第一章 幾何光學(xué)

第一章幾何光學(xué)第1頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章幾何光學(xué)第2頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光的一些基本知識(shí)光的本質(zhì)是一種電磁波可見光的波長范圍：380-780nm光波的傳播速度：3×108m/s在可見光范圍內(nèi)，太陽光可分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫色度學(xué)中的三基色：R、G、BR、Y、B第3頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

幾何光學(xué)的理解

用幾何點(diǎn)、線、面的方法來研究光的傳播及光學(xué)系統(tǒng)的成象特性的一門課程。幾何光學(xué)的主要內(nèi)容是研究光學(xué)系統(tǒng)的成像問題，系統(tǒng)地討論物、像和光學(xué)系統(tǒng)的基本參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系。第4頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么要學(xué)幾何光學(xué)？光的本質(zhì)是一種電磁波幾何光學(xué)是一門經(jīng)典的課程目前我所從事的光學(xué)工程（光學(xué)系統(tǒng)所組成的光學(xué)儀器）絕大部分是用幾何光學(xué)的知識(shí)來完成的光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)還是采用幾何光學(xué)方法進(jìn)行的第5頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月本章的主要內(nèi)容§1光線—用幾何線的方法來研究光學(xué)成象§2幾何光學(xué)的四大定律§3成像的基本分析方法和計(jì)算公式理想光學(xué)系統(tǒng)—近軸系統(tǒng)符號(hào)規(guī)則物像關(guān)系的作圖法牛頓公式和高斯公式光學(xué)系統(tǒng)的放大率第6頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光的直線傳播定律幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，多數(shù)精密的光學(xué)儀器都是承認(rèn)它的正確才成立的；人的影子日蝕、月蝕當(dāng)光束“擠過”很小的孔時(shí)，光就開始“拐彎”了—產(chǎn)生了衍射。第7頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光的獨(dú)立傳播定律兩束光線在空中相遇保持獨(dú)立傳播；相遇處的光強(qiáng)是兩束光光強(qiáng)的和；這兩束光是獨(dú)立的，沒有“親緣”關(guān)系；如果這兩束光有“親緣”關(guān)系，則在相遇處會(huì)產(chǎn)生干涉。第8頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光的反射定律反射光和入射光在同一個(gè)平面內(nèi)反射角與入射角相等，方向相反鏡面反射使得物與像的坐標(biāo)‘顛倒’：

奇數(shù)次反射成鏡像；偶數(shù)次反射成物像。第9頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月反射棱鏡棱鏡是一種典型的反射零件在光學(xué)工程中用得很多，其作用主要是折轉(zhuǎn)光路、轉(zhuǎn)像、倒像、分光和掃描等。反射棱鏡的種類：簡單棱鏡、屋脊棱鏡、立方角棱鏡和復(fù)合棱鏡等。第10頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月平面反射鏡與棱鏡棱鏡的各個(gè)固定角度穩(wěn)定，而反射鏡與反射鏡之間的角度容易變化；棱鏡反射面形成全反射，沒有光能損失，而反射鏡面損失較大；反射鏡鍍層容易損壞，而棱鏡的鍍層容易保護(hù)；棱鏡容易安裝與固定。第11頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月一次反射棱鏡

直角棱鏡等腰棱鏡道威棱鏡第12頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月像的旋轉(zhuǎn):

當(dāng)繞光軸旋轉(zhuǎn)ω時(shí)，反射像同方向旋轉(zhuǎn)2ω第13頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月消旋儀第14頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月雙反射鏡跟蹤經(jīng)緯儀的消旋補(bǔ)償?shù)?5頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月112

電

影

經(jīng)緯儀

（小毒蛇）第16頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

應(yīng)用

實(shí)例

周視瞄準(zhǔn)儀第17頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月周視瞄準(zhǔn)儀機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)想第18頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月周視瞄準(zhǔn)鏡

結(jié)構(gòu)圖

采用差動(dòng)齒輪系實(shí)

現(xiàn)直角棱鏡與道威

棱鏡同軸旋轉(zhuǎn)，兩

者速比為1：2，轉(zhuǎn)

