物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)第三章

第三章平面與平面系統(tǒng)平面鏡的成像平行平板的成像性質(zhì)反射棱鏡折射棱鏡與光楔光學(xué)材料平面鏡棱鏡系統(tǒng)的主要作用：1、將共軸系統(tǒng)折疊以縮小儀器的體積和減輕儀器的重量2、改變像的方向——起倒像作用3、改變共軸系統(tǒng)中光軸的位置和方向4、利用平面鏡或棱鏡的旋轉(zhuǎn)，連續(xù)改變系統(tǒng)光軸的方向

平面鏡——唯一能成完善像的光學(xué)元件（a）實物——虛像（b）虛物——實像第一節(jié)平面鏡成像一、平面鏡成像★性質(zhì)分析:物像相對于平面鏡對稱分布、虛實相反。x

y

zy'x'z'采用右手坐標(biāo)法則OO’一個右手坐標(biāo)系經(jīng)平面鏡成像為一個左手坐標(biāo)系PQ奇次反射成鏡像，偶次反射成一致像。P'Q'PQOANN'A'A"αα2α二、平面鏡旋轉(zhuǎn)特性若入射光線不動，平面鏡偏轉(zhuǎn)a角，則反射光線轉(zhuǎn)過2a角。平面鏡旋轉(zhuǎn)特性的應(yīng)用：光學(xué)比較儀中的光學(xué)杠桿MM為分劃板PP為反射鏡單平面鏡的成像特性1）平面鏡能使整個空間任意物點理想成像；物點和像點對平面鏡而言是對稱的；2）實物成虛象，虛物成實像。物和像大小相等，但形狀不同；3）奇次鏡面反射像被稱為鏡像；偶次反射成一致像。4）平面鏡的轉(zhuǎn)動具有光放大作用。O2O1qqbPPPAMNβ≤90β=2θ三、幕雙平管面的閱成像由外角定理：由外角定理：1）β角與入射角無關(guān)，只攀取決英于兩圍平面里鏡夾香角θ。2）當(dāng)傭雙平社面鏡輛繞棱絨線轉(zhuǎn)謊動時宵，只姻要保汗持θ角不巖變，心二次罵反射醉像是饞不動且的，驕即出虜射光輪線的碑方向喇不變杯，但睜光線漂位置議要產(chǎn)撫生平乘行位恰移。出射景光線捎不穩(wěn)啄定Θ=0β=0Θ=4價50β=900Θ=9泊00β=18攜003）兩親面鏡杏廣泛叨應(yīng)用比于折曾轉(zhuǎn)光拋路、濤改變雨光軸靠方向件。PPP1O1A2'O2qAA1'(A2)∠AP撐A2’=2θ4）二幣次反田射像晚的位窗置應(yīng)宵在物絹體繞棵棱線除（P點）贊轉(zhuǎn)動2θ角處網(wǎng)，轉(zhuǎn)恥動方床向應(yīng)勿是反做射面光按反錫射次飄序，究由P1轉(zhuǎn)到P2的方浩向。αα雙平袖面鏡稀具有糠以下仇成像查性質(zhì)：1）二竊次反污射像雄與原逗物坐剝標(biāo)系意相同盆，成渣一致硬像。2）位制于主截偶面（兩平獅面鏡傲的公悅共垂黃直面）內(nèi)足的光畝線，嚴(yán)不論都入射帝光線獄方向取如何回，出近射光邀線的烘轉(zhuǎn)角長永遠(yuǎn)律等于慌兩平巴面鏡兵夾角子的兩統(tǒng)倍。第二酒節(jié)提平行絮平板由兩蕩個相泥互平宅行的攔折射枯平面它構(gòu)成偉的光舟學(xué)元陜件稱尺為平行鼠平面馬板。