幾何光學(xué)的基本原理課件

第一章

幾何光學(xué)基礎(chǔ)第一章

幾何光學(xué)基礎(chǔ)11.1幾何光學(xué)基本規(guī)律1.2光程費(fèi)馬原理1.3棱鏡和最小偏向角全內(nèi)反射和光學(xué)纖維1.4同心光束和象散光束物和象1.5單球面上的傍軸成象內(nèi)容1.1幾何光學(xué)基本規(guī)律內(nèi)容2

1.6薄透鏡的成象規(guī)律*1.7理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面*1.8共軸球面系統(tǒng)組合的理論

1.9空氣中的厚透鏡薄透鏡組1.10一般理想光具組的作圖求像法和物像公式幾何光學(xué)的基本原理課件31.1幾何光學(xué)的基本原理1、光源：發(fā)光物體的統(tǒng)稱點(diǎn)光源擴(kuò)展光源面光源線光源分類一.光線與波面1.1幾何光學(xué)的基本原理1、光源：發(fā)光物體的統(tǒng)稱點(diǎn)光源擴(kuò)展42、光線：表示光波能量傳播方向3、波面：在各向同性媒質(zhì)中，能量傳播方向垂直于波面，即光線是波面的法線方向。平面波平行光球面波發(fā)散光球面波會(huì)聚光舉例：2、光線：表示光波能量傳播方向3、波面：在各向同性媒質(zhì)中，能5二.幾何光學(xué)的基本定律1.直線傳播定律均勻介質(zhì)中光沿直線傳播。非均勻介質(zhì)中，光以曲線傳播，向折射率增大方向彎曲2.反射和折射定律反射光和折射光在入射面內(nèi)3.光的獨(dú)立傳播定律和光路可逆原理光按照一定的規(guī)律傳播，若傳播方向逆轉(zhuǎn)，光路不變?！娜瞻赜吐飞系牡褂岸?幾何光學(xué)的基本定律1.直線傳播定律均勻介質(zhì)中光沿直線61.2光程費(fèi)馬原理dsAB均勻介質(zhì)L=nr=非均勻介質(zhì)dl=nds公式：=極值（最大、最小或穩(wěn)定值）光在指定的兩點(diǎn)間傳播，實(shí)際的光程總是一個(gè)極值。也就是說，光沿光程為最小值、最大值或恒定值的路程傳播。這就稱為費(fèi)馬原理。一.光程二.費(fèi)馬原理1.2光程費(fèi)馬原理dsAB均勻介質(zhì)L=nr非均勻介7三.應(yīng)用舉例由費(fèi)馬原理可以直接推出直線傳播定律以及反射和折射定律。AB最小值恒定值A(chǔ)

BCC′最小光程反射定律恒定值最大光程最大值三.應(yīng)用舉例由費(fèi)馬原理可以直接推出直線傳播定律以及反射和折8四.梯度折射率介質(zhì)中光線的彎曲n1n2n3n4梯度折射率：折射率隨不同位置連續(xù)變化分層均勻介質(zhì)n1>n2>n3>n4光線傳播呈折線折射率連續(xù)變化介質(zhì)

n增加

光線四.梯度折射率介質(zhì)中光線的彎曲n1n2n3n4梯度折射率91.3棱鏡和最小偏向角全內(nèi)反射和光學(xué)纖維一.棱鏡定義主截面棱鏡角折射面A三角棱鏡:主截面是三角形的棱鏡棱鏡的作用：1)使光路發(fā)生轉(zhuǎn)向。2)色散n=n()，形成光譜。1.3棱鏡和最小偏向角全內(nèi)反射和光學(xué)纖維一.棱鏡定義10對(duì)稱光路折射棱主截面棱鏡角出射光線和入射光線之間的夾角θ稱為偏向角。偏向角：當(dāng)時(shí)，偏向角最小，即為最小偏向角θ

0二.最小偏向角θAi1i1'i2i2'對(duì)稱光路折射棱出射光線和入射光線之間的夾角θ稱為偏向角。偏向11光譜：紅光偏折小藍(lán)光偏折大只有單一級(jí)光譜測(cè)出棱鏡的最小偏向角，就可求出棱鏡的折射率為什么?由此可見,形成光譜光譜：紅光偏折小測(cè)出棱鏡的最小偏向角，就可求出棱鏡的折射率為12當(dāng)棱鏡角很小時(shí)，可以得出：當(dāng)棱鏡角很小時(shí)，可以得出：13光密介質(zhì)n1光疏介質(zhì)n2n1>n2n1n2i1i2ici1ic∴定義：—臨界角入射光線從光密進(jìn)入光疏介質(zhì)，入射角增加到某一值，折射光線消失，光被全部反射，這種現(xiàn)象稱為全反射。三.全反射光密介質(zhì)n1光疏介質(zhì)n2n1>n2n1n2i1i214ii)光學(xué)纖維n1n2均勻材料：芯（光密介質(zhì)），皮（光疏介質(zhì)）n1>n2不均勻材料：光在此中傳播向折射率高的方向彎曲。中間折射率高，兩邊的低全反射向后反射不損失能量iii)全反射棱鏡i

