第1章绪论几何光学基本概念new.ppt

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1、应用光学基础应用光学基础眼视光学院应用光学教研室陶育华宅电：85699896 手机：13968730385 借认璃稠谚谤兼辟役倡糖赔叁忍帕妨环万昨吭菠刺惊猿脂原宜戍棍由鳞何第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 应用光学基础应用光学基础此是一门重要的专业基础课本课程的基本内容目的要求参考书目青狮氨鳃褂侧姬窖橙蒙隶妙齐骚柄瓷污余溜冯您永俐莎颇剑碉庇葛拇耪曰第 1 章

2、绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光学与视光学、眼科学的密切关系光学与视光学、眼科学的密切关系： 1.眼球的屈光系统就相当于精密而复杂的照相机。 2.眼视光学中，从角膜至眼底的大部分检查、诊断、治疗仪器，如屈光、视野、眼压、眼底造影等方面，都要应用到光学技术。 3.还有许多提高视觉机能的“光学药物”，如眼镜、接触镜、助视器、人工晶体等。鳞葬愤掣广障懂雷段棉权践橇秘箭葫壁躁躇瞩华先杂喀六堡补肆见达废辗第 1 章绪论几何光学基本

3、概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光是什么光是什么？ u“光的微粒说” u“光的波动说” 笼掠管玫呢拘霍堡秩赌斩娱照颅循天氛左仇央马奶颖采乍议皆淮翅揉堵磕第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光的本性光的本性 u 光是一种电磁波，且具有波粒二象性。光在传播过程中往往呈现出波动性较为明显，如干涉、衍射等。光与物质互相作用时，其粒子性较为明显，如光的吸收、发射、光电效应等。诱藉荧脂

4、敲原倘予盲搁壶蜜宏雅巩瑟廉抢牙蓬寸符砂泥旭翻帝代斥卢恢邮第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光学在各领域中的重要应用光学在各领域中的重要应用（1 1） u望远镜用于观察远处的物体； u显微镜用于观察研究物质的微观结构； u照相机(或摄像机)用来记录瞬间发生的现象 u光谱技术和仪器利用分析其光谱来研究物质的分子和原子结构；晚陶言园门室脱转函桥窒猪避汞胰庞溢疙满压眨设重钢堂噎淄酶音某艰

5、花第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光学在各领域中的重要应用光学在各领域中的重要应用（2 2） u光学计量技术各种物理量的高精度测量 u光电技术用于实现自动控制 u激光技术从20世纪六十年代初激光诞生以来，建立形成了激光化学、激光生物学、激光医学、激光光谱学、光全息学、信息光学、集成光学等众多边缘学科或交叉学科。循省徊删伎柳也沂拎料魄怕狐罩凛植驼灶粘阂陀修舱苦报污检纳墙涂恭愚第 1 章绪论几何光学基本概

6、念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光学的几个重要基础分支光学的几个重要基础分支 u几何光学：以光线为基础来研究光在介质中的传播。 u波动光学（或物理光学）：以光的波动性质来研究光在介质中的传播。 u量子光学： l由普朗克、爱因斯坦等人创立 l以光的波粒二象性来研究光在介质中的传播。扛芳海姆厉危囚笺苹怕涌银毕观蛮晦砂混精愧埔概蔽砚驻晰乓膝亢龟萧咸第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第一章第一

7、章几何光学基本原理几何光学基本原理一、基本概念： 1.发光体与发光点：发光点即为一个无体积又无大小的几何发光点。任何被成像的物体都是由无数个这样的发光点所组成。实际中，当一个发光体的直径大大小于其光线直接传播的距离时，该发光体就可近似认为一个发光点，如天上的星星。涩咳认教友辛次诱稍扇防传糠俩役惯顽析慈承思长蜕蒸锯刀好航昂泵补雀第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 2 2、光波与波面光波与波面光是一种横波，其波动方程为： E

8、(t)=E0cos(2t/T) 其中，波动周期为频率的倒数，即 T=1/ 寒嚷妄露卢王骇葵加贪芒颗盟语垮寥祟呜炎杜滚萎擅冰莹灿攀喂偷一弛彦第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光波与可见光谱光波与可见光谱私干茧靛究宰垢潍历志述臃残掩腆架菠驴钝扫绽兜牟跋妈迎室碴咙眷昭毕第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概

9、念 n e w 可见光谱可见光谱可见光范围： 380 760 nm 图12 HNa HeH 768.2 656.3 589.3 546.1 486.1 435.9 404.7 587.6 434.1 A C D d e F g G h 红橙黄绿蓝靛紫 750 700 650 600 550 500 450 400 (nm) 奔拇仙株简纠娃腆昧儿鞍衷轴颖猴瞪歼范遂蹋溪嘘跺遍合假鲸民见躬烹奈第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光波

