速和波長之間的關(guān)系（掌握） 1)關(guān)系式： c=31010cm/s(所有電磁波都相同） 2)在透明介質(zhì)中傳播，波長和光速同時改變，但 頻率不變c1.4 1.4 光線的概念光線的概念( (理解理解) )1)波面：某一瞬間波動傳播所到達的曲面（或振動相位相同波面：某一瞬間波動傳播所到

4、達的曲面（或振動相位相同的點某一瞬間構(gòu)成的曲面）稱為波的點某一瞬間構(gòu)成的曲面）稱為波陣陣面面(圖圖3） 2)幾何光學(xué)中，光看作幾何光學(xué)中，光看作 “能夠傳遞能量的幾何線能夠傳遞能量的幾何線”（圖（圖4） 3)光線是波面的法線，波面是光線的垂直曲面光線是波面的法線，波面是光線的垂直曲面(圖圖5)波前1.5 應(yīng)用光學(xué)研究的內(nèi)容(了解) 1)按照幾何光學(xué)的原理來研究光的各種傳播現(xiàn)象，并用這 些規(guī)律(直線傳播定律、反射定律和折射定律)和現(xiàn)象來設(shè)計和制造光學(xué)儀器。 2)根據(jù)波面和光線的對應(yīng)關(guān)系，把光看作波動的物理光學(xué)方法進行研究。比如，研究光學(xué)系統(tǒng)的一些像差。 1.在均勻透明介質(zhì)中直線傳播定律（如空氣、

5、水） 2.在兩種均勻介質(zhì)分界面上反射定律和折射定律 1)反射定律：1.反射光線位于入射面內(nèi)； 2.反射角=入射角 2)折射定律： 1.折射光線位于入射面內(nèi)； 2.入射角和折射角的正弦之比，是個常數(shù)2211122, 121sinsinsinsinInInnnnII1-2 1-2 幾何光學(xué)幾何光學(xué)基本定律基本定律( (重點重點) )11RI 1.折射率和光速的關(guān)系(如圖1-8) 設(shè)光在兩介質(zhì)內(nèi)的傳播速度分別為 ，由圖可得：21vv，1-3 1-3 折射率和光速折射率和光速( (了解了解) )122 , 121212121sinsinsinsinnnnvvIIQOOOIQOQQItvOOtvQQ；結(jié)

6、論：證明了折射定律的成立2211vcn;vcn2112vvnn2, 12121v vsinIsinnIand nnsinIsin122, 121 nInamely2211sinnIsin nI1.相對折射率：一種介質(zhì)對于另一種介質(zhì)的折射率2.絕對折射率：介質(zhì)對真空的折射率，真空的折射率為1，如下：2.折射率的定義21,2112121121,2221sinsinnnnccnnvvIvnnIvn 相對折射率：絕對折射率：；由：1-4 光路可逆和全反射(掌握)1.光路可逆：幾何光學(xué)中光路永遠可逆（研究任何系統(tǒng)都可以反過來研究，入射端出射端2.全反射(重點)（圖1-11)： 1)定義:當(dāng)入射角大于臨界

7、角I0，折射光線全部反射，稱全反射 2)產(chǎn)生條件：只有當(dāng)光線由折射率高的介質(zhì)射向折射率低的 介質(zhì)時，才有可能產(chǎn)生全反射（思考）1202201nsin90sinsinnnInnI 3)3)應(yīng)用：應(yīng)用：反射棱鏡，阿貝折光儀，光纖中光線傳輸反射棱鏡，阿貝折光儀，光纖中光線傳輸 （多數(shù)情況下是為了盡量減少光能量的損失）（多數(shù)情況下是為了盡量減少光能量的損失）0iannn0 i02iSBAfiber阿貝折光儀（重點）（1）aacc0IABABnnI 0sin臨界角：1.光學(xué)系統(tǒng)的概念，種類1)概念：圖1-15。光學(xué)零件的組合成為光學(xué)系統(tǒng)。包括：透鏡，反射鏡，棱鏡。1-6 光學(xué)系統(tǒng)的類別和成像的概念(了解