ii)光學(xué)纖維n1n2均勻材料：芯（光密介質(zhì)），皮（光疏介151.4同心光束和像散光束物和像一.光學(xué)名詞光學(xué)系統(tǒng)2.共軸光具組共軸球面系統(tǒng)主軸：球心間的連線分界面是球面(包括平面),所有球面的球心在一條直線上。由不同材料做成不同形狀的反射面、折射面及有圓孔的遮光板（光闌）組成的系統(tǒng)稱為光學(xué)系統(tǒng)。非共軸球面系統(tǒng)1.4同心光束和像散光束物和像一.光學(xué)名詞光學(xué)163.單心光束多是經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后引起象散光束光束中的光線(包括延長(zhǎng)線)交于一點(diǎn)。光束中的光線(包括延長(zhǎng)線)不交于一點(diǎn)3.單心光束多是經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后引起象散光束光束中的光線(包17二、物和像的概念物——入射單心光束的心像——出射單心光束的心虛像—出射發(fā)散光束的心像｛實(shí)像—出射會(huì)聚光束的心物｛實(shí)物—入射發(fā)散光束的心虛物—入射會(huì)聚光束的心所謂的“入射”“出射”是對(duì)某一光學(xué)系統(tǒng)而言實(shí)物虛像實(shí)物實(shí)像虛物實(shí)像實(shí)物實(shí)像實(shí)物實(shí)像L1L2L3n1n2n3n4L1:L2:L3:L1L2:L1

L2L3:二、物和像的概念物——入射單心光束的心像——出射單心光束的心18三、物空間和像空間物和像的共軛性物空間：物所在的空間（實(shí)物、虛物）像空間：像所在的空間（實(shí)像、虛像）物理抽象概念*共軛關(guān)系由光路可逆原理，光線方向逆轉(zhuǎn)，物像互換。

物像共軛物像一一對(duì)應(yīng)物像互換（光線逆轉(zhuǎn)）光線共軛入射光線、出射光線一一對(duì)應(yīng)入射光線、出射光線互換（光線逆轉(zhuǎn)）*物像間所有光線光程相等三、物空間和像空間物和像的共軛性物空間：物所在的空19??一、符號(hào)法則1.幾個(gè)基本物理量主軸——通過球面球心的直線。頂點(diǎn)——主軸與球面的交點(diǎn)。主截面——通過主軸的平面。-pp'P’POn1n2y-y'╮-u╭u'1.5單球面上的傍軸成像??一、符號(hào)法則1.幾個(gè)基本物理量主軸——通過球面20(2)垂直于主軸的線段，主軸之上為正，主軸之下為負(fù)。以主軸轉(zhuǎn)向考慮的光線順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)｛(3)角度（以銳角量度）(4)全正圖形圖中標(biāo)記的是線段或角度的絕對(duì)值（如上)2.符號(hào)法則沿主軸的線段，以頂點(diǎn)為起點(diǎn)，向右為正，向左為負(fù)。新笛卡兒符號(hào)法則rl'-pp'P′POy-y'╮-u╭u'l╭

φA-i'-inn'(2)垂直于主軸的線段，主軸之上為正，主軸之下為負(fù)。以主軸21二、傍軸條件下單球面折射的物象公式在下圖中，當(dāng)u,u’很小時(shí)，稱為傍軸條件rl'-pp'P′POy-y'╮-u╭u'l╭