動(dòng)過程中速比不變第19頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月需要解決2個(gè)問題成像的坐標(biāo)與原物一致像旋轉(zhuǎn)的補(bǔ)償—道威棱鏡的作用（道威棱鏡只能在平行光路中應(yīng)用）第20頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月周視瞄準(zhǔn)鏡的用途大方位觀察搜索目標(biāo)，采用光學(xué)方法使望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸在水平面內(nèi)掃描，以實(shí)現(xiàn)全方位觀察—周視。該系統(tǒng)可以用到潛望鏡、坦克瞄準(zhǔn)鏡、炮臺(tái)鏡、雙反射鏡式光電經(jīng)緯儀中。第21頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月二次反射棱鏡

a，半五角棱鏡b，30°直角棱鏡c，五角棱鏡

d，直角棱鏡e，斜方棱鏡第22頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月二次反射棱鏡的特性

出射光線與入射光線的夾角取決于兩反射面的夾角，是兩反射面夾角的2倍；不存在鏡像（偶次反射）裝調(diào)方便；轉(zhuǎn)向角與入射角的傾斜不敏感。第23頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月三次反射棱鏡

斯密特棱鏡：

1,奇次反射成鏡像

2,折疊光路，使得儀器緊湊

第24頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月屋脊棱鏡：

1）增加一個(gè)反射面2）屋脊角加工精度要求很高第25頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月立方角錐棱鏡：

１，正立方體斜切一角所成

２，切面為底面，呈等腰三角形

３，底面為入射面和出射面

第26頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月立方角錐棱鏡的外型：第27頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月立方角棱鏡的特點(diǎn)與用途特點(diǎn)是出射光與入射光平行用于激光測(cè)距儀中當(dāng)合作目標(biāo)在靶場(chǎng)中用于飛行目標(biāo)表面的合作目標(biāo)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀中用于校準(zhǔn)棱鏡月球表面的反射鏡陣列第28頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月校準(zhǔn)棱鏡

用于自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的調(diào)試中

第29頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月二次反射直角棱鏡

在導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

θHMHfHNLNⅠⅣⅢLM第30頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月二次反射直角棱鏡的工作原理JθAZαZ0βYY0X0X第31頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月從井下發(fā)射“民兵”導(dǎo)彈時(shí)的瞄準(zhǔn)布設(shè)

1——控制反射鏡；2——環(huán)形軌道；3——瞄準(zhǔn)經(jīng)緯儀第32頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月俄羅斯

“白楊”

導(dǎo)彈第33頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月阿波羅月球反射器

（宇航員正在安放）第34頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月阿波羅月球反射器

（宇航員正在安放）第35頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月阿波羅月球反射器

（安放在月球表面上）第36頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月阿波羅月球反射器

（安放在月球表面上）第37頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月“月球”號(hào)登月車（俄羅斯）月球表面反射器第38頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月分光棱鏡第39頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月分色棱鏡:

a面反藍(lán)透紅綠膜

b面反紅透綠膜第40頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)向棱鏡

1,出入光軸2,平行完全倒像3,折疊光路

a)普羅Ⅰ棱鏡b)普羅Ⅱ棱鏡c)別漢棱鏡

第41頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月反射棱鏡展開以后相當(dāng)于平行平板第42頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月棱鏡的公差角度偏差：影響成像質(zhì)量（展開不是平行平板）、讀數(shù)精度等，一般可以在裝配時(shí)擺動(dòng)棱鏡自行補(bǔ)償。面形誤差：透射面誤差（相當(dāng)于設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到的一個(gè)透鏡面）反射面誤差（雙倍影響）屋脊角誤差產(chǎn)生色差和雙像；屋脊面形誤差對(duì)成像質(zhì)量具有4倍影響。棱鏡的塔差：棱鏡的棱邊與反射面的不平行度，展開后不是平行平板。第43頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光的折射定律

第44頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月折射率：

描述光在介質(zhì)中傳播速度快慢的一個(gè)物理量第45頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月全反射：1，從光密到光疏

2，入射角大于臨界角第46頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月全反射現(xiàn)象的應(yīng)用

全反射棱鏡光纖第47頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖的基本工作原理根據(jù)全反射原理，使光線限制在纖芯中傳播。n1>n2，當(dāng)入射角≤

0（入射臨界角）時(shí)，進(jìn)入纖芯的光線會(huì)在芯、包層界面全反射向前傳播；入射角>

0時(shí)，大部分光線進(jìn)入包層、空氣散失掉。圖1子午光線在階躍光纖中的傳播n1n0受光角n22a2b第48頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖光學(xué)特性參量：1．相對(duì)折射率差：表征纖芯和包層折射率差異程度的參量．

