光學(xué)第一章-費(fèi)馬原理與變折射率光學(xué)-小結(jié)

第一章費(fèi)馬原理與變折射率光學(xué)第一章費(fèi)馬原理與變折射率光學(xué)一、惠更斯原理二、費(fèi)馬原理三、成像四、共軸球面光具組傍軸成像五、薄透鏡六、理想光具組理論七、矩陣光學(xué)八、光學(xué)儀器簡介九、像差十、光纖及變折射率光學(xué)惠更斯原理

光擾動同時(shí)到達(dá)的空間曲面稱為波面或波前，波前上的每一點(diǎn)都可以看成一個(gè)新的擾動中心，稱為子波源或次波源。

次波源向四周發(fā)出次波(secondarywavelet)。

下一時(shí)刻的波前是這些大量次波面的公切面，或稱為包絡(luò)面；

次波中心與其次波面上的那個(gè)切點(diǎn)的連線方向給出了該處光傳播方向。(t)(t+t)(t)(t+t)(t)(t+t)費(fèi)馬原理：光線沿光程為平穩(wěn)值的路徑而傳播。平穩(wěn)值的三種基本的含義：極小值常見情況，常數(shù)成像系統(tǒng)的物像關(guān)系極大值個(gè)別現(xiàn)象QP費(fèi)馬原理與成像——物象等光程性同心光束同心光束（幾何光學(xué)）球面波球面波等相位面-等光程（波動光學(xué)）費(fèi)馬原理與三個(gè)幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)定律使用焦距表示的物像距公式：物方焦距和像方焦距：正負(fù)號？

實(shí)像和虛像、

實(shí)物和虛物、

物方焦距和像方焦距設(shè)n=1,n’=1.5,則：=1/2r,f=2r,f’=3rQMQ’ChOnn’ss’u單球面成像定義橫向放大率：在傍軸條件下，近似為：其中：所以：反射球面的橫向放大率（傍軸）

P'Q'QPii''y-y'nn'ss'V與y無關(guān)，保證了物象共軛面內(nèi)幾何圖形的相似性共軸球面逐次成像s1s1's2s2's3s3'nn'n''n'''d12d23逐次成像:其中：實(shí)物、虛物實(shí)像、虛像F2L2L1AF1共軸理想光具組的基點(diǎn)和基面對于任何共軸的光具組，從單個(gè)折射面，單個(gè)透鏡，乃至多個(gè)透鏡構(gòu)成的復(fù)雜組合，無論其結(jié)構(gòu)簡單還是復(fù)雜，只要把它看成是理想光具組，物像之間的共軛關(guān)系完全由幾對特殊的點(diǎn)和面所決定，這就是共軸理想光具組的基點(diǎn)(cardinalpoint)和基面(cardinalplane)。FF’HH’NN’焦點(diǎn)？參考點(diǎn)（主點(diǎn)）？光“心”（節(jié)點(diǎn)）？理想光具組HH'FF'PQP'Q'xsRMM'R'ff'x's'y-y'N'NH'H-u'uH1H

1'H2H

2'理想光具組的聯(lián)合F1F'1F2F'2H'F'FH聯(lián)合光具組的焦距：聯(lián)合光具組的主面距H1和H2'的位置：d顯微鏡的視角放大率為：物鏡、目鏡的焦距越短，光學(xué)筒長()越長，顯微鏡的視角放大倍數(shù)越大。FoF'oFe-’顯微鏡阿貝正弦條件

在軸上已消除球差的前提下，傍軸物點(diǎn)能以大孔徑光束成像的充分必要條件。阿貝正弦條件可以不要求光線滿足傍軸條件。齊明點(diǎn)滿足阿貝正弦條件。油浸物鏡：Q調(diào)到齊明點(diǎn)，寬光束成像于共軛點(diǎn)Q1，彎月透鏡的前折射面的中心位于Q1,并使Q1成為后折射面的齊明點(diǎn)，則前面不折射，后面成像于Q2。像逐級放大，孔徑角逐級減小。QQ’Q’’(無焦)望遠(yuǎn)鏡LoLEFo'FE物鏡和目鏡的直徑之比越大，望遠(yuǎn)鏡的視角放大倍數(shù)越大。負(fù)號表示成倒立像-’-y1物體很遠(yuǎn)，近似平行光線結(jié)構(gòu)光路折射系統(tǒng)refractingtelescopes反射系統(tǒng)reflectingtelescopes折反射系統(tǒng)catadioptricsystem典型的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)見附錄reflecting(catoptric)andrefracting(dioptric)elements無焦系統(tǒng)afocalinfiniteconjugates折射系統(tǒng)物鏡目鏡fO’fE眼睛DODE分劃板物鏡目鏡fO’fE眼睛DODE開普勒望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡光束縮放準(zhǔn)直像面ss’f’y’y視場角物面一般，s’f’像面與焦面幾乎重合照相機(jī)整體調(diào)焦變焦光圈光孔大，光圈數(shù)小，景深小能量轉(zhuǎn)換質(zhì)量成像質(zhì)量濾波相鄰光圈數(shù)相差曝光量相差一級F=f/#＝f’／D光圈(系)數(shù)

F數(shù)

f/數(shù)f-number相對孔徑D／f’relativeaperture像照度∝(D／f’)2

例：F8,f/8固定透鏡組+變焦透鏡組照相機(jī)變焦鏡頭(ZoomLens)來自無窮遠(yuǎn)的平行光線焦平面焦距主面固定透鏡組變焦透鏡組變焦—機(jī)械補(bǔ)償系統(tǒng)變倍組補(bǔ)償組變倍組—線性運(yùn)動補(bǔ)償組—非線性運(yùn)動理想成像實(shí)際成像理想波面（點(diǎn)源球面波）實(shí)際波面非近軸光線（單色象差）幾何像差波像差非單色光（色差）初級像差（三級像差）

球面像差（球差），（軸上物點(diǎn)，大孔徑光束）

彗形像差（彗差），（傍軸物點(diǎn)，寬光束）像散，（遠(yuǎn)離光軸物點(diǎn)，光束傾斜度大）

像場彎曲（場曲），（傍軸物點(diǎn)和遠(yuǎn)離光軸物點(diǎn)）

畸變，（傍軸物點(diǎn)和遠(yuǎn)離光軸物點(diǎn)）像差校正：配曲法：r1/r2正負(fù)透鏡和凹面反射鏡組合球面像差(sphericalaberration)軸上物點(diǎn)發(fā)出的大孔徑光線不會聚于一點(diǎn)。階躍型光纖的基本原理光纖的數(shù)值孔徑（NumericalAperture）