φA-i'-inn'二、傍軸條件下單球面折射的物象公式在下圖中，當(dāng)u,u’很小22三、光焦度和焦距——光焦度

1.光焦度單位:m-1屈光度Dn=1,n′=1.5,r=200mmΦ=2.5DΦ>0Φ<0正面會(huì)聚發(fā)散負(fù)面光焦度的大小表示折射面對(duì)入射光的屈折程度。舉例：三、光焦度和焦距——光焦度1.光焦度單位:m-1屈光度23象方焦點(diǎn)：軸上無窮遠(yuǎn)物對(duì)應(yīng)的象點(diǎn)F'。物方焦點(diǎn)：軸上無窮遠(yuǎn)的象點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物點(diǎn)F。焦距：頂點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離(象方焦距f',物方焦距f)， 它們遵守符號(hào)法則。注：光路逆轉(zhuǎn)，F(xiàn),F'變，符號(hào)法則不變。（1）且（2）根據(jù)焦距的定義，有反射鏡2.物方焦距和像方焦距象方焦點(diǎn)：軸上無窮遠(yuǎn)物對(duì)應(yīng)的象點(diǎn)F'。注：光路逆轉(zhuǎn)，24四、高斯公式和牛頓公式根據(jù)1.高斯公式2.牛頓公式焦物距x：物方焦點(diǎn)到物點(diǎn)的距離。焦象距x'：象方焦點(diǎn)到象點(diǎn)的距離。（3）得,四、高斯公式和牛頓公式根據(jù)1.高斯公式2.牛頓公式焦物距25p=x+f,p'=x'+f'代入高斯公式，得（4）公式（1）—（4）對(duì)應(yīng)于單折射面的公式。-pp'P′Pnn'????-ff'FF'x'-xp=x+f,p'=x'+f'代入高斯公式，得（4）公26五、球面折射的成像作圖法利用焦點(diǎn)性質(zhì)、物（象）方焦平面性質(zhì)FF’CPFF’CPFF’CP'P'P五、球面折射的成像作圖法利用焦點(diǎn)性質(zhì)、物（象）方焦平面性質(zhì)27f-f’-p’請(qǐng)?jiān)谙聢D標(biāo)出p,p′;f,f′;x,x′nn′PP’F’F-p-xx'f-f’-p’請(qǐng)?jiān)谙聢D標(biāo)出p,p′;f,f28六、傍軸物點(diǎn)成像的放大率亥姆霍茲-拉格朗日定理1.橫向放大率利用-p=-(f+x),p'=(f'+x')及牛頓公式，得β的討論：β>0,正立象β<0,倒立象|β|>1,放大|β|<1,縮小nn'-pp'P’P????-ff'FF'x'-xii’y-y’六、傍軸物點(diǎn)成像的放大率亥姆霍茲-拉格朗日定理292.角放大率3.亥姆霍茲-拉格朗日定理推廣——正弦定理（寬光束）又得：理想近軸成像p.27fig1-26βγ——常數(shù)2.角放大率3.亥姆霍茲-拉格朗日定理推廣——正弦定理（304.軸向放大率定義：dx——物點(diǎn)沿主軸的位移dx’——對(duì)應(yīng)像點(diǎn)沿主軸的位移由牛頓公式得：七、

單球面反射單球面折射的成像公式全適用，僅將-n代替n’4.軸向放大率定義：dx——物點(diǎn)沿主軸的位移由牛頓公式得：31高斯公式：橫向放大率：牛頓公式：反射高斯公式：橫向放大率：牛頓公式：反射321.6薄透鏡的成像規(guī)律凸透鏡——中間比邊緣厚的透鏡凹透鏡——中間比邊緣薄的透鏡一、薄透鏡物象公式·nd厚度d→0薄透鏡n·n1n2光心∵d→0∴p1’=p2遵守符號(hào)法則其中,1.6薄透鏡的成像規(guī)律凸透鏡——中間比邊緣厚的透鏡凹透鏡—33像方焦距：可以得到薄透鏡的高斯公式：二、薄透鏡的焦度和焦距焦度：物方焦距：像方焦距：可以得到薄透鏡的高斯公式：二、薄透鏡的焦度和焦距34實(shí)際上，透鏡一般放在空氣中成象，即n1=n2=1∴