＝（n1－n2）/n12．?dāng)?shù)值孔徑NA：表征光線在光纖中耦合的難易程度的參量，即光纖接收入射光能力的參量3．規(guī)一化頻率或波導(dǎo)參數(shù)VV＝2aNA/

反映了光波傳播與波長及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，V值越大所能傳播的模式越多。V<2.4048時(shí)，光纖為單模光纖，只傳導(dǎo)基模HE11模式。第49頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月模式的概念：光波是一種電磁波，光在光纖中傳播就是交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在光纖中向前傳播。電磁場(chǎng)的各種不同分布形式叫做“模式”，或簡稱為“模”。由于光纖的直徑（特別是單模光纖）小到可以和光波長相比，光的波動(dòng)特性就很明顯。只有具有確定空間、時(shí)間分布的電磁場(chǎng)模式才能在光纖中存在。傳輸模式與光纖參數(shù)、入射光頻率和涂敷層性質(zhì)有關(guān)，它是麥克斯韋（Maxwell）方程的滿足光纖邊界條件的特解。第50頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

單模光纖和多模光纖：對(duì)于一定的光纖結(jié)構(gòu)和光波長，在光纖中能夠傳播的模式數(shù)目是有限的?？梢詡鞑サ哪?shù)為，M＝[V/(

/2)]2/2其中V是規(guī)一化頻率。當(dāng)0<V<2.4048時(shí)，只有HE11模能夠傳播。通常將HE11模稱為主?；蚧?。由于V與光波長

有關(guān)，則當(dāng)光纖結(jié)構(gòu)與特性一定后，對(duì)于某個(gè)波長的光來說是單模工作的光纖，對(duì)于另外的比其波長還要短的光來說就有可能傳播多個(gè)傳輸模，而成為多模光纖了。在多模光纖中傳輸?shù)母鱾€(gè)不同模式沿軸向的傳播速度不同，傳輸模的階次越高，傳輸速度越慢。第51頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖的基本結(jié)構(gòu)

由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成，是一多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱圓柱體涂敷層纖芯包層圖2單根光纖結(jié)構(gòu)簡圖第52頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖結(jié)構(gòu)參量1纖芯直徑2a；2外徑：研究光纖彎曲損耗及評(píng)價(jià)光纖機(jī)械強(qiáng)度時(shí)的重要參量；3芯徑非圓率、外徑非圓率：纖芯外周及包層外周與圓柱的差別程度，用以評(píng)價(jià)接續(xù)損耗；4偏心率：纖芯與包層外圓圓心的偏離程度，用以評(píng)價(jià)接續(xù)損耗。第53頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖的應(yīng)用光纖傳感：光纖自身是一個(gè)敏感元件，光纖對(duì)外界參數(shù)有一定的效應(yīng)，因此可以利用這些效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界被測(cè)參數(shù)的“傳”和“感”。光纖通信：損耗低，目前石英光纖的損耗已降至0.2dB/km以下；

帶寬寬，光纖傳輸?shù)氖枪?，頻率特別高，因而光纖具有極寬的頻

帶，是理想的信息傳輸介質(zhì)。

這兩個(gè)特性決定了光纖在通信中廣泛應(yīng)用。光纖通信對(duì)光纖的要求主要是損耗、色散值。其他應(yīng)用：傳光、傳像第54頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、頻帶寬；是無源器件，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小；抗電磁干擾、電絕緣，耐腐蝕，可用于惡劣環(huán)境；重量輕、體積小，外形靈活可變；測(cè)量對(duì)象廣泛，可以制成傳感不同物理量的傳感器；便于多點(diǎn)復(fù)用，便于成網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量。第55頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：傳輸頻帶極寬，通信容量大；衰減小，傳輸距離遠(yuǎn)；串?dāng)_小，信號(hào)傳輸質(zhì)量高；光纖抗電磁干擾，保密性好；光纖尺寸小，重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)；由石英拉制而成，原材料豐富，節(jié)約大量金屬。第56頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖傳感器光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量因外界因素的作用可直接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來探測(cè)各種物理量。光纖出射光波外界因素：溫度、壓力、電磁場(chǎng)、位移等振幅、相位、偏振態(tài)、耦合效率等入射光波

光纖傳感原理示意圖第57頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

光纖傳感器分類按光纖中的光被調(diào)制的原理分有：

光強(qiáng)度調(diào)制型、光相位調(diào)制型、光偏振態(tài)調(diào)制型、光頻率調(diào)制型（Doppler）、光波長調(diào)制型(Bragggrating)。按測(cè)量參量分有：

