第1页：工程光学课程封面
《工程光学》课程封面，标注课程名称与教学主题。
第2页：第一章几何光学基本定律和物像概念
第一章 几何光学的基本定律和物像概念
第3页：光学概述
光学是研究光的本性、光的传播、光与物质的相互作用以及光的实际应用的科学。光主要以波动的形式存在，光的本质是电磁波。
- 光学系统的主要作用：传输光能，并对研究的目标成像
- 几何光学撇开光的波动本性，采用简便实用的几何学方法研究光的传播和成像规律
第4页：第一章目录
- 第一节 几何光学的基本定律
- 第二节 成像基本概念与完善成像条件
第5页：第一节几何光学的基本定律
第一节 几何光学的基本定律
- 一、几何光学的点、线、面
- 二、几何光学的基本定律
- 三、费马原理
第6页：几何光学的点线面
- 点
- 光源、物体、像都看成是点的集合
- 线
- 光波的传播抽象成几何线一样的光线，相当于波面的法线，代表光的传播方向
- 光波由一束光线表示：平面波对应于平行光束，球面波对应于同心光束
第7页：平行光束与同心光束
图示平行光束与同心光束：同心光束对应球形波面，平行光束对应平面波面。
第8页：各类光束及对应的波面
图示各类光束及其对应的波面形状。
第9页：几何光学的基本定律
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，是研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律。
第10页：光的直线传播定律
- 各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播
- 可解释日蚀、月蚀等自然现象，也可解释光照射物体时出现影子等类似问题
- 小孔成像即利用了光的直线传播定律
第11页：光的直线传播图例
图示光的直线传播：影的形成与小孔成像的光路。
第12页：光的独立传播定律
- 当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响
- 光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯即为典型例子
第13页：光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为 n 的介质射向折射率为 n′ 的介质时，在分界面上一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射；反射光线和折射光线的传播方向遵循反射定律和折射定律。
第14页：光线经界面后的传播
图示光线经介质分界面后的传播：入射、反射与折射光线的走向。
第15页：反射定律
- 入射光线、入射点界面的法线、反射光线三者共面
- 入射光线与反射光线分居于法线的两侧
- 入射角与反射角绝对值相等
第16页：折射定律
- 入射光线、入射点界面的法线、折射光线三者共面
- 入射角 I 与折射角 I′ 之间满足折射定律关系式
- 反射定律可看作折射定律中的一个特例
第17页：光路的可逆性
- 射出去的光路在一定条件下可以决定射回的光路
- 利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物
第18页：全反射现象
- 全反射
- 折射角大于等于 90° 时折射光线消失，所有光线反射回原介质的现象
- 临界角
- 折射角等于 90 度时的入射角
光线发生全反射的条件（二者缺一不可）：
注：源文件此处文字重复且表述残缺（原作「折射光线因大于等於折射光线因大于等于90而消失」），已按全反射的标准物理定义整理。
第19页：全反射现象示意
图示全反射现象：折射率较高的介质与折射率较低的介质界面处的光路变化。
第20页：全反射棱镜
全反射的应用举例（1）：全反射棱镜。
第21页：光纤的全反射传光
全反射的应用举例（2）：光纤的全反射传光。
第22页：费马原理
- 费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论
- 以光程的观点描述光传播的规律，涵盖光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义
- 光程：光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积，设折射率为 n、几何路程为 l，光程 s 表示为 s＝nl
第23页：费马原理的极值光程
- 光从一点传播到另一点沿的是极值光程路径，即光沿光程为极大值、极小值或常量值的路径传播，数学表示为光程的一阶变分为 0
- 光程取极大值还是极小值取决于折射表面的曲率及两点之间的位置，大多数情况下是极小值
- 费马原理可以用来证明光的直线传播定律和光的折、反射定律
第24页：第二节成像基本概念与完善成像条件
第二节 成像基本概念与完善成像条件
- 一、物方光线和像方光线
- 二、物和像
- 三、物空间和像空间
- 四、物像的相对性
第25页：物方光线和像方光线
- 光学系统由若干不同介质组成，对光线实现所需的传播
- 光线未通过系统前称为物方光线，物方光线连接着物体
- 光线通过系统后称为像方光线，像方光线连接着物体的像
- 常将光线沿传播直线向任意方向延长，延长后的光线性质不变
第26页：物和像
- 物
- 物方光线的相交点称为物
- 像
- 像方光线的相交点称为像
- 实物
- 物方光线实际相交的点为实物点
- 实像
- 像方光线实际相交的点为实像点
- 虚物
- 物方光线延长后相交的点为虚物点
- 虚像
- 像方光线延长后相交的点为虚像点
（a）实物成实像 （b）实物成虚像 （c）虚物成实像 （d）虚物成虚像
第27页：虚物与虚像光路
图示虚物和虚像：物方光线延长线的交点与像方光线反向延长线的交点。
第28页：物空间和像空间
- 物空间
- 即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率
- 像空间
- 即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率
第29页：物像概念小结
- 光线未通过系统（界面）前称为物方光线，物方光线连接着物体（实物或虚物），物体所在空间为物方空间，物方空间使用系统前方介质折射率
- 光线通过系统（界面）后称为像方光线，像方光线连接着物体的像（实像或虚像），像所在空间为像方空间，像方空间使用系统后方介质折射率
第30页：物像的相对性
物和像都是相对于某一成像系统而言的。如果物体连续经过几个成像系统，则前一个系统所成的像即成为下一系统的物，如此不断成像得到最终的像。因此物和像并不是绝对的，对于连续成像的系统，物与像的角色在具体情况下发生变化，计算时应取相应空间的折射率。
第31页：物像关系举例
实物、虚物、实像、虚像视情况而定，但作为第一个（原始、出发的）物一定是实体。
第32页：第一次课结束
学而不思则罔，思而不学则殆。第一次课结束。
注：源文件此处「罔」误作「惘」，已按《论语》原文订正。