這樣，高斯公式變?yōu)椋和ㄟ^計(jì)算，牛頓公式仍為：n為相對(duì)折射率。這三個(gè)公式通常適用于薄鏡。實(shí)際上，透鏡一般放在空氣中成象，∴這樣，高斯公式變?yōu)椋和ㄟ^351）這個(gè)公式適合其它介質(zhì)嗎?2）在何種情況下，雙凸透鏡是發(fā)散透鏡？3）物距相同，像距一樣嗎？成像與透鏡放置無關(guān)。思考：1）這個(gè)公式適合其它介質(zhì)嗎?2）在何種情況下，雙凸透鏡是發(fā)36三、薄透鏡的作圖法成象焦點(diǎn)性質(zhì)··FF'2.光心性質(zhì)O3.物（象）方焦平面性質(zhì)FF'注：（1）光線方向，箭頭不可少；（2）輔助線用虛線。三、薄透鏡的作圖法成象焦點(diǎn)性質(zhì)··FF'2.光心性質(zhì)O3.37舉例：物方焦點(diǎn)象方焦點(diǎn)作圖利用利用物方焦平面光心作圖?F'?F?P?P'F?P?P'圖1圖2舉例：物方焦點(diǎn)作圖利用利用物方焦平面光心作圖?F'?F?P?38求共軛光線ABF?F'F'FABA'B'ABA'B'A'B'利用物方焦平面光心作圖利用物方焦點(diǎn)象方焦平面作圖利用象方焦平面光心作圖求共軛光線ABF?F'F'FABA'B'ABA'B'A'B'39四、物像之間的等光程性物點(diǎn)和像點(diǎn)之間各光線的光程相等。F'F四、物像之間的等光程性物點(diǎn)和像點(diǎn)之間各光線的光程相等。F'40例1-3.p36已知薄透鏡問：（1）球面完全對(duì)稱，折射率n=1.5，求曲率半徑R；（2）n1=4/3,n2=1r2=R，求曲率半徑r1。解：（1）（2）例1-3.p36已知薄透鏡問：（1）球面完全對(duì)稱，折射率41例.1-4，p37r1=-20cmr2=-15cmn=1.5y=1cmp=-40cm1)L12)L2L1L2縮小正立虛像，虛像縮小倒立實(shí)像，實(shí)像解：例.1-4，p37r1=-20cmr2=-15cmn423）再對(duì)L1成像，光線逆向n=1.5n’=1放大正立像實(shí)像縮小倒立像實(shí)像在左方8cm處3）再對(duì)L1成像，光線逆向n=1.5n’=1放大正立像43一、基點(diǎn)和基面通過FF'與主軸垂直的平面。物方主點(diǎn)H象方主點(diǎn)H'{物方節(jié)點(diǎn)K象方節(jié)點(diǎn)K'{物方焦點(diǎn)F象方焦點(diǎn)F'{物方焦平面象方焦平面{物方主平面象方主平面{經(jīng)過K點(diǎn)的任意光線，其共軛光線經(jīng)過K'點(diǎn)，且方向不變。*1.7理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面γ=1β=1通過HH'與主軸垂直的平面。一、基點(diǎn)和基面通過F與主軸垂直的平面。物方主點(diǎn)H象方主點(diǎn)H44各種厚透鏡的主點(diǎn)位置H?H'?H?H'?成像公式高斯公式牛頓公式H?H'???H'H??H'??H'H各種厚透鏡的主點(diǎn)位置H?H'?H?H'?成像公式高斯公式牛頓45二、主點(diǎn)和主平面的性質(zhì)主平面——一對(duì)橫向放大率β=1的共軛平面主點(diǎn)——一對(duì)共軛點(diǎn)，物距=象距=0??PP'u'-u單折射球面以及薄透鏡的主點(diǎn)H,H’H,H’H,H’二、主點(diǎn)和主平面的性質(zhì)主平面——一對(duì)橫向放大率β=1的共軛平46三、節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：主軸上角放大率為1的一對(duì)共軛點(diǎn)。1.角放大率2.節(jié)點(diǎn)是主軸上角放大率為1的一對(duì)共軛點(diǎn)。理想近軸成像公式三、節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：主軸上角放大率為1的一對(duì)共軛點(diǎn)。1.角放大率47可以得到節(jié)點(diǎn)位置的公式為：H與KH'與K'重合H與KH'與K'不重合{同一介質(zhì)不同介質(zhì)可以得到節(jié)點(diǎn)位置的公式為：H與K重合H與K不重合{同一介質(zhì)不48*1.8

共軸球面系統(tǒng)的物像關(guān)系H'1H1??H'2H2??????F1F'1F2F'2△

d-f1f'1f'2-f2在復(fù)合光具組中n=1f'2=-f2td兩厚透鏡組成的復(fù)合光具組可看成厚透鏡兩折射面的推廣*1.8共軸球面系統(tǒng)的物像關(guān)系H'1H1??H'2H249復(fù)合光具組的基本公式：p′=H'2H'p=H1H通過復(fù)合光具組的基本公式復(fù)合光具組的基本公式：p′=H'2H'p=H1H通過復(fù)合光具50一、厚透鏡折射面O1：折射面O2：1.9空氣中厚透鏡薄透鏡組O1O2n1=1P?n-p1?p'2P’??F2F1′?F?F'n2=1△一、厚透鏡折射面O1：折射面O2：1.9空氣中厚透鏡51兩個(gè)面的焦距：厚透鏡的焦度:兩個(gè)面的焦距：厚透鏡的焦度:52二、薄透鏡組F2F1’當(dāng)d=0,即兩薄透鏡緊密接觸時(shí)：薄透鏡組的焦度類似厚透鏡的焦度公式:(兩薄透鏡之間的折射率為1)二、薄透鏡組F2F1’當(dāng)d=0,即兩薄透鏡緊密接觸時(shí)：薄透53三、無焦系統(tǒng)和惠更斯目鏡1.無焦系統(tǒng)此時(shí)：2.惠更斯目鏡L1L2FΔ=0F1',F2重合消色差三、無焦系統(tǒng)和惠更斯目鏡1.無焦系統(tǒng)此時(shí)：2.惠更斯目鏡54特點(diǎn)：（1）消色差性（2）只能接在物鏡后，使成象在明視距離，起放大作用（3）視場(chǎng)大特點(diǎn)：（1）消色差性（2）只能接在物鏡后，使成象在明視距離551.10一般理想光具組的作圖求像法和物像公式組成

