01 第1章 几何光学基本定律与成像概念.pptx

第1页：工程光学课件封面

本页为《工程光学》课程封面，标示课程名称与本课程的研究主题：以几何光学方法讨论光学系统的成像规律。

第2页：第1章几何光学基本定律与成像概念目录

第1章 几何光学基本定律与成像概念

• §1.1 概述
• §1.2 几何光学的基本定律
• §1.3 光学系统的物像概念

第3页：第一章几何光学的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

§1.1 概述：本章从光的基本传播规律出发，建立几何光学研究光学系统成像问题的基本概念与语言。

第4页：几何光学基本定律（一）

一、几何光学的基本定律

1、光的直线传播定律

光在各向同性的均匀介质中沿直线传播。

2、光的独立传播定律

不同光源发出的光束各自独立传播，彼此相遇时互不影响，在相遇处光强简单叠加。

第5页：光的反射和折射定律

3、光的反射和折射定律——光线入射到两种介质分界面时，一部分返回原介质形成反射光，另一部分进入另一介质形成折射光。

图中标注了入射角 I、反射角 −I″、折射角 I′，以及两侧介质折射率 n 与 n′，并有 n′ = −n 的关系式。

第6页：反射定律与折射定律的表述

反射定律

① 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面；② 反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等、符号相反。

折射定律

① 折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内；② 折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅取决于两种介质的性质。

第7页：光的全反射

4、光的全反射

• ① 光线从光密介质射向光疏介质；
• ② 入射角大于临界角。

满足上述两个条件时，折射光完全消失，入射光能量全部被反射回原介质。

第8页：光路可逆性的应用

5、光路的可逆性：光线的传播路径可以逆向进行，利用这一性质可实现下列应用：

• 全反射棱镜
• 分划板照明
• 360° 平面光束仪
• 光导纤维

第9页：费马原理

二、费马原理：光从一点传播到另一点，其光程为极值。

换言之，光是沿着光程为极值的路径传播的，该原理可统一导出直线传播、反射与折射定律。

第10页：光学系统与物像概念

§1.3 光学系统的物像概念与完善成像条件

一、光学系统与物像概念

物空间

物体所在的空间。

像空间

像所在的空间。

光学系统

由若干光学元件组成。

共轴光学系统

若干光学元件的表面曲率中心在同一直线上，该直线叫作光轴。

第11页：完善成像条件

二、完善成像条件

完善像点

物点发出球面波（同心光束），经光学系统后仍为球面波（同心光束）所对应的像点。

完善像

物体上每个点经光学系统后所成完善像点的集合。

完善成像条件

入射波面为球面波时出射波面也为球面波；或入射光为同心光束时出射光也为同心光束；或物点 A1 与像点 Ak′ 之间任意两条光路的光程相等。

第12页：物像的虚实

三、物像的虚实

本页讨论实物与虚物、实像与虚像的判别：实际光线会聚所成的像为实像，实际光线反向延长线会聚所成的像为虚像，物方同理。

第13页：物像的相对性

四、物像的相对性

本页说明物与像的地位具有相对性：沿光路可逆方向观察时，原来的像可视为新的物，物空间与像空间可以互换，据此可简化复杂光学系统的分析。