用棱賣鏡來礎(chǔ)代替勻平面掠鏡，索就相葉當(dāng)于用在光旨學(xué)系梳統(tǒng)中魯多加邪了一貢塊平縣行平躲面板嶺。如標(biāo)蠻尺、魔刻有浪標(biāo)志殲的分制劃板愉、補暮償板朵、濾療光鏡蟻、保雕護玻傅璃等懲等一、北平行慢平面矮板的螺成像蘿特性假定委平行品平面扮板位鏡于空逆氣中應(yīng)用播折射全定律平板鵲的兩艘面是昂平行涌的出射繳光線物平行宵于入桐射光岔線此時平行鄰平板落的光湊焦度降為零芒，不肺會使筒物體諸放大射或縮典小平行套平板捎的出賭射光殖線BS′相對婦于入括射光潔線SA產(chǎn)生側(cè)向郊位移BD=DT平行蠶平面催板的珍厚度島為d，由ΔAB尺D和ΔAB瓦C得光線撒移動傲的距眠離隨葡入射卸角的貪不同泉而不炕同同樣盒也隨蹦平板抗的厚芝度不莖同而寸變化如果附是在嫩近軸籃區(qū)，饒上式休可以匯寫為如果d、n是常我數(shù)，絨因此ΔT和i1成正柔比設(shè)入谷射光凳線為赤同心誰光束倡并會失聚于E點（昆為虛斃物點罪）光線徒折射餓后和熄光軸幟交于S′點ΔL′因I1值不同而不同同心鎮(zhèn)光束心經(jīng)平洲行平攪面板吃后變罵為非肝同心羅光束滴，成憂像是緊不完靠善的芽。平行沸平板筍的厚稀度d愈大除，成憶像不紡?fù)晟拼畛潭攘镆灿畲?。出射娃光線獲和入世射光豬線在自光軸赤方向值上有釀一軸向俗位移ΔL′。如果畢入射圓光束石孔徑淹很小晴，即址為近始軸光總束成扔像，冤則因I1很小病，與入餓射角i無關(guān)音。因此仿，物領(lǐng)點以懼近軸峰光經(jīng)慨平行竊平板擁成像單是完繩善的晨。例：一焦距的透鏡，若物體位于處通過透鏡成像，問該像位于何處？放大率？現(xiàn)在物與透鏡之間放一厚度的平行平板（n=1.5),求此時的像距和放大率。若將該板放在透鏡和像之間，其成像情況如何？解：無平某行平老板時們：平行倡平板嫩位于超物與異透鏡仰之間指：該板重使像吐位移20扮mm，平行宋平板勵位于里透鏡夕和像慌之間撈時，麻由于二、寧平行乳平板褲的“匹等效空氣歇層”平行篩平板喝玻璃擴的折枕射等效秋空氣傾層1）近望軸光火線（I較小噴）1）近躲軸光闖線2）遠(yuǎn)挨軸光米線（I較大涂）厚度絮為E的空跳氣層救：一般曲棱鏡微的材使料都誦用K9玻璃跟，n=鮮1.得51苗63。為購方便墾，不獅同入棒射角I對應(yīng)蘋的k值列抗入下冊表總結(jié)凡在暖光路拌中有快平行遣平板來玻璃央（如票反射誓棱鏡酸）時再從G點以后的光路全部加上軸向平移量，即可得到實際光路。首先用厚度為的等效空氣平板取代厚度為d的平板玻璃，算出等效空氣平板出射面的光線投射高度h2第三嗎節(jié)兆反射繪棱鏡主要拖利用全反踏射原幫理，不促滿足編臨界兄角的眉要鍍混反射鳴膜反射壞棱鏡共：把麻多個畫反射邊面做朽在同墳一塊半光學(xué)醒材料遍（如乞玻璃糞）上里的光篇學(xué)零鎮(zhèn)件。一次俘反射蛇棱鏡二次成反射擊棱鏡三次羅反射展棱鏡屋脊不反射挨棱鏡反射帖棱鏡反射充鏡可看以改托變光勵軸方沃向，什減小保長度饑，轉(zhuǎn)少像、美倒像猛等。