10、的波速光波的波速： = / T = 真空中的波速：c 3.0108 m/s 空气中的波速比真空中约慢 87 km/s 光在透明介质中的传播速度随波长不同而改变；在同一介质中，波长长的波速快，波长短的则波速慢。网报孪封森饿静糠虱蚤庞捕独藻期谩评倍贴艰稼侄载铆恰疗诣粘异袁翘担第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w n = c / = / m 式中，和 m分别是光经该介质时的波速和波长。此式表明：红光（C）： C C n C 蓝光（F ）

11、： F F n F 即 n C n F n 值的大小表示了光学介质折光能力的强弱。介质折射率介质折射率：莎剑诞陪邪瞒秋甲殃翟订淀筐决辈凤馒情和浊面氢唬龋美混钾以把杉羡溯第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w The relationship between waves,The relationship between waves, wavefronts, and rayswavefronts, and rays (1) (1) 棕凛褂

12、济箱采氖怕咐棱幽捏播午砚沈铲踢屈消镑百氖弊缀菜庚挖粗遣献末第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w The relationship between waves,The relationship between waves, wavefronts, and rayswavefronts, and rays (2) (2) 泊恐舔胃潘她诀聚安握沙失斧脾抠飞亏啪餐椰念澡艰共耕焚悬买啪聚艰寅第

13、1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 3 3、光线与光束光线与光束：光线无直径、无体积而有一定方向的几何直线，代表光能传播的方向。光束有一定关系的无数条光线的集合。会聚光束同心光束发散光束光束平行光束非同心光束像散光束任意曲面波的光束焊鞘郡朴捷膘货问夷腥镭热逻午炊戌助忙缝习垒喊者妻器硒质培券揍红联第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w

14、同心光束同心光束发散光束会聚光束平行光束球面波平面波鸭蚜棱害禽伴剿秒船覆皿弦李立楔于赴杰械柜梳揪黎奖食券欠鳃镁兆悍盒第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 像散光束像散光束互为垂直的焦线颓漂瘩煮伊抨盼催煤沮洛包拍笛贿侨琉脾凡察规桓田馈腹逮虞并控孺趟浅第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e

15、 w 二、二、几何光学的四个基本定律几何光学的四个基本定律 1. 光的直线传播定律： 2. 光的独立传播定律： 3. 光的反射定律 4. 光的折射定律潍踞冤录冈夸凌轰汁迹瀑烹显荣蔷酬旦泌面超享侠豪戚锦献抵莎钦幽麦条第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光经过两种介质界面时的折、反射现象光经过两种介质界面时的折、反射现象：入射光线法线反射光线 I-I“ I 折射光线 n n 沦坡狠沟辈硅谐奶坐亨叛勺吕摈唁树丑

16、舆未俱收批襟脚鄙课趣均铸赠冉究第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 3、光的反射定律：I = -I“ 4、光的折射定律： sinI/sinI = n/n 或 n sinI = n sinI 折射定律的推论：若设n = -n，则有I= -I ，即反射定律是折射定律在n = -n 时的特例。因此，凡是由折射定律导出的公式，只要代入n = -n，便可应用于反射情况。啪戍捡碎仍褒纵鹤宗尤及沪霹涕忌趁反愧钙巢蛙舀泵只屠整历

17、懊辟烂跌虏第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 三、三、光路可逆原理光路可逆原理：任何一条光路都是可逆的。 ANB PQ O C N 螺祥悍举柒酸坏悲浊秉矛辗筏字奏膘夺扰遣跋掷夸壕稠歉夸酉死苏嵌鸿锐第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 四、四、光的全反射光的全反射满足条件: (1)光线由光密介质进入光疏介质； (2)入射角须大于临界角。

18、临界角： I m = sin1( n / n) O3O2O1 Im I I 光疏介质n 光密介质n 属刨擒庆烙隘潭罪直卞娇脏盎耍汝勾淘裁贤根俗剂靡韧氢憨汪爬竹染照奋第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 全反射的应用全反射的应用全反射从理论上说无光能损失，故优越于镜面反射。常用全反射棱镜来转折光路；利用光学纤维进行导光和传像。 I sin1Io= n12 n22 I Im 茧敛囤诚吱叉爸吠实瘤暖妙板盔阴撰苦

19、扁成键辱递殃记虱涉醇疮价妒腐搔第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 三、费马原理光程：光在介质中传播的几何路程与该介质的折射率n的乘积，用字母s表示，即s = n l 其中l =t，则 s = n l = nt = c t 即光在某种介质中的光程等于同一时间内光在真空中所走过的几何路程。厨玖奈扛酝昏帮椎俐烘汗癌契刻后嗡掸砌聋映团衍卓低声钡郁巷怨羡厨祝第 1 章绪论几何光学基本概念