{一對(duì)主平面兩個(gè)焦點(diǎn)、焦平面一對(duì)節(jié)點(diǎn)??H'H??FF'PQP'Q'例1例2H'H????PQFF'P'Q'1.10一般理想光具組的作圖求像法和物像公式組成{一對(duì)主平56例3設(shè)P、P'Σ、Σ'是一對(duì)β=1.5的共軛面，F(xiàn)、F'???P'?F?F'PHH’例2’??HH'??PQFF'P'Q'例3設(shè)P、P'Σ、Σ'是一對(duì)β=1.5的共軛面57例3′設(shè)P、P‘和Σ、Σ’是一對(duì)β=1.5共軛面，求F、F'???P'?F?F'P例4??P'?F?F'P?K'?KHH'ΣΣ'已知F、F‘,H、H’，K、K‘，求P'?例3′設(shè)P、P‘和Σ、Σ’是一對(duì)β=1.5共軛面581、某一透鏡置于空氣中，焦距為f‘,兩主點(diǎn)間距離為d，試求橫向放大率為-1的共軛點(diǎn)之間間隔。并畫圖表示之（分別畫出d>0和d<0的情況）2、已知=1.5的一對(duì)共軛面M、M’，和兩對(duì)共軛點(diǎn)Q、Q’，N、N’，由物點(diǎn)P求像點(diǎn)P’。MM’PQNQ’N’作業(yè)第一章結(jié)束了！1、某一透鏡置于空氣中，焦距為f‘,兩主點(diǎn)間距離為d，59第一章

幾何光學(xué)基礎(chǔ)第一章

幾何光學(xué)基礎(chǔ)601.1幾何光學(xué)基本規(guī)律1.2光程費(fèi)馬原理1.3棱鏡和最小偏向角全內(nèi)反射和光學(xué)纖維1.4同心光束和象散光束物和象1.5單球面上的傍軸成象內(nèi)容1.1幾何光學(xué)基本規(guī)律內(nèi)容61

1.6薄透鏡的成象規(guī)律*1.7理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面*1.8共軸球面系統(tǒng)組合的理論

1.9空氣中的厚透鏡薄透鏡組1.10一般理想光具組的作圖求像法和物像公式幾何光學(xué)的基本原理課件621.1幾何光學(xué)的基本原理1、光源：發(fā)光物體的統(tǒng)稱點(diǎn)光源擴(kuò)展光源面光源線光源分類一.光線與波面1.1幾何光學(xué)的基本原理1、光源：發(fā)光物體的統(tǒng)稱點(diǎn)光源擴(kuò)展632、光線：表示光波能量傳播方向3、波面：在各向同性媒質(zhì)中，能量傳播方向垂直于波面，即光線是波面的法線方向。平面波平行光球面波發(fā)散光球面波會(huì)聚光舉例：2、光線：表示光波能量傳播方向3、波面：在各向同性媒質(zhì)中，能64二.幾何光學(xué)的基本定律1.直線傳播定律均勻介質(zhì)中光沿直線傳播。非均勻介質(zhì)中，光以曲線傳播，向折射率增大方向彎曲2.反射和折射定律反射光和折射光在入射面內(nèi)3.光的獨(dú)立傳播定律和光路可逆原理光按照一定的規(guī)律傳播，若傳播方向逆轉(zhuǎn)，光路不變?！娜瞻赜吐飞系牡褂岸?幾何光學(xué)的基本定律1.直線傳播定律均勻介質(zhì)中光沿直線651.2光程費(fèi)馬原理dsAB均勻介質(zhì)L=nr=非均勻介質(zhì)dl=nds公式：=極值（最大、最小或穩(wěn)定值）光在指定的兩點(diǎn)間傳播，實(shí)際的光程總是一個(gè)極值。也就是說，光沿光程為最小值、最大值或恒定值的路程傳播。這就稱為費(fèi)馬原理。一.光程二.費(fèi)馬原理1.2光程費(fèi)馬原理dsAB均勻介質(zhì)L=nr非均勻介66三.應(yīng)用舉例由費(fèi)馬原理可以直接推出直線傳播定律以及反射和折射定律。AB最小值恒定值A(chǔ)