編但1、鍍毅膜，標(biāo)不耐阿久2、光向能損匆失3、裝旦校不趙便。一、填反射司棱鏡束的類貌型反射碼棱鏡潛的分咬類反射榮棱鏡員分為普通糾棱鏡和復(fù)合鍵棱鏡兩大妖類復(fù)合目棱鏡(e漸)阿貝鄭棱鏡脫，反竊射三洞次(a)(b)(c)(d)(e)(d愛)別汗統(tǒng)棱鏡偷，反議射五利次主截賓面入射唇面、柄出射談面、斧反射要面工作盤面的爆交線垂直妻于棱番的截悟面（一椒）基介本定妙義工作乘面棱棱鏡方光軸奏：光學(xué)元系統(tǒng)角的光打軸在拒棱鏡晨中的剝部分卸，如AB修C光軸貍長度嚼：棱鏡反光軸連的幾弦何長參度；液如AB奴+B吐CBAC（光晝軸截經(jīng)面：翻主截情面與竭光軸根重合沸）反射掉棱鏡湯的構(gòu)森成與國作用反射次面折射供面2折射茫面1棱3棱1棱2主截睬面反射限棱鏡央的作槽用：一是軟改變語光軸界的方利向，辯二是罩轉(zhuǎn)像鎮(zhèn)。與平隱面鏡吐相比鬼在成帥像性判質(zhì)上必是增免加了妨兩次圈折射障。（二候）簡艷單棱奔鏡（a）等柱腰直角錢棱鏡xyzz′y′x′成鏡像直角她棱鏡慣使光匪線折紗轉(zhuǎn)90齊°1、一數(shù)次反凳射棱心鏡xyz(b己)等腰壇棱鏡z′y′x′等腰示棱鏡志使光擺線折謠轉(zhuǎn)任喉意角鎮(zhèn)度。一次賤反射致特點乎：成鏡者像；在主洲截面員內(nèi)坐樹標(biāo)方消向改挨變，途垂直繩于光臭軸截雄面內(nèi)竿坐標(biāo)特方向岸不變等。y'x'oz'yozx（c）道威巾棱鏡道威他棱鏡90趙°旋轉(zhuǎn)稈后，陳像旋忍轉(zhuǎn)18懶0°。入射得面、才出射熊面與炕光軸由不垂駛直，傾但光招軸方院向不沫變。y'oz'x'yzxo道威捐棱鏡閑的成肆像特居性為擔(dān)：1）入冰射面稅、出陣射面特與光戲軸不若垂直昆，但齡出射奪光軸題與入僑射光鑼軸方管向保泊持不決變；2）棱景鏡繞宗光軸權(quán)旋轉(zhuǎn)薄一角耗度時饑，出盤射像遍繞光域軸同腔方向喪旋轉(zhuǎn)賓兩倍顛角度襖。道威輸棱鏡術(shù)繞光染軸旋褲轉(zhuǎn)角丙，其評對應(yīng)籌的反冒射像著同方略向2旋轉(zhuǎn)澇角。等腰直角棱鏡以角速度轉(zhuǎn)動道威棱鏡轉(zhuǎn)動實現(xiàn)予周視xyz2、二惜次反斯射棱扭鏡（a）等腰嘩直角送棱鏡z′x′y′光軸愛轉(zhuǎn)18萍00——相當(dāng)于夾角為的雙平面鏡系統(tǒng)，成一致像，入射光線與出射光線夾角為(b辱)五角君棱鏡zxyy′z′x′光軸揭轉(zhuǎn)900五角攜棱鏡貪和直今角棱扮鏡多銹用于薄顯微且鏡觀松察系瘡統(tǒng)，太使光潮線折憑轉(zhuǎn)，慘便于按觀察甘。(c元)半五笨角棱富鏡zxyz′x′y′光軸憐轉(zhuǎn)450（d）斜元方棱趕鏡zxyz′x′y′光軸除平移斜方底棱鏡堤使光申軸平驚移，斯多用尚于雙校目鏡蜜儀器惜中，島調(diào)節(jié)斧目距弊。光軸跌平移光軸氧轉(zhuǎn)600光軸姐轉(zhuǎn)450光軸集轉(zhuǎn)900二次饅反射憑成像仙的特眼點：成一退致像長；入射遠(yuǎn)光線剃與出鴨射光投線之徑間的喉夾角前取決計于兩哲反射楚面之適間的促夾角孔。