應(yīng)用光學(xué)第三章課件

第三章MirrorsandPrisms1§3.1平面鏡一平面鏡成像的球面反射鏡表明物像位于異側(cè)成正像

結(jié)論：①成完善像，唯一能成完善像的光學(xué)元件②正立、大小相等、虛實(shí)相反的像，像和物對(duì)稱于平面鏡③右手坐標(biāo)系變成左手坐標(biāo)系，反演，成鏡像④奇次反射成鏡像偶次反射成一致像

平面反射鏡系統(tǒng)與共軸球面系統(tǒng)組合后，可以改變共軸球面系統(tǒng)的方向，但不影響象的清晰度，不改變象的大小和形狀2二平面鏡的旋轉(zhuǎn)特性若入射光線不動(dòng)，平面鏡偏轉(zhuǎn)α角，則反射光線轉(zhuǎn)過(guò)2α角(因?yàn)槿肷浣桥c反射角同時(shí)變化了α角該性質(zhì)可用于測(cè)量物體的微小轉(zhuǎn)角或位移3三雙面鏡1.對(duì)于夾角為α的雙平面鏡系統(tǒng)：α=0時(shí)，像有無(wú)數(shù)個(gè)α=π時(shí)，單平面鏡，像有一個(gè)α為任意角時(shí)成像若干個(gè)2.研究經(jīng)兩個(gè)反射面各成像一次的情況兩次反射像也是右手坐標(biāo)系，是與原物一致的像物的位置一定，則像與物的夾角只與雙平面鏡的夾角有關(guān)當(dāng)雙平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，二次反射像是不會(huì)動(dòng)的53.入射光線與出射光線的夾角當(dāng)兩面鏡夾角為α?xí)r，出射光線和入射光線的夾角為2α當(dāng)兩平面鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，出射光線與入射光線的夾角不變，只是光線位置發(fā)生了平移（入射光線方向不變）若兩平面鏡相對(duì)移動(dòng)α角，出射光線方向改變2α。所以在運(yùn)輸過(guò)程中可能造成夾角變化，故往往將二者做成相對(duì)不變化，這就是以后要講的反射棱鏡應(yīng)用：轉(zhuǎn)折光路五角棱鏡兩反射面的夾角一定則出射光線穩(wěn)定

6§3.2平行平板由兩個(gè)相互平行的折射平面組成的光學(xué)零件，在光學(xué)儀器中應(yīng)用較多。如分劃板、顯微鏡載物臺(tái)上的載波片和蓋玻片、濾光片和濾色片、補(bǔ)償平板及保護(hù)玻璃片等。反射棱鏡也展開成平板，因此研究平行平板的成像具有重要意義7討論：1.ΔL’是I1的函數(shù)，成像不完善只有近軸光線I1很小，才滿足理想成像像可以認(rèn)為是由物體移動(dòng)一個(gè)軸向位移得到2.平行平板所成的像與原物的大小一樣光學(xué)系統(tǒng)中加入平行平板后不影響光學(xué)系統(tǒng)的特性，只是使像平面后移一段距離Δl’93.等效空氣平板

在光路計(jì)算時(shí)，可將平行玻璃板簡(jiǎn)化為一個(gè)等效空氣平板只需計(jì)算出無(wú)平行玻璃板的像方位置，然后再沿光軸移動(dòng)一個(gè)軸向位移Δl’10§3.3反射棱鏡一定義反射棱鏡：有一個(gè)或多個(gè)平面反射表面磨制在同一塊玻璃上形成的光學(xué)元件用途：改變光軸方向，使像倒轉(zhuǎn)工作面：反射或折射表面棱：工作面之間的交線主截面：與各個(gè)棱垂直的截面反射鏡11二分類一次反射棱鏡二次反射棱鏡三次反射棱鏡棱鏡組合系統(tǒng)13等腰直角棱鏡，相當(dāng)于一個(gè)平面鏡。一次反射成鏡像，光軸轉(zhuǎn)90度一次反射棱鏡O’Z’沿光軸方向垂直于主截面的坐標(biāo)不改變方向在主截面內(nèi)的坐標(biāo)改變方向14對(duì)物成鏡像，光軸方向不變，當(dāng)棱鏡繞光軸轉(zhuǎn)α?xí)r，像轉(zhuǎn)2α

達(dá)夫棱鏡：光軸與斜面平行的直角棱鏡15三次反射棱鏡----施密特棱鏡

光軸轉(zhuǎn)90度光軸轉(zhuǎn)180度光軸轉(zhuǎn)60度光軸平移光軸轉(zhuǎn)45度成鏡像，光軸轉(zhuǎn)45度，大大縮小筒長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊二次反射棱鏡----相當(dāng)于雙平面鏡系統(tǒng)