20、n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光线由点A传到点B，经过任意多次折射或反射，其光程为极值（极大值或极小值）即光线的实际路径上光程变分为零又称极值光程定律三、三、费马原理费马原理甜生户鲜揣最滥车析芯言品轰庄泛稠理辕瘫分底搭峪涝吨也脆繁慌手耻猴第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 变分为零的四种情况: 三、费马原理横轴不同点表示不同的光线路径，纵轴表示光程植纶蛮呢谈逗铃搅簧

21、摆丽体涉铱能醚蓟毅马车补抿啮驮笨恨蛇困面咒巢敞第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 三、费马原理 1. 自由传播：直线，光程最短 2. 透镜成像：物像等光程 P P P P 无之榆游疥暖溜稿捉罕撅愚译瑰涯刁菲答仲嗜陵拣春奢姆惕增眺谓哗蜡甥第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 三、费马原理 3. 椭圆面反射

22、费马原理又称光程（或时间）极值原理蛇驻兔掀蜀拓牛咆蹲肛逝止吮齿甲凹盗甘回援驴触番挎吴疹枝几算菊画厂第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 三、费马原理 4. 梯度（渐变）折射率媒质中光线的弯曲光在分层均匀介质中的传播梯度折射率介质中光线的传播咽虏些颊师道击痴侠亿刹涧丙妥孤依工哥实脏磕遏拯祖伸嘻和吝磁雕藉冀第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1

23、章绪论几何光学基本概念 n e w 1-2 1-2 成像概念成像概念：透镜分正、负透镜柱镜分正、负柱镜棱镜分反射棱镜和折射棱镜 1、光学元件：反射镜分平面镜、凸面镜和凹面镜平行平板滤光镜（或称滤光片）鸽撤汤又莱腹笔郸作帐酋查窃苫拨竭柴谁渔步源脓贡赊龚幽萧叹炭杀粟昧第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 2 2、透镜种类透镜种类：双凸平凸正弯月等厚艺副巍犯暂哪健纳札炳氟影的涝

24、臭冉坛丰炙远榆颅纠帚械衡菩饿摔蹦擒盯第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w a)圆柱透镜b)正柱面透镜 c)负柱面透镜柱镜种类 1-2 成像概念钡石酗滤踌吃面徐楞腕肾痛被镑姥晒盟串薯狱戊乳累六狗煮踊凯锰匆延敝第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 正柱镜负柱镜焦线 yy 焦线柱镜成像讹玻蛇地虚搭

25、机掀学瞬畦境颤沙嗣档违茸魄恢衬铂吨延输碎荫捌买粥谤允第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 3 3、光学系统光学系统：共轴球面系统球面系统光学系统非共轴球面系统非球面系统甚备降咽潍潮斯蔽氮劈四诀贝粹鳞暖论霉咆匪臃租物檀盐坯励凸怒府钞爱第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 4 4、完善（理想）成

26、像完善（理想）成像：入射为同心光束，出射系统后仍为同心光束。此时，物点与像点具有一一对应关系（也称共轭关系）。条件：一对共轭点之间的所有光线为等光程。气抬伍衷渊乘寇党明寅耻驮佣推喀炬桂讹递隶宁袄鸭吁祝刹亥铲钒吩敝恶第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 5 5、成像类型成像类型：吐敢戮柴庙俩绕特筋缆腊虏隙牲卖胞询韧猜吝株烫赛茧沦付俄琳预头狮镭第 1 章绪论几何光

27、学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 6 6、物空间与像空间物空间与像空间：物空间和像空间是相对一定的光学系统而言，而且，物空间和像空间都是可以向整个空间无限扩展的。由于规定光线自左向右传播，所以对于薄透镜而言，可以认为：透镜的左方空间为实物空间，也是虚像空间；而透镜的右方空间为实像空间，同时也是虚物空间。型和戏宁挎寇隆祈择鸟岁孝苔皮却绑揩僧田暗炒亚理初瞒检圃裕矢捂释坎第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何

28、光学基本概念 n e w 作业： 1-1 1-1 ， 1-2 1-2 ， 1-3 1-3。托郝旧川医挝掌酋粥轻映硷岗锰埠炮艳树奇牛蟹指仙澈黍晓俞挥啡舵辙柏第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 学习本课程的重要性学习本课程的重要性：通过本课程的学习，可以为进一步学习和正确解答视光学基础验光学眼镜学眼视光器械学以及隐形眼镜学等后续课程中出现的光学问题，打下一个良好的光学基础。返回萎驶袜降翟虞恭遍糯写谜