BCC′最小光程反射定律恒定值最大光程最大值三.應(yīng)用舉例由費(fèi)馬原理可以直接推出直線傳播定律以及反射和折67四.梯度折射率介質(zhì)中光線的彎曲n1n2n3n4梯度折射率：折射率隨不同位置連續(xù)變化分層均勻介質(zhì)n1>n2>n3>n4光線傳播呈折線折射率連續(xù)變化介質(zhì)

n增加

光線四.梯度折射率介質(zhì)中光線的彎曲n1n2n3n4梯度折射率681.3棱鏡和最小偏向角全內(nèi)反射和光學(xué)纖維一.棱鏡定義主截面棱鏡角折射面A三角棱鏡:主截面是三角形的棱鏡棱鏡的作用：1)使光路發(fā)生轉(zhuǎn)向。2)色散n=n()，形成光譜。1.3棱鏡和最小偏向角全內(nèi)反射和光學(xué)纖維一.棱鏡定義69對(duì)稱光路折射棱主截面棱鏡角出射光線和入射光線之間的夾角θ稱為偏向角。偏向角：當(dāng)時(shí)，偏向角最小，即為最小偏向角θ

0二.最小偏向角θAi1i1'i2i2'對(duì)稱光路折射棱出射光線和入射光線之間的夾角θ稱為偏向角。偏向70光譜：紅光偏折小藍(lán)光偏折大只有單一級(jí)光譜測(cè)出棱鏡的最小偏向角，就可求出棱鏡的折射率為什么?由此可見,形成光譜光譜：紅光偏折小測(cè)出棱鏡的最小偏向角，就可求出棱鏡的折射率為71當(dāng)棱鏡角很小時(shí)，可以得出：當(dāng)棱鏡角很小時(shí)，可以得出：72光密介質(zhì)n1光疏介質(zhì)n2n1>n2n1n2i1i2ici1ic∴定義：—臨界角入射光線從光密進(jìn)入光疏介質(zhì)，入射角增加到某一值，折射光線消失，光被全部反射，這種現(xiàn)象稱為全反射。三.全反射光密介質(zhì)n1光疏介質(zhì)n2n1>n2n1n2i1i273ii)光學(xué)纖維n1n2均勻材料：芯（光密介質(zhì)），皮（光疏介質(zhì)）n1>n2不均勻材料：光在此中傳播向折射率高的方向彎曲。中間折射率高，兩邊的低全反射向后反射不損失能量iii)全反射棱鏡i

ii)光學(xué)纖維n1n2均勻材料：芯（光密介質(zhì)），皮（光疏介741.4同心光束和像散光束物和像一.光學(xué)名詞光學(xué)系統(tǒng)2.共軸光具組共軸球面系統(tǒng)主軸：球心間的連線分界面是球面(包括平面),所有球面的球心在一條直線上。由不同材料做成不同形狀的反射面、折射面及有圓孔的遮光板（光闌）組成的系統(tǒng)稱為光學(xué)系統(tǒng)。非共軸球面系統(tǒng)1.4同心光束和像散光束物和像一.光學(xué)名詞光學(xué)753.單心光束多是經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后引起象散光束光束中的光線(包括延長(zhǎng)線)交于一點(diǎn)。光束中的光線(包括延長(zhǎng)線)不交于一點(diǎn)3.單心光束多是經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后引起象散光束光束中的光線(包76二、物和像的概念物——入射單心光束的心像——出射單心光束的心虛像—出射發(fā)散光束的心像｛實(shí)像—出射會(huì)聚光束的心物｛實(shí)物—入射發(fā)散光束的心虛物—入射會(huì)聚光束的心所謂的“入射”“出射”是對(duì)某一光學(xué)系統(tǒng)而言實(shí)物虛像實(shí)物實(shí)像虛物實(shí)像實(shí)物實(shí)像實(shí)物實(shí)像L1L2L3n1n2n3n4L1:L2:L3:L1L2:L1

L2L3:二、物和像的概念物——入射單心光束的心像——出射單心光束的心77三、物空間和像空間物和像的共軛性物空間：物所在的空間（實(shí)物、虛物）像空間：像所在的空間（實(shí)像、虛像）物理抽象概念*共軛關(guān)系由光路可逆原理，光線方向逆轉(zhuǎn)，物像互換。