17屋脊棱鏡當(dāng)反射次數(shù)為奇數(shù)時(shí)成鏡像，為獲得一致像，又不再增加反射面，就用兩個(gè)相互垂直的反射面代替其中一個(gè)反射面，稱為屋脊面，其交線平行于原反射面，且在主截面上它的作用是使與屋脊垂直的坐標(biāo)單獨(dú)改變一次方向，相當(dāng)于增加一次反射18三棱鏡的成像方向判斷基本依據(jù)：反射定律對(duì)具有單一主截面的系統(tǒng)設(shè)物的坐標(biāo)為oxyz,為右手坐標(biāo)系，oz光軸方向，ox在主截面內(nèi)的方向，oy垂直于主截面的方向①o’z’光軸方向按反射定律定出②垂直于主截面的o’y’視屋脊面?zhèn)€數(shù)而定，沒(méi)有或偶數(shù)個(gè)，則同向，奇數(shù)個(gè)，方向③主截面內(nèi)o’x’視反射系統(tǒng)的反射次數(shù)而定，奇數(shù)次反射成鏡像，偶數(shù)次反射物象一致。具體定時(shí)，先將光軸方向定出，然后按是鏡像還是相似像按左右手定出19波羅組合棱鏡，使實(shí)像倒轉(zhuǎn)為正像目鏡物鏡望遠(yuǎn)鏡21四反射棱鏡的等效作用與展開把反射棱鏡按其對(duì)入射光線反射的順序，以反射面為對(duì)稱面，一次畫出棱鏡的展開圖，直到光線射出棱鏡的最后一個(gè)表面為止2223棱鏡外形尺寸計(jì)算確定入射面通光孔徑D，則L定，也即等效玻璃板厚度平面鏡棱鏡系統(tǒng)和共軸球面系統(tǒng)的組合如果系統(tǒng)中有棱鏡，則相當(dāng)于除了平面鏡外，在系統(tǒng)中另外加入了一塊平行玻璃板必須考慮平行玻璃板產(chǎn)生的像面位移各透鏡組之間的間隔應(yīng)等于共軸球面系統(tǒng)的原有間隔加上棱鏡所引起的像平面位移25單反究竟是什么呢？

單鏡頭反光照相機(jī)，SLR（Single

Lens

Reflex）攝影者可以從取景器中直接觀察到通過(guò)鏡頭的影像可以準(zhǔn)確地看見膠片即將“看見”的相同影像26二最大頂角αmax當(dāng)?shù)谝徽凵浔砻嫒肷浣荌1小到某一數(shù)值時(shí)，光線在第二表面的入射角可能大于臨界角而發(fā)生全反射，在第二表面上無(wú)出射光線，光線反射到第三表面上去了只有入射角大于Imin的光線才能通過(guò)棱鏡折射當(dāng)入射光線和出射光線都分別同兩個(gè)折射面平行時(shí)，對(duì)應(yīng)著棱鏡的最大頂角所以，當(dāng)時(shí)，將沒(méi)有光通過(guò)棱鏡29三最小偏向角δ只是I1的函數(shù)，并且存在一最小值，即最小偏向角δm即在δm的情況下，光線的路徑是對(duì)稱的αI1-I2I1′-I2′δnI1=-I2或I1=-I230應(yīng)用通過(guò)測(cè)量δm來(lái)計(jì)算材料的折射率n將被測(cè)玻璃作成棱鏡，頂角取60左右，然后用測(cè)角儀測(cè)出角的精確值。當(dāng)測(cè)得最小偏向角后，即可用上式求得被測(cè)棱鏡的折射率δm在各種分光計(jì)和單色儀中都有廣泛應(yīng)用討論：①折射角α很小很小，α→0，棱鏡→平板，δ=0②α很小，為光楔31四光楔①I1有一定大小當(dāng)光線垂直或近于垂直射入光楔時(shí)，其所產(chǎn)生的偏向角僅和n、α有關(guān)光楔的最小偏向角②I1很小32③光楔的組合光學(xué)儀器中，常利用兩個(gè)光楔的組合，使它們分別繞一公共軸心旋轉(zhuǎn)，用以產(chǎn)生不同的偏向角，構(gòu)成“可變折光本領(lǐng)”棱鏡。合成折光本領(lǐng)為：β為兩個(gè)光楔之間的夾角當(dāng)δ1＝δ2＝δ0時(shí)，光楔是光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)光線小角度偏折的元件，通常一對(duì)光楔配對(duì)使用，分別旋轉(zhuǎn)兩個(gè)光楔，可以使出射光線位于一個(gè)以入射光為軸線的角錐體內(nèi)的任意方向上33幾種特殊情況34作用：測(cè)小角度偏差光路偏折和補(bǔ)償作用測(cè)微小位移將雙光楔產(chǎn)生的微小偏向角δ轉(zhuǎn)換為兩光楔間相對(duì)較大的旋轉(zhuǎn)角度35雙光楔移動(dòng)測(cè)微系統(tǒng)可將垂軸方向的微小位移Δy轉(zhuǎn)換為沿軸方向的大位移Δz36五棱鏡的色散為什么白光通過(guò)棱鏡看到彩虹？37白色自然光線紅色光線紫色光線

對(duì)于不同波長(zhǎng)的光線，光學(xué)材料具有不同的折射率，即n=f(λ)，當(dāng)λ小時(shí)折射率大。自然光通過(guò)三棱鏡將得到由紅到紫排列的光譜

38折射棱鏡可作為分光色散元件棱鏡的色散本領(lǐng)棱鏡的色散率色散本領(lǐng)正比于色散率所以分光元件盡量選用色散率大的玻璃39§3.5光學(xué)材料404142折射棱鏡的放大率β很小應(yīng)用：半導(dǎo)體激光器的光束整形43棱鏡的偏差光學(xué)平行差－棱鏡