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第10章 几何光学的近轴理论
10.2 几何光学的基本概念 1、几何光学是关于物体所发出的光线经光学系统成像的理论。 2、几何光学是建立在实验的基础之上的。 3、几何光学中光的物理模型是几何学上的线即”光线”。 4、“光线”模型来自于物理实验。 一、几何光学的实验定律
1、光的直线传播定律 在均匀介质中光沿直线传播。非均匀介质光的传播发生偏折。 几何光学的局限: a.几何光学是关于光的唯象理论b.不涉及光的物理本质。c.对于光线是无法从物理上定义其速度的;d.在几何光学领域也无法定义诸如波长、频率、能量等物理量。
2、光的反射定律 a.发射光在入射面内b.反射角等于入射角。 3、光的折射定律Snell定律法国笛卡尔定律 折射率只与两种介质有关。 光的色散一束平行的白光复色光 从一种媒质例如真空或空气射入另一种媒质时只要入射角不等于0不同颜色的光在空间散开来。说明不同颜色的光具有不同的折射角即不同的折射率。
4、光路可逆原理 光线如果沿原来反射和折射方向入看时则相应的反射和折射光将沿原来的入射光的方向。可以说是物像共轭
二、费马Fermat原理 光实际传播的路径是与介质有关的。 两点间光的实际路径是光程平稳的路径。 椭球面内两焦点间光的路径光程是恒定的。 在椭球面上一点作相切的平面和球面则经平面反射的光线中实际光线光程最小经球面反射的光线中实际光线光程最大。 抛物面焦点发出的光反射后变为平行光汇聚在无穷远处光程为极大值。 物像之间的等光程性 物点Q与像点Q‘之间的光程总是平稳的即不管光线经过何路径凡是由Q通过同样的光学系统到达Q’的光线都是等光程的。
三、几何光学定律成立的条件 1、光学系统的尺度远大于光波的波长。 2、介质是各向同性的。 3、光强不是很大 10.3 反射与折射的应用
10.3.1 光在平面上的反射 “虚光线”与“虚像” 平面镜可以严格成像。
10.3.2 光在平面上的折射
1、折射光 来自同一点光源的入射光经平面折射后其折射光线的反向延长线不再汇聚于同一点。因而严格说来折射是不能成像的。 不是不能成像而是不能严格成像。
2、棱镜 3、全反射 4、全反射棱镜 5、光纤 单根光纤不能传输图像