物像共軛物像一一對(duì)應(yīng)物像互換（光線逆轉(zhuǎn)）光線共軛入射光線、出射光線一一對(duì)應(yīng)入射光線、出射光線互換（光線逆轉(zhuǎn)）*物像間所有光線光程相等三、物空間和像空間物和像的共軛性物空間：物所在的空78??一、符號(hào)法則1.幾個(gè)基本物理量主軸——通過球面球心的直線。頂點(diǎn)——主軸與球面的交點(diǎn)。主截面——通過主軸的平面。-pp'P’POn1n2y-y'╮-u╭u'1.5單球面上的傍軸成像??一、符號(hào)法則1.幾個(gè)基本物理量主軸——通過球面79(2)垂直于主軸的線段，主軸之上為正，主軸之下為負(fù)。以主軸轉(zhuǎn)向考慮的光線順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)｛(3)角度（以銳角量度）(4)全正圖形圖中標(biāo)記的是線段或角度的絕對(duì)值（如上)2.符號(hào)法則沿主軸的線段，以頂點(diǎn)為起點(diǎn)，向右為正，向左為負(fù)。新笛卡兒符號(hào)法則rl'-pp'P′POy-y'╮-u╭u'l╭

φA-i'-inn'(2)垂直于主軸的線段，主軸之上為正，主軸之下為負(fù)。以主軸80二、傍軸條件下單球面折射的物象公式在下圖中，當(dāng)u,u’很小時(shí)，稱為傍軸條件rl'-pp'P′POy-y'╮-u╭u'l╭

φA-i'-inn'二、傍軸條件下單球面折射的物象公式在下圖中，當(dāng)u,u’很小81三、光焦度和焦距——光焦度

1.光焦度單位:m-1屈光度Dn=1,n′=1.5,r=200mmΦ=2.5DΦ>0Φ<0正面會(huì)聚發(fā)散負(fù)面光焦度的大小表示折射面對(duì)入射光的屈折程度。舉例：三、光焦度和焦距——光焦度1.光焦度單位:m-1屈光度82象方焦點(diǎn)：軸上無窮遠(yuǎn)物對(duì)應(yīng)的象點(diǎn)F'。物方焦點(diǎn)：軸上無窮遠(yuǎn)的象點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物點(diǎn)F。焦距：頂點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離(象方焦距f',物方焦距f)， 它們遵守符號(hào)法則。注：光路逆轉(zhuǎn)，F(xiàn),F'變，符號(hào)法則不變。（1）且（2）根據(jù)焦距的定義，有反射鏡2.物方焦距和像方焦距象方焦點(diǎn)：軸上無窮遠(yuǎn)物對(duì)應(yīng)的象點(diǎn)F'。注：光路逆轉(zhuǎn)，83四、高斯公式和牛頓公式根據(jù)1.高斯公式2.牛頓公式焦物距x：物方焦點(diǎn)到物點(diǎn)的距離。焦象距x'：象方焦點(diǎn)到象點(diǎn)的距離。（3）得,四、高斯公式和牛頓公式根據(jù)1.高斯公式2.牛頓公式焦物距84p=x+f,p'=x'+f'代入高斯公式，得（4）公式（1）—（4）對(duì)應(yīng)于單折射面的公式。-pp'P′Pnn'????-ff'FF'x'-xp=x+f,p'=x'+f'代入高斯公式，得（4）公85五、球面折射的成像作圖法利用焦點(diǎn)性質(zhì)、物（象）方焦平面性質(zhì)FF’CPFF’CPFF’CP'P'P五、球面折射的成像作圖法利用焦點(diǎn)性質(zhì)、物（象）方焦平面性質(zhì)86f-f’-p’請(qǐng)?jiān)谙聢D標(biāo)出p,p′;f,f′;x,x′nn′PP’F’F-p-xx'f-f’-p’請(qǐng)?jiān)谙聢D標(biāo)出p,p′;f,f87六、傍軸物點(diǎn)成像的放大率亥姆霍茲-拉格朗日定理1.橫向放大率利用-p=-(f+x),p'=(f'+x')及牛頓公式，得β的討論：β>0,正立象β<0,倒立象|β|>1,放大|β|<1,縮小nn'-pp'P’P????-ff'FF'x'-xii’y-y’六、傍軸物點(diǎn)成像的放大率亥姆霍茲-拉格朗日定理882.角放大率3.亥姆霍茲-拉格朗日定理推廣——正弦定理（寬光束）又得：理想近軸成像p.27fig1-26βγ——常數(shù)2.角放大率3.亥姆霍茲-拉格朗日定理推廣——正弦定理（894.軸向放大率定義：dx——物點(diǎn)沿主軸的位移dx’——對(duì)應(yīng)像點(diǎn)沿主軸的位移由牛頓公式得：七、