3、三柔次反故射棱嘴鏡zxy斯密婆特棱睛鏡特點臺是：成鏡漠像，貼光軸響轉(zhuǎn)45總°，大佩大縮器小筒恨長，啊結(jié)構(gòu)老緊湊執(zhí)。z′y′x′如果在不揭改變猶光軸剩方向印和主罪截面漂內(nèi)成蹈像方園向的莊條件修下需要徑得到挖物體噸的一沾致像塊而又稠不想碰增加丙反射捆棱鏡窯時，五怎么娃辦？可用交線位于誓光軸胸截面翼內(nèi)的偽兩個泳相互這垂直暗的反懇射面來取裁代其中董的一拖個反東射面慮，使辯垂直沉于主伸截面縫內(nèi)的棵坐標(biāo)獻被這鳴兩個幫相互梅垂直廢的反療射面孫依次蹦反射逮而改棋變方煤向，胞從而忘得到憂物體仙的一致塔像。（三潤）屋栗脊棱御鏡這種銅兩個占互相款垂直瓶的反奇射面爸稱為屋脊源面，而帶施有屋訴脊面憲的棱暴鏡稱冒為屋脊負(fù)棱鏡。直角盲棱鏡屋脊嶺棱鏡兩個霧互相搏垂直樂的反脊射面屋脊杏棱鏡測的平噸面表面示方丟法直角倦棱鏡擾反射屋脊拆棱鏡承反射zxyz′x′y′zxyz′x′y′不改儀變光壺軸方闖向和普主截砍面內(nèi)博成像礙方向光軸z’方向胸及主話截面恩內(nèi)x’的方艷向不愈改變作用憤：與辭屋脊范垂直揉的坐奴標(biāo)單斧獨改扮變一塵次方致向，趟相當(dāng)晴于增欺加一偏次反王射屋脊糊面的譜成像蛛特性度：位于雕主截扁面內(nèi)淚的物對體，蝦經(jīng)屋括脊面響后，度其像息與無愉屋脊修面時劍所成邁像一近樣，垂直興于主贏截面放的物夜體，炒其像付與無淺屋脊季面時黑所成距像相邁反。增加眨一次摩反射，使較系統(tǒng)匯總的背反射航次數(shù)狠由奇數(shù)午變成族偶數(shù)，從贏而達(dá)敲到物炕像相孩似的效要求喬。兩屋郵脊面稱間的雞夾角證必須衡嚴(yán)格攏等于90°,否則闊將形蔥成雙憲像。因為鼓屋脊積面將姑一束鄭光線色分為堂兩部誰分，譜當(dāng)兩捎屋脊?fàn)N面垂運直時勞，同月一方露向入貢射的今光線釋，無掌淪先睛投射吼到哪囑一個樂屋脊矩面上寸，光騎線經(jīng)直兩屋塊脊面鋼反射夏后都京改變豎方向18依0°,平行癢入射名的兩澡部分富光線拖仍平貍行出案射，治如右駛圖(a化)所示丙。當(dāng)全兩屋瘋脊面在間的挑夾角涼不等布于90°時,則光到線方宵向的術(shù)改變過不等拘于18聲0°,這時灶平行壁入射頃的兩御部分斧光線咸不再萄平行席出射戚，因困而形煮成雙揪像，蠅如圖(b垂)所示竄。（四引）立動方角瓦錐棱璃鏡由立爬方體課切下并一個例角而生形成捎的。1、三稱個反蔽射工假作面議相互厲垂直撓，底軌面是蛙一等燃腰三云角形窮，為模棱鏡劈燕的入說射面事和出拐射面到。2、當(dāng)光宅線以鈴任意秒方向慘從底記面入銹射，繪經(jīng)過延三個愈直角編面依血次反負(fù)射后建，出借射光妖線始唇終平統(tǒng)行于帶入射薄光。角錐旱棱鏡烘特點3、當(dāng)角忌錐棱揀鏡繞辣其頂嫁點旋鼓轉(zhuǎn)時噸，出料射方職向不袍變僅閥產(chǎn)生芝一個垂平移杠。立方角錐論棱鏡擊可以獵和激鍛光測叔距儀墳配合竄使用牌。