安徽科技学院：《工程光学》课程教学资源（PPT课件）第一章 几何光学基本定律与成像概念

第一章 几何光学基本定律 与成像概念 安徽科技学院电气与 电子工程系

1 第一章 几何光学基本定律 与成像概念 安徽科技学院 电气与 电子工程系

主要内容 以光线为对象用几何方法来研究：光 在介质中的传播规律，以及光学系统 的成像特性。 一、几何光学基本定律 二、成像的概念与完善成像条件

2 主 要 内 容 以光线为对象用几何方法来研究：光 在介质中的传播规律，以及光学系统 的成像特性。 一、几何光学基本定律 二、成像的概念与完善成像条件

§1.1几何光学的基本定律 一、基本概念 1.光波 ● 光具有波粒二象性 ● 本质：电磁波，390760nm 传播速度：c=3X10m/s,n=cv 单色光和复色光

3 §1.1 几何光学的基本定律 一、基本概念 1.光波 ● 光具有波粒二象性 ● 本质：电磁波，390～760nm ● 传播速度：c=3×108m/s，n=c/v ● 单色光和复色光

2. 光源 ● 光源（发光体)：任何能够辐射光能的物体。 例如：太阳、烛焰、钨丝白炽灯、日光灯、高压水 银荧光灯等。 ·点光源：辐射光能的几何点。可看成几何上的 点，只有空间位置无体积的光源。 3.光线 由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何 线，它代表光的传播方向

4 2. 光源 ● 光源（发光体）：任何能够辐射光能的物体。 例如：太阳、烛焰、钨丝白炽灯、日光灯、高压水 银荧光灯等。 ● 点光源：辐射光能的几何点。可看成几何上的 点，只有空间位置无体积的光源。 3. 光线 由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何 线，它代表光的传播方向

4.波面与光束 ·波面：振动位相相同的点在某一时刻所构成的 曲面。 光束：与波面对应的法线束。 平面光波 球面光波 球面光波 任意曲面光波 平行光束 发散光束 汇聚光束 像散光束 图1-1波面与光東的分类

5 平面光波 球面光波 球面光波 任意曲面光波 平行光束 发散光束 汇聚光束 像散光束 4.波面与光束 ● 波面：振动位相相同的点在某一时刻所构成的 曲面。 ● 光束：与波面对应的法线束

二、几何光学基本定律 1.光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线 传播 2.光的独立传播定律：两束光在传播途中相遇时互 不干扰，即每一束光的传播方向及其他性质（频 率、波长、偏振状态)都不因另一束光线的存在 而发生改变 3.光的反射折射定律：

6 二、几何光学基本定律 1.光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线 传播 2. 光的独立传播定律：两束光在传播途中相遇时互 不 干扰，即每一束光的传播方向及其他性质(频 率、波 长、偏振状态)都不因另一束光线的存在 而发生改变 3. 光的反射折射定律：

(1)光的反射定律：反射线位于入射面内，反射线和 入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，即 -I"=1 (2)光的折射定律：折射线位于入射面内折射线与 入射线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的 正弦之比为一与入射角无关的常数，即

7 − = I I  (1) 光的反射定律：反射线位于入射面内，反射线和 入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，即 I -I n n  I (2) 光的折射定律：折射线位于入射面内,折射线与 入射线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的 正弦之比为一与入射角无关的常数，即

sinL_力或 nsin I =n'sin I' sin/' n 光的反射定律也可以由 折射定律令n'=得到 介绍 *漫射：当界面粗糙时，各入射点处法线不平行，即使入 射光是平行的，反射光和折射光也向各方向分散开一漫 反射或漫折射

8 sin sin sin sin I n n I n I I n  = =    或 介绍 *漫射：当界面粗糙时,各入射点处法线不平行,即使入 射光是平行的,反射光和折射光也向各方向分散开—漫 反射或漫折射。 I -I n n  I 光的反射定律也可以由 折射定律令 n n  = − 得到

三、折射率 Qg'=0t,O0=02i sin I= o0' sin I'= 001 o0' 001 即 sinI Q0' sin I' 00' U2 ∴.n21= 4 U2 光在真空中的 平行光的折射 传播速度为c C C n= n=- n'=c U U2 U, 折射率较天的介质称为光密个质 , 折射率较小的介质称为光疏介质

9 三、折射率 1 2 1 21 2 sin , sin sin sin QQ OO I I OQ OQ I QQ I OO n       = =    = =    = 即 QQ t OO t 1 2  = ,  = 平行光的折射 n n  I I o Q O Q 光在真空中的 传播速度为c  c n = 1 21 1 2 2 c c n n n n n      = = = =  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

有 n=f02/f2,c=f2 思考 介质中的光频是否等于真空中的光频？ 在线性介质的光场中，光的扰动频率仅由光源决定，它 与传播的介质无关。同一谱线的光波在不同介质中虽然 有不同速度，但其频率是不会改变的，均同于真空中的 光频，即 6=fn= 或= 入 n n>1,介质中的波长变短了！ 10

10 0 0 0 0 有 n f f c f = =    / , n f f n 0 0 0     =  = 或 = 介质中的光频是否等于真空中的光频? 思 考 在线性介质的光场中，光的扰动频率仅由光源决定，它 与传播的介质无关。同一谱线的光波在不同介质中虽然 有不同速度，但其频率是不会改变的，均同于真空中的 光频，即 n > 1，介质中的波长变短了！