單球面反射單球面折射的成像公式全適用，僅將-n代替n’4.軸向放大率定義：dx——物點(diǎn)沿主軸的位移由牛頓公式得：90高斯公式：橫向放大率：牛頓公式：反射高斯公式：橫向放大率：牛頓公式：反射911.6薄透鏡的成像規(guī)律凸透鏡——中間比邊緣厚的透鏡凹透鏡——中間比邊緣薄的透鏡一、薄透鏡物象公式·nd厚度d→0薄透鏡n·n1n2光心∵d→0∴p1’=p2遵守符號(hào)法則其中,1.6薄透鏡的成像規(guī)律凸透鏡——中間比邊緣厚的透鏡凹透鏡—92像方焦距：可以得到薄透鏡的高斯公式：二、薄透鏡的焦度和焦距焦度：物方焦距：像方焦距：可以得到薄透鏡的高斯公式：二、薄透鏡的焦度和焦距93實(shí)際上，透鏡一般放在空氣中成象，即n1=n2=1∴

這樣，高斯公式變?yōu)椋和ㄟ^計(jì)算，牛頓公式仍為：n為相對(duì)折射率。這三個(gè)公式通常適用于薄鏡。實(shí)際上，透鏡一般放在空氣中成象，∴這樣，高斯公式變?yōu)椋和ㄟ^941）這個(gè)公式適合其它介質(zhì)嗎?2）在何種情況下，雙凸透鏡是發(fā)散透鏡？3）物距相同，像距一樣嗎？成像與透鏡放置無關(guān)。思考：1）這個(gè)公式適合其它介質(zhì)嗎?2）在何種情況下，雙凸透鏡是發(fā)95三、薄透鏡的作圖法成象焦點(diǎn)性質(zhì)··FF'2.光心性質(zhì)O3.物（象）方焦平面性質(zhì)FF'注：（1）光線方向，箭頭不可少；（2）輔助線用虛線。三、薄透鏡的作圖法成象焦點(diǎn)性質(zhì)··FF'2.光心性質(zhì)O3.96舉例：物方焦點(diǎn)象方焦點(diǎn)作圖利用利用物方焦平面光心作圖?F'?F?P?P'F?P?P'圖1圖2舉例：物方焦點(diǎn)作圖利用利用物方焦平面光心作圖?F'?F?P?97求共軛光線ABF?F'F'FABA'B'ABA'B'A'B'利用物方焦平面光心作圖利用物方焦點(diǎn)象方焦平面作圖利用象方焦平面光心作圖求共軛光線ABF?F'F'FABA'B'ABA'B'A'B'98四、物像之間的等光程性物點(diǎn)和像點(diǎn)之間各光線的光程相等。F'F四、物像之間的等光程性物點(diǎn)和像點(diǎn)之間各光線的光程相等。F'99例1-3.p36已知薄透鏡問：（1）球面完全對(duì)稱，折射率n=1.5，求曲率半徑R；（2）n1=4/3,n2=1r2=R，求曲率半徑r1。解：（1）（2）例1-3.p36已知薄透鏡問：（1）球面完全對(duì)稱，折射率100例.1-4，p37r1=-20cmr2=-15cmn=1.5y=1cmp=-40cm1)L12)L2L1L2縮小正立虛像，虛像縮小倒立實(shí)像，實(shí)像解：例.1-4，p37r1=-20cmr2=-15cmn1013）再對(duì)L1成像，光線逆向n=1.5n’=1放大正立像實(shí)像縮小倒立像實(shí)像在左方8cm處3）再對(duì)L1成像，光線逆向n=1.5n’=1放大正立像102一、基點(diǎn)和基面通過FF'與主軸垂直的平面。物方主點(diǎn)H象方主點(diǎn)H'{物方節(jié)點(diǎn)K象方節(jié)點(diǎn)K'{物方焦點(diǎn)F象方焦點(diǎn)F'{物方焦平面象方焦平面{物方主平面象方主平面{經(jīng)過K點(diǎn)的任意光線，其共軛光線經(jīng)過K'點(diǎn)，且方向不變。*1.7理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面γ=1β=1通過HH'與主軸垂直的平面。一、基點(diǎn)和基面通過F與主軸垂直的平面。物方主點(diǎn)H象方主點(diǎn)H103各種厚透鏡的主點(diǎn)位置H?H'?H?H'?成像公式高斯公式牛頓公式H?H'???H'H??H'??H'H各種厚透鏡的主點(diǎn)位置H?H'?H?H'?成像公式高斯公式牛頓104二、主點(diǎn)和主平面的性質(zhì)主平面——一對(duì)橫向放大率β=1的共軛平面主點(diǎn)——一對(duì)共軛點(diǎn)，物距=象距=0??PP'u'-u單折射球面以及薄透鏡的主點(diǎn)H,H’H,H’H,H’二、主點(diǎn)和主平面的性質(zhì)主平面——一對(duì)橫向放大率β=1的共軛平105三、節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：主軸上角放大率為1