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南京大学:《光学》课程教学课件(PPT讲稿)第三章 几何光学的基本原理(Principles of Geometrical Optics)

文档信息
资源类别:文库
文档格式:PPT
文档页数:92
文件大小:2.63MB
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内容简介
§3.1 光线的概念 Concept of Light-Ray §3.2 费马原理(Fermat’s Principle ) §3.3 单心光束实像和虚像 Monocentric Bundle, Real image and Virtual image §3.4 光在平面界面上的反射和折射、光学纤维 §3.5 光在球面上的反射 和折射 §3.7 薄透镜(Thin Lens)
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第3章几何光学的基本原理 (Principles of Geometrical Optics 几何光学是波动光学在一定条件下的近似

第3章 几何光学的基本原理 (Principles of Geometrical Optics ) 几何光学是波动光学在一定条件下的近似

§3.1 光线的概念 Concept of Light-Ray 一,光线与波面 光线:用来表示光的传播方向的几何线。 波面:在光波传播过程中,相位相同的点的集合 所构成的曲面,称为波面

§3.1 光线的概念 Concept of Light-Ray 一. 光线与波面 光线:用来表示光的传播方向的几何线。 波面:在光波传播过程中,相位相同的点的集合 所构成的曲面,称为波面

波面 波线 波面 波线 球面波 平面波

球面波 波面 波线 波面 波线 平面波

二.几何光学的实验定律 (1)光的直线传播定律: 在均匀的各向同性的透明介质中,光沿直线传播 (2)光的独立传播定律和光路可逆原理: 光在不太强时,传播过程中与其他光束相遇时, 各光束相互不受影响,不改变传播方向,各自 独立传播

二. 几何光学的实验定律 (1) 光的直线传播定律: 在均匀的各向同性的透明介质中,光沿直线传播. (2) 光的独立传播定律和光路可逆原理: 光在不太强时,传播过程中与其他光束相遇时, 各光束相互不受影响,不改变传播方向,各自 独立传播

3)光的反射定律和折射定律: 入射面:入射光线和法线决定的平面 反射定律:反射光线在入射面内.入射光线和反 射光线分居法线两侧.入射角等于反射角: i=i议 折射定律:入射光线、法线和折射光线同在入射 面内,入射光线和折射光线分居法线两侧,且有 nsin i=n'smi2

(3) 光的反射定律和折射定律: 入射面: 入射光线和法线决定的平面. 反射定律:反射光线在入射面内. 入射光线和反 射光线分居法线两侧.入射角等于反射角: i = i 折射定律: 入射光线、法线和折射光线同在入射 面内,入射光线和折射光线分居法线两侧, 且有 2 nsin i = n sin i

§3.2费马原理(Fermat'sPrinciple) 1.光程定义: L=ns 因此,光在介质中走过的光程,等于以相同的时 间在真空中走过的距离. B nds

§3.2 费 马 原 理(Fermat’s Principle ) 1. 光程定义: 因此,光在介质中走过的光程,等于以相同的时 间在真空中走过的距离. L = ns C L t= B A  = B A L nds 时间:  = B A nds c t 1

2.费马原理 光在指定的两点间传播,实际的光程总是一个极值 ∫ndk=极值 数学描述 =jn=0 (1)光程为极小值

2. 费马原理 光在指定的两点间传播,实际的光程总是一个极值  = B A nds 极值 数学描述  = = B A L  nds 0 (1) 光程为极小值 B C D A E B

(2)等光程的例子 回转椭球凹面镜 (3)光程为极大值

(2) 等光程的例子 A B (3) 光程为极大值 A B M M  D D 回转椭球凹面镜

由费马原理证明折射定律: 设A点的坐标为(x,0,z1) B点的坐标为(x2,0,2) P点为入射光线与界面的交点, 其坐标为(x,y,0) n 令AP=L1,PB=L2 B 由A点到B点的光程为: L=nL+nL

由费马原理证明折射定律: x y z n1 n2 • A • B • P 设A点的坐标为(x1 , 0, z1 ) B点的坐标为(x2 , 0, z2 ) P点为入射光线与界面的交点, 其坐标为(x, y , 0 ) 令AP=L1,PB=L2 由A点到B点的光程为: L = n1 L1 + n2 L2

凸=(x-x)}+y2+ L2=0-x)+y2+ 根据费马原理 δL=0 即 8(nL+nl)=0 8 (m,4+nm,)=0 ay 分别将L和L2代入上式可得: 急w+w小-+ 2-0 (1) LL

2 1 2 2 1 1 L = (x − x ) + y + z 2 2 2 2 2 2 L = (x − x ) + y + z 根据费马原理 L = 0 即 ( ) 0 1 1 + 2 2 =   n L n L x ( 1 1 + 2 2 ) = 0   n L n L y 分别将L1和L2代入上式可得: ( ) 0 (1) 2 2 1 1 1 1 + 2 2 = + =   L n y L n y n L n L y

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