光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖流量傳感器、光纖壓力傳感器、光纖速度傳感器、光纖磁場(chǎng)傳感器、光纖電流傳感器、光纖電壓傳感器等。第58頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖溫度傳感器

根據(jù)普朗克黑體輻射定律，理想黑體輻射的光譜能量為：M（

，T）＝C1

－5/（eC2/

T－1）式中：M（

，T）是光譜輻射亮度；C1、C2是輻射常數(shù)；

為光譜輻射波長；T為輻射溫度實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量；響應(yīng)速度快，1ms左右；精度高、重復(fù)性好；可進(jìn)行高溫測(cè)量（5000C－25000C）M（

，T）900K

800K700K600K500K黑體光譜亮度同波長與溫度關(guān)系示意圖第59頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月4光纖傳感器

GXW系列光纖溫度傳感器外形圖第60頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月我所的光纖發(fā)展史60年代龔祖同老所長帶領(lǐng)開始光纖技術(shù)的研究，國內(nèi)首家。70年代，西安光機(jī)所拉制出我國第一根玻璃光纖。光學(xué)學(xué)會(huì)光學(xué)纖維專業(yè)委員會(huì)掛靠我所以變折射率光纖器件、光纖傳感器為主打產(chǎn)品的飛秒公司是我所第一個(gè)上規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)第61頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光通信給光纖技術(shù)帶來了巨大

發(fā)展空間光纖通信正以驚人速度向更高級(jí)階段發(fā)展，全光網(wǎng)絡(luò)是發(fā)展方向。要實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)則必須實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用技術(shù)（特別是密集波分復(fù)用DWDM）和全光節(jié)點(diǎn)技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)完整的光纖傳輸系統(tǒng)，除了光源、光探測(cè)器及光纖外，還需要眾多無源或有源的光學(xué)器件。光纖網(wǎng)絡(luò)中所需各種光學(xué)器件有：光發(fā)射/接收器、光波分復(fù)用/解復(fù)用器、波長轉(zhuǎn)換器、光分插復(fù)用器、光纖濾波器、光纖放大器以及高速通信系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償器等。第62頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光通信中的典型器件實(shí)現(xiàn)上述器件功能，需要研究更基本的器件單元，通過這些單元的組合設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)較高一級(jí)的功能。典型器件：

光纖Bragg光柵光纖面板自聚焦透鏡微小透鏡陣列第63頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵FBG是在光纖纖芯內(nèi)折射率周期調(diào)制的光學(xué)元件，利用光纖材料的光敏感性在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵。FBG是最近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一，在光纖通信、光纖傳感領(lǐng)域都有廣闊應(yīng)用前景。Λn纖芯Bragg光柵ZZ1Z2

均勻Bragg光柵結(jié)構(gòu)原理示意圖

B輸入寬譜光反射光透射光第64頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵的工作原理寬帶光通過光纖光柵時(shí)，將反射回一窄帶信號(hào)，窄帶信號(hào)的波長與纖芯折射率和光柵常數(shù)有關(guān)。

B＝2nΛ式中：

B

為Bragg中心反射波長，n為纖芯的有效折射率，Λ光柵常數(shù)。光纖光柵作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾光器或反射鏡，反射的窄脈沖寬度達(dá)到納米量級(jí)，正符合密集波分復(fù)用的要求。由公式知，n與Λ的改變均會(huì)引起反射光波長的改變。因而能導(dǎo)致n與Λ改變的物理量，均可以用FBG作為傳感元件如應(yīng)力、溫度和壓力等。靈敏度和線性度也非常好。第65頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵的用途采用FBG作為腔反饋和模式選擇的單頻光纖激光器或混合集成式耦合腔半導(dǎo)體激光器，都可將光激射限制在特定波長或者特定梳狀波長，這樣就可有效用于密集波分復(fù)用（DWDM）通信系統(tǒng)。由FBG的選頻作用能制作出性能優(yōu)異的光纖帶通或帶阻濾波器、高質(zhì)量多功能全光纖激光器與光纖放大器等各種全光纖集成器件。FBG能十分有效地壓窄由于色散而展寬的光脈沖，從而降低系統(tǒng)誤碼率，因而是很有發(fā)展?jié)摿Φ纳⒀a(bǔ)償器第66頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵傳感器