8、)圖圖1-16為軍用望遠鏡，包括目鏡和物鏡為軍用望遠鏡，包括目鏡和物鏡。2)種類：a.共軸系統(tǒng)(絕大部分透鏡系統(tǒng)都有一條對稱軸)和非共軸系統(tǒng)。系統(tǒng)的對稱軸稱為光軸。b.球面系統(tǒng)和非球面系統(tǒng)。非球面要求的精度、工藝和價格高共軸系統(tǒng)：若光學(xué)系統(tǒng)中各個光學(xué)元件表面的曲率中心在一條直線上，則該光學(xué)系統(tǒng)稱為共軸系統(tǒng)。光軸：各個光學(xué)元件表面的曲率中心的連線。注：本書主要研究的是共軸球面、平面鏡和透鏡系統(tǒng)2.透鏡的種類和成像特點 1)種類：匯聚透鏡(正透鏡：中心厚邊緣薄)和發(fā)散透鏡(負透 鏡：中心薄邊緣厚)。圖1-17 2)匯聚透鏡的成像：圖1-18 3)發(fā)散透鏡的成像：圖1-19，圖1-204)物空間和像

9、空間的概念（難點）：簡單 物空間：物所在的空間 像空間：像所在的空間注：實物空間，虛物空間，實像空間，虛像空間實物(像)：實際光線相交匯聚所形成的物(像)虛物(像)：光學(xué)的反向延長線相交所形成的物(像)5)空間折射率的計算物空間折射率：實際入射光線所在的空間的折射率像空間折射率：實際出射光線所在的空間的折射率6)物、像之間的對應(yīng)關(guān)系叫做共軛知識點：1.理想像點與理想像 若一個物點對應(yīng)的一束同心光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后仍為同心光 束，該光束的中心即為像點的理想像點。 理想像是理想像點的集合。2.成理想像的條件 前提：光學(xué)系統(tǒng)處于均勻透明介質(zhì)中。 理想成像條件有以下4種表述：1)符合點對點的像，并滿足直

10、線成像為直線，平面成像為平面2)入射波面是球面波，出射波面也是球面波3)入射光是同心光束，出射光也是同心光束1-7 理想(完善）像和理想光學(xué)系統(tǒng)(了解)4)物點和像點之間，任意兩條光路的光程相等，如下圖：AA4B1B2B3B4E1E2E3E4n1n2n3n4=n14414333212121144143332121211AEnEEnEEnEEnAEnABnBBnBBnBBnABn1.電磁波譜2.頻率不變性3.光線的概念4.幾何光學(xué)的基本定律5.折射率和光速6.光路可逆7.全反射及其應(yīng)用8.基本定律的向量形式9.光學(xué)系統(tǒng)的分類10.透鏡的種類和成像的特點11.物像空間的概念12.物像空間折射率的選

11、取13.理想像和理想光學(xué)系統(tǒng)1、已知真空中的光速c3 108m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大樹膠（n=1.526）、金剛石（n=2.417）等介質(zhì)中的光速。2、一厚度為200mm的平行平板玻璃（設(shè)n=1.5），下面放一直徑為1mm的金屬片。若在玻璃板上蓋一圓形紙片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到該金屬片，問紙片最小直徑應(yīng)為多少？（答案） 3、光纖芯的折射率為n1、包層的折射率為n2,光纖所在介質(zhì)的折射率為n0，求光纖的數(shù)值孔徑（即n0sinI1,其中I1為光在光纖內(nèi)能以全反射方式傳播時在入射端面的最大入射角）。 （答案） 答案：1.解： ，v=2.25 ,1.99 ,1.82,1.97 ,1.24(108m/s) 2.解：則根據(jù)全反射原理,有: (1) 根據(jù)三角幾何關(guān)系 ，有： (2) 聯(lián)立(1)(2),