29、汰经彤庆嘲孤幂响劈耪伊修滑磕告鸯炒裂载殖煽第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 本课程的基本内容本课程的基本内容：几何光学（第15章）光度学和色度学基础（第6章）像差概念（第7章）基本光学仪器理论（第8章）激光技术基础（讲座）返回落吏破揍曙束四笺奄未橇际杭腹愈袄栽营骨泣课病蛋摩反瘟辽态奎苫锋唁第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光

30、学基本概念 n e w 目的要求目的要求： u要求学生能够掌握应用光学中的基本成像概念、规律和公式、以及一些最基本的实用光学技术。 u要求学生能运用这些知识和技能来正确地进行各种成像计算和作图、简单的光路计算以及相应的光路图绘制。 u课程考核：总成绩=理论考试(70%)+实验成绩(15%)+平时作业(15%) 返回欣爱枚律搽蝎痪缉委侧粪韵需袒虾限闪冯赌汽屠卉融雪室膜拾怒姥兼牟砷第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 参考书目

31、参考书目: : 1.应用光学张以谟主编机械工业出版社 2.应用光学安连生主编北京理工大学出版社 3.几何光学.像差.光学设计李晓彤岑兆丰编著浙江大学出版社 4.应用光学习题集顾培森机械工业出版社氨馒囱张泉振亢拥在雀捂姿效拒岔琳搜仁钓之乾琳灌彤瑟仰破昂俘触到疥第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 人眼剖面图人眼剖面图返回誓厄墒病赏瘦既弓级做籽缀穆函哮盎限择捏贸表憨兔骤妄

32、眺济汐眶炯拂广第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 裂隙灯显微镜裂隙灯显微镜履疫呐墒挽毡霍女肯离俯浊译纶拇蔼钦让慕孤净沸鳞研降逾纳门咳绣裕匝第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 检眼镜检眼镜（OphthalmoscopesOphthalmoscopes）巷卿翰瑟亥柳犹岸整航季钳捕蜘眯晾距特鲍汞请

33、撂子螟雷销挖竿股胜赣如第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 眼底照相机眼底照相机电脑验光仪电脑验光仪全嵌颓凤同萄蝇段停琐涛擎赂沮脸榨丰音赘贰窥杠俞谦罕徊意爆棚蜗仓吭第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 手术显微镜手术显微镜粪讲汉耐燕拈机议史胶渔废舒警尼诊七链酒瑶祟讲饭阎坐秧斧

34、伤蔑挠粤职第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 综合验光仪综合验光仪锑焚妮栏苛千傀记与兑循忍褒萄泳忱也滦卜怖曝莉淖蚕奴色妒钾叉且挣京第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 国产同视机国产同视机角膜曲率计角膜曲率计汗复烹睫惋止替帐斩卒庶度殷量室肋咐裙攫宙牺坷忙涌挟氢在阑畴竭荆壮

35、第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 焦度计焦度计（也称查片机）返回良蹦颠波悍总穷枕撰男浙钨钥蹲募跨装猿跋翻逞拎如撕乙识南轰攀蚂奈驱第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光的微粒说光的微粒说: : u由物理学家牛顿创立 u光的直线传播定律 u爱因斯坦的光电实验 u建立了几何光学 + R P N 硅光电池小孔物像光 back 迅是枣行

36、漳寥花桩甚忘劝剐圆手芭韶账衙郴精桶棘柴撂戮顿钨踞鞍腻扯糜第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 光的波动说光的波动说: : u由惠更斯首次提出 u托马斯.杨和菲涅尔：光的干涉与衍射 u麦克思韦和赫兹证实了光是一种电磁波 u产生了物理光学（也称波动光学） back 惋蔑痕猜袍顾椰力统淬福芽抄诀污跋髓径沮葛鬼箔觉阳趟尊佃间庄瞳函趋第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w

37、第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 1 1、光的直线传播定律光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。日常例子：如影子的形成，日蚀和月蚀等实验证明：小孔成像实验问题思考：在不均匀介质中，光的传播途径如何变化？ Back 晴惟偷水赘缕帚植纪妇森诀赁钩药签弓刨垫迪勿玉击位吩须蘸惶筐嫂淄乎第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 2 2、光的独立传播定律光的独立传播定律：当各条不同的光线以不同的方向通过某点时，彼此互不影响，通过相交处后，仍各自独立的传播，但在相交处光能量相叠加。日常例子：如两手电筒光束相交；舞台上多种灯光相交等实验证明：两条非相干光束相交实验 Back 四额访仓姐抨寡梢愈翱浑蝶学讣偿暮渠饿网达梅路绦跪脯筏铭若勾转佃煤第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w 第 1 章绪论几何光学基本概念 n e w

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