高等教育出版社：《物理学教程》教材电子教案（PPT课件，马文蔚第二版）第十三章 几何光学简介 13-1 几何光学基本定律

13-1几何光学基本定律 物理学教程 (第二版) 一.反射和折射定律 入射面：入射光线与法线构成的平面. 反射定律i= 入射面 法线 入射光 反射光 折射定律 sin i n2 分界面 2二n12 ny sin i2 n n2 相对折射率 折射光 C真空光速 绝对折射率：介质相对于真空折射率n= )介质光速 *第十三章几何光学

13 – 1 几何光学基本定律 * 第十三章 几何光学 物理学教程 （第二版） 一 . 反射和折射定律 相对折射率 入射面：入射光线与法线构成的平面. 法线 入射光 2 i 折射光 反射光 入射面 1 i 1 i 分界面 n1 n2 ➢ 反射定律 1 1 i = i ➢ 折射定律 1 2 1 2 2 1 sin sin n n n i i = = ➢ 绝对折射率: 介质相对于真空折射率 v c n = 真空光速 介质光速

13-1几何光学基本定律 物理学教程 (第二版) > 折射定律 2=n12 n sin i =n sin i sin iz n 几种常用介质的折射率=589.3m >折射率n与介 媒质 折射率n 质和光的波长有关. 空气 1.00029 通常由实验测定 水 1.333 >两种介质相比 普通玻璃 1.468 把折射率较大的介 冕牌玻璃 1.516 质称为光密介质， 火石玻璃 1.603 折射率较小的介质 1.755 称为光疏介质. 重火石玻璃 *第十章几何光学

13 – 1 几何光学基本定律 * 第十三章 几何光学 物理学教程 （第二版） 1 1 2 2 ➢ 折射定律 n sin i = n sin i 1 2 1 2 2 1 sin sin n n n i i = = 注意 ➢ 折射率 n 与介 质和光的波长有关 . 通常由实验测定. 几种常用介质的折射率 媒质 折射率 n 空气 1. 00029 水 1. 333 普通玻璃 1. 468 冕牌玻璃 1. 516 火石玻璃 1. 603 重火石玻璃 1. 755 = 589.3nm ➢ 两种介质相比 把折射率较大的介 质称为光密介质 , 折射率较小的介质 称为光疏介质

13-1几何光学基本定律 物理学教程 (第二版 二.全反射 入射光 反射光 > 全反射条件：n1>n2 sin in2 inxi n sin i2 n n2 临界角：当2=/2时 折射光 i=ic arcsin(n2/n) 入射光 反射光 当入射角i1≥i。时， 产生全反射.若不计介质 的吸收，则反射光的能量 n 等于入射光的能量 全反射 n2 *第十三章几何光学

13 – 1 几何光学基本定律 * 第十三章 几何光学 物理学教程 （第二版） 二 . 全反射 当入射角 i1  i c 时, 产生全反射. 若不计介质 的吸收，则反射光的能量 等于入射光的能量. 入射光 2 i 折射光 反射光 1 i 1 i n1 2 n ➢ 全反射条件: n1  n2 1 2 2 1 sin sin n n i i = 临界角: 当 i 2 = π 2 时 arcsin( ) 1 n2 n1 i i = c = 入射光 反射光 1 i 1 i n1 2 全反射 n 2 1 i  i

13-1几何光学基本定律 物理学教程 (第二版 全反射的应用 在许多光学仪器中， 全反射棱镜 为了在不损失光的能量 的条件下改变光的传播 方向，常常运用全反射 原理制成相关的光学器 件装在仪器中. 双筒望远镜 *第十三章几何光学

13 – 1 几何光学基本定律 * 第十三章 几何光学 物理学教程 （第二版） 双筒望远镜 ➢ 全反射的应用 在许多光学仪器中, 为了在不损失光的能量 的条件下改变光的传播 方向 , 常常运用全反射 原理制成相关的光学器 件装在仪器中. 全 反 射 棱 镜

13-1几何光学基本定律 物理学教程 (第二版) 物镜接光源 传光束 内窥镜 光学纤维 传像束 光学纤维通过光线在 目镜 内芯与外套界面上发生全 控制钮 反射来传递各种信息.如 果将光学纤维聚集成束， 内芯 使其两端纤维排列的相对 位置相同，这样的纤维束 n1>n2 外套 就可以传递图像，医学上 用光学纤维制成内窥镜 光学纤维 *第十三章几何光学

13 – 1 几何光学基本定律 * 第十三章 几何光学 物理学教程 （第二版） 内 窥 镜 光学纤维 光学纤维通过光线在 内芯与外套界面上发生全 反射来传递各种信息 . 如 果将光学纤维聚集成束 , 使其两端纤维排列的相对 位置相同 , 这样的纤维束 就可以传递图像 , 医学上 用光学纤维制成内窥镜. 外套 内芯 1 n 2 n n1  n2

13-1几何光学基本定律 物理学教程 (第二版 例光学纤维玻璃芯和外套的折射率分别为n1和 n2,且n1>n2,垂直于端面外的介质的折射率为no. 试证明：能使光线在光学纤维中发生全反射的入射光 束的最大孔径角为 nosin =n-n 其中no si i1称为光纤的数值孔径. n2 解：根据折射定律 no sin i =n sini sin =cosiz=1-sin 2iz 全反射sini2≥n2/n ,sn4≤ni11 n n no sin i yn-n *第十三章几何光学

13 – 1 几何光学基本定律 * 第十三章 几何光学 物理学教程 （第二版） 例 光学纤维玻璃芯和外套的折射率分别为 n1 和 n2 , 且 , 垂直于端面外的介质的折射率为 n0 . 试证明 : 能使光线在光学纤维中发生全反射的入射光 束的最大孔径角 为 n1  n2 2 2 2 0 1 1 n sin i = n − n 其中 0 sin 1 称为光纤的数值孔径. n i 1 i 2 2 2 0 1 1 n sin i = n − n 1 n 2 n 1 i 1 i 2 i 0 解：根据折射定律 n 0 1 1 1 n sin i = n sin i 2 2 1 2 sin i = cosi = 1−sin i 2 2 1 全反射 sin i  n n 2 1 2 2 0 sin 1 1 1 n n n i  n −