（五陵）棱私鏡系志統(tǒng)的嚴(yán)成像籮方向弦判斷（z’）光候軸方辱向z’不變（y’）垂直兔于主潮截面零的坐公標(biāo)y’視屋咽脊個發(fā)數(shù)而誘定沒有蠢屋脊銹面或套屋脊混面為寨偶數(shù)末時，y’不改衛(wèi)變方縱向；屋脊?jié)M面為鋼奇數(shù)全時，y’改變俗方向（x’）坐電標(biāo)根匆據(jù)總彩反射吸次數(shù)意而定廢（屋脊族面按肆兩個幅反射營面計學(xué)算）若總賺反射喂次數(shù)臥為奇燭數(shù)，辜成鏡象像；若總最反射血次數(shù)東為偶嗎數(shù)，喝成一役致像鈴；例：棄屋脊尿半五啦角棱縮慧鏡zxy(a傍)(b慶)有的串光學(xué)曬系統(tǒng)袍，如緣瑞望遠(yuǎn)而鏡，雪為了爪測量鬼，要兆有中采間實果像平囑面，竿但得非到倒驚像，違要使微該倒拋像再滔倒過熱來，感需要龍棱鏡斜組合警系統(tǒng)（六陵）棱忍鏡的宴組合——復(fù)合再棱鏡拴（倒像覺作用日）zxy1、堅阿貝逢棱鏡z′y′x′2、分慮光棱端鏡3、分繪色棱宋鏡綠4、轉(zhuǎn)振像棱欄鏡普羅Ⅰ型轉(zhuǎn)堅像棱抬鏡別漢桐棱鏡5、*檔雙像爺棱鏡45454545ⅡⅢⅣⅠAAA′二、日棱鏡肥的等菌效作毀用與莊展開㈠、等辦效作成用與免展開幕方法1、等頌效作孝用勉反射傾棱鏡就有兩什個折構(gòu)射面領(lǐng)和若蒙干反處射面沸，若參不考拋慮反過射面嚷，光津線在鏡兩個鄭折射憐面之向間的撿行為等效度于一簽個平掏行平縫板平行鋼光經(jīng)臭透鏡獲成像蠢于焦狼點F’上F′F平行帶光經(jīng)成透鏡殲成像牽時加爬一平亭面鏡把平常面鏡夏換成乓直角巾棱鏡A′這種崗光路串的等效神光路A′A用棱問鏡代亭替平域面鏡賴，相嫁當(dāng)于鴿增加桶了一亮塊平跳行玻念璃板利用躲棱鏡思反射蝴面的副性質(zhì)襪，將絮轉(zhuǎn)折蜻的光永路拉晨直把棱時鏡的汪光軸曲截面螺沿著塞它的珠反射爬面展傅開，刮取消乏棱鏡蒼的反燥射，歉以平腥行玻蓬璃板嫌的折單射代歸替棱腦鏡折嫩射的模方法凱稱為“棱鏡秩的展跟開”2.棱鏡維的展耀開(1豬).為了體使棱裹鏡和藝共軸更球面糟系統(tǒng)彼組合塊后，漲仍能事保持含共軸查球面壺系統(tǒng)哲，棱鏡銅的結(jié)持構(gòu)必緞須滿丹足：a．棱椅鏡展請開后壓玻璃嫁板的瞞兩個美表面必須數(shù)平行。b．如端果棱主鏡位業(yè)于會但聚光悉束中腦，則芒光軸百必須貿(mào)和棱使鏡的畢入射炒及出達(dá)射表議面相垂直。(2族).展開爆方法按入約射光段線的桌順序吸，以衫反射匠面為扣鏡面或，求果反射傭光線搞和棱遭鏡的奧像即甩可。1、直何角棱礦鏡展畢開一次棗反射也時L—棱鏡魚的光居軸長號度，D—入射因光束筑口徑LDL=孝Dk=前1（二鐵）、魂幾種將典型北棱鏡蘇的展墓開結(jié)構(gòu)連常數(shù)切：光揚軸在池棱鏡已中的套長度L與棱球鏡通悔光口鴨徑D之比壩。通光綁口徑板：允傭許通零過的耐光斑康最大幟直徑二次躲反射灣時，L—棱鏡戰(zhàn)的光鍛軸長陳度，D鵲—入射土光束居口徑LDL=女2DK=緒22.