《光学》课程教学资源（课件讲稿）第一章 几何光学 第一节 几何光学的基本定律

Optics第一章几何光学1-01几何光学的基本定律1.1几何光学三定律1.2全反射1.3棱镜与色散1.4光的可逆性原理

Optics 1 第一章 几何光学 1-01 几何光学的基本定律 1.1 几何光学三定律 1.2 全反射 1.3 棱镜与色散 1.4 光的可逆性原理

Optics1.0几何光学定义：撇开光的波动本性，仅以光的直线传播、反射/折射定律为基础，研究光在透明介质中的传播问题。适用范围：1.光学系统的尺度远大于光波的波长（n的均匀范围远大波长）；2.介质是各向同性的（n是各向同性的）；3.光强不是很大（n与光强无关）；特点：原理简单、计算复杂，计算软件（追迹）的发展替代了复杂的计算3

Optics 3 定义：撇开光的波动本性，仅以光的直线传播、反射/折射定律为基 础，研究光在透明介质中的传播问题。 适用范围： 1. 光学系统的尺度远大于光波的波长 （n的均匀范围远大波长）； 2. 介质是各向同性的 （n是各向同性的）； 3. 光强不是很大（n与光强无关）； 特点：原理简单、计算复杂，计算软件（追迹）的发展替代了复杂 的计算 1.0 几何光学

Optics1.1几何光学三定律光线（Rayoflight）：用一条表示光传播方向的几何线来代表光，称这条几何线为光线几何光学三定律1.直线传播定律：在均匀介质中光沿直线传播2.独立传播定律：不同方向的光线相交，不影响每一光线的传播3.反射(Reflection)、折射(Refraction)定律：在两种媒质的界面发生反射、折射

Optics 4 光线（Ray of light）： 用一条表示光传播方向的几何线来代表光，称这条几何线为光线 几何光学三定律 1. 直线传播定律：在均匀介质中光沿直线传播 2. 独立传播定律：不同方向的光线相交，不影响 每一光线的传播 3. 反射(Reflection)、折射(Refraction)定律： 在两种媒质的界面发生反射、折射 1.1 几何光学三定律

Optics直线传播定律：QP在均匀媒质中，光沿直线传播如果介质是非均匀的，则光的传播将会发生偏折，即不再沿着一条直线传播。但是，总可以设法发现光传播的路径，这条路径是折线或曲线根据这一事实，也可以得出这样的结论，既然在媒质中，光总是沿直线、折线、或曲线传播，那么就可以用一条几何上的线来描述和研究光的传播，这就是“光线

Optics 直线传播定律： P Q • 在均匀媒质中，光沿直线传播 • 如果介质是非均匀的，则光的传播将会发生偏折，即不再沿着一条直 线传播。 • 但是，总可以设法发现光传播的路径，这条路径是折线或曲线。 • 根据这一事实，也可以得出这样的结论，既然在媒质中，光总是沿直 线、折线、或曲线传播，那么就可以用一条几何上的线来描述和研究 光的传播，这就是“光线”

Optics独立传播定律：光波在空间相遇，各自独立传播，互不干扰ANEWSCORPORATIONCOMPANY若是粒子相遇，则将发生碰撞，各自的状态都将改变

Optics 独立传播定律： 若是粒子相遇，则将发生碰撞，各自的状态都将改变 光波在空间相遇，各自 独立传播，互不干扰

Optics光的反射、折射定律1）都在入射面(lncidentplane)内入射面：入射光线和界面法线构成的平面2）反射角等于入射角3）折射角、入射角正弦之比等于相对折射率

Optics 7 光的反射、折射定律 1）都在入射面(Incident plane)内 入射面：入射光线和界面法线构成的平面 2）反射角等于入射角 3）折射角、入射角正弦之比等于相对折射率

Optics光的反射定律1）反射光在入射面内2）反射角等于入射角入射面nii界面i=i8

Optics 8 光的反射定律 i  i 1）反射光在入射面内 2）反射角等于入射角 界面 i i 入射面 n 

Optics折射、反射定律：折射率(Refractiveindex，Indexofrefraction)：n=c/y绝对折射率：媒质对直空的相对折射率niz = nz / n相对折射率：两种介质之间的折射率之比。光密媒质（opticallydensermedium)：折射率大，光速小光疏媒质（opticallythinnermedium)：折射率小，光速大真空：n=1&：介电常数c/v=/ou=n山：磁导率9

Optics 9 折射、反射定律： 折射率( Refractive index, Index of refraction)： 绝对折射率：媒质对真空的相对折射率 n c v  / 相对折射率：两种介质之间的折射率之比。 12 2 1 n n n  / 光密媒质(optically denser medium)：折射率大，光速小 光疏媒质(optically thinner medium)：折射率小，光速大 真空：n = 1 c v n /    ：介电常数 ：磁导率

Optics光的折射定律1）折射光在入射面内2）折射角、入射角正弦之比等于相对折射率n2相对折射率：n12nin入射面界面Snell定律n sini, =n, sini,定律Snell-Descartes10

Optics 10 光的折射定律 1）折射光在入射面内 2）折射角、入射角正弦之比等于相对折射率 相对折射率：𝑛12 = 𝑛2 𝑛1 1 1 2 2 n i n i sin sin  Snell定律 Snell-Descartes 定律 1 i 1 i 2 i 界面 入射面 n 

Optics例1：水下的光点（角度很小时）-V-n=lx0MV411yn~30Q--xynsini=sini'taniyVl-n?sin?ixtanisinicosi2tan i'tan i'sini'cosincosi3山1若讠较小：24ny11

Optics 11 例1：水下的光点 (角度很小时)