光纖光柵傳感器不僅可靠性高、抗電磁干擾、抗腐蝕性能好，還具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、線性度好等優(yōu)良特性。由于光纖光柵將被測(cè)信息轉(zhuǎn)化為其響應(yīng)波長的移動(dòng)，即波長編碼，傳感得到的信息直接由波長變化表示，與光源能量、光纖連接及耦合時(shí)所帶來的衰減無關(guān)，即不受光源功率波動(dòng)和系統(tǒng)損耗的影響。光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由于光纖光柵自身的小巧結(jié)構(gòu)它還可以制成光纖靈巧結(jié)構(gòu)（SmartStructure）傳感器。如美國將67個(gè)FBG傳感頭埋于橋梁各個(gè)梁中，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁各處的受力應(yīng)變通過設(shè)計(jì)各種機(jī)敏結(jié)構(gòu)，光纖光柵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流量、位移、微振動(dòng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電流等多種物理量的測(cè)量。第67頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖傳像元件

由光纖制成的大面陣、無源成像器件將光學(xué)圖像從一端傳遞給另一端。它是由大量光纖排列壓制在一起，經(jīng)切、磨、拋等工藝制成可傳遞二維圖像的光學(xué)元件。1光纖面板：可將二維圖像1:1進(jìn)行傳遞。每根光纖傳輸圖像的一個(gè)象素，用足夠多、足夠細(xì)的光纖獲得理想的圖像傳輸。在醫(yī)療、工業(yè)、軍事上都有很大用途。2傳像束：采用10

m外徑光纖，象素光纖需2－4萬根。3光纖光錐：一頭大、一頭小，可將輸入圖像放大或縮小。用來將面板輸出圖像耦合到CCD等成像器件上4光纖扭像器：可將輸入圖像扭轉(zhuǎn)180度（倒像）?？蓪⒎聪褡?yōu)檎?，有利于人眼的觀察習(xí)慣。5，密碼器第68頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何光學(xué)第三節(jié)

成像的基本分析方法和計(jì)算公式符號(hào)規(guī)則理想光學(xué)系統(tǒng)—近軸系統(tǒng)物像關(guān)系的作圖法牛頓公式和高斯公式光學(xué)系統(tǒng)的放大率第69頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

幾何光學(xué)的符號(hào)規(guī)則：

1，截距、孔徑角、孔徑高度，物高和像高

2，符號(hào)的規(guī)定第70頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何光學(xué)的符號(hào)規(guī)則：光線自左向右以頂點(diǎn)為起始點(diǎn)，與光線傳播方向一致為正，反之為負(fù)垂軸線段，上為正，下為負(fù)夾角：順時(shí)針為正，逆時(shí)針為本負(fù)焦距：以焦點(diǎn)為起始，順光線為正，逆光線為負(fù)第71頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月單個(gè)折射球面成不完善像

截距是入射角和孔徑角的函數(shù)

第72頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月近軸系統(tǒng)—

孔徑角U很小，相應(yīng)的U′，I，I′也很小，它們的正弦可以用弧度表示(用小寫表示近軸系統(tǒng))第73頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月物象關(guān)系的作圖物像關(guān)系是幾何光學(xué)的基本內(nèi)容；用幾何作圖的方法來理解光學(xué)成像；在制定光學(xué)系統(tǒng)方案時(shí)，經(jīng)常用幾何作圖法進(jìn)行成像關(guān)系的分析；給定光學(xué)系統(tǒng)的焦距和物體的位置、大小、方向，求像的的位置、大小和方向；反過來也一樣。第74頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

物像關(guān)系的作圖法1：

通過焦點(diǎn)—平行光軸，平行光軸—通過焦點(diǎn)

第75頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月物像關(guān)系的作圖法2：

焦面上一點(diǎn)—平行光束，

平行光束—焦面上一點(diǎn)。第76頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月物像關(guān)系的作圖法3：

通過主點(diǎn)的光線方向不變HH′ββ第77頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月物像關(guān)系的作圖法4：共軛光在主面上同位置HH′第78頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月牛頓公式第79頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯公式第80頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月Abbe不變量：單個(gè)折射面，物方與像方的{（n/r）-（n/l）}具有不變量形式根據(jù)上式可以導(dǎo)出以下單個(gè)折射面物像成像關(guān)系式：第81頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月單個(gè)折射面的成像公式第82頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算題1：

玻璃棒一頭磨成R10的半球，求A點(diǎn)D的像A′第83頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算題2：

已知透鏡的參數(shù)和物體的位置，求像的位置第84頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算過程：利用公式１，２，３，第85頁，