道威例棱鏡攏展開必須妹注意，這類莫棱鏡犁因為梁光軸崗不垂編直于暑棱鏡境面入然射，含故只亮能用膠在平行蔬光束中LD3.半五咬角棱莖鏡展瞇開屋脊劈燕棱鏡腫的展露開：光被上攔為使必全口嘆徑的彼光束怎均能劃通過牢，棱元鏡的喂結(jié)構(gòu)吸尺寸兼要增測大。三、趣反射棱鏡碧系統(tǒng)命的結(jié)漲構(gòu)尺周寸若系丹統(tǒng)中叨有棱抓鏡，去則相炒當(dāng)于壩另外照加入家一塊煌平行鈴板：1、若古光軸織和棱妙鏡的喬入射胖表面殺不垂落直，脫則該漸棱鏡沒只能簽放在舞平行錫光束掌中2、必調(diào)須考傅慮平幅行玻才璃板叫產(chǎn)生因的像蔑面位旺移為方衫便棱帝鏡尺泉寸計苗算，奇按下芬列步守驟考療慮：1、將妖棱鏡脂展開壟成平塊板玻被璃2、用演等效館空氣堵平板王取代泉玻璃添平板3、將停空氣賊平板心以后熔的光絕路加綿上軸浴向平刊移量例：肯一個豪薄透該鏡組旨，焦厭距為10蜂0，通成光口喊徑為20。利麗用它微使無年限遠(yuǎn)看物體效成像捕，像暑的直帶徑為10。在脅距離脆透鏡役組50處加板入一刃個五滾角棱些鏡，課使光艷軸折盜轉(zhuǎn)90殺°，求杜棱鏡竭的尺肆寸和五通過掌棱鏡建后的買像面民位置汽。棱鏡狹第一追個表監(jiān)面的曲通光緊直徑仆為解：系由于奇物體層位在經(jīng)無限睬遠(yuǎn)，譜像位蛛于像羽方焦病面上零。全創(chuàng)部成椒像光佳束位菊于一鐵個高據(jù)為10崖0，上他底和皇下底勿分別垮為10和20的梯參形截斃面的觀錐體典內(nèi)。由“光狐學(xué)儀賣器設(shè)逢計手垮冊”術(shù)可查漢得900－2的五矩角棱促鏡展避開以堤后的逐平行傲玻璃管板厚鋤度為如玻帝璃的捉折射侵率n=勻1.搏51阻63，可積求得惑平行正玻璃料板的柴相當(dāng)悉空氣怪層厚活度為空氣平板因此朗，通朋過棱雖鏡后綁像平鋼面離蓮開棱些鏡出饅射表辮面的鎮(zhèn)距離犁為棱鏡搶出射額表面蘿的通饅光口畫徑為光線灶通過嫁棱鏡贊（平患板玻片璃）駐后軸恒向位熔移量勒為：系統(tǒng)耗加入童棱鏡叮后，繪從物粗鏡到早像面等的軸犁向距娛離應(yīng)呈為：玻璃平板空氣平板根據(jù)凳以上投計算資結(jié)果厭作出悶的實餐際光司學(xué)系特統(tǒng)圖敗為第四透節(jié)尾折射寬棱鏡疑與光右楔一、筋概念折射榆棱鏡根：利花用表押面的復(fù)折射紛作用主截幟面折射哀棱折射呆棱：困入射兩面與偏出射慎面的姿交線折射滑角：置兩折柄射面除的夾僑角，壤用頂幟角a表示艷。偏向垂角d：入等射光燥線與潤出射濾光線域的夾喂角，棵從入茫射光尖線轉(zhuǎn)解到出啟射光螺線，執(zhí)順正資逆負(fù)昌。二、齡偏向魔角的賓求出由及幾懷何關(guān)悅系得對于給定棱鏡，一定，僅隨變，是的函數(shù)三、出最小蒸偏向軋角及炎其應(yīng)生用由又比較若入圣射光賣不變釘，棱市鏡轉(zhuǎn)臟動，俗出射完光隨I1而變逝。由令只有時，d為極值此時當(dāng)一定，dmin一定。通過，可求n討論決：1、假定折射角a很小很小，棱鏡平板，2、a很小,折射棱鏡光楔1