1、簡(jiǎn)單地說(shuō)，大量光子顯波動(dòng)性，少量光子顯粒子性，光在傳播過(guò)程中主要表現(xiàn)為波動(dòng)性，當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，主要表現(xiàn)為粒子性。光的顏色是由光的波長(zhǎng)決定。從380nm到760nm (1nm=10-9m)之間為可見(jiàn)波段，其顏色為380nm430nm紫、430nm485nm藍(lán)、485nm550nm綠、550nm585nm黃、 585nm610nm橙、610nm760nm紅， 其他小于380nm的為紫外波段大于760nm為紅外波段，這些波段為不可見(jiàn)光波段光子與電子的異同：光子學(xué)也可稱(chēng)光電子學(xué)，它是研究以光子代替電子作為信息載體和能量載體的科學(xué)，主要研究光子是如何產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。光子技術(shù)，主要是研究光

2、子的產(chǎn)生、傳輸、控制和探測(cè)的科學(xué)技術(shù)。現(xiàn)在，光子學(xué)和光子技術(shù)在信息、能源、材料、航空航天、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，必將促進(jìn)光子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。 nll Niiilnl1 BAlnld均勻介質(zhì) 經(jīng)過(guò)N種均勻介質(zhì)介質(zhì)折射率是逐點(diǎn)連續(xù)改變 30 0d BAlnl31323334 單心光束、實(shí)象和虛象單心光束、實(shí)象和虛象一、單心光束、實(shí)象和虛象一、單心光束、實(shí)象和虛象 如果僅考慮光束的傳播方向而不討論其它問(wèn)題，那么一個(gè)光如果僅考慮光束的傳播方向而不討論其它問(wèn)題，那么一個(gè)光束可以看成是由許多光線構(gòu)成的。根據(jù)這個(gè)概念可以把發(fā)光點(diǎn)看束可以看成是由許多光線構(gòu)成的。根據(jù)這個(gè)概念可以把發(fā)光點(diǎn)看做是一個(gè)

3、發(fā)散光束的頂點(diǎn)，做是一個(gè)發(fā)散光束的頂點(diǎn)，凡是具有單個(gè)頂點(diǎn)的光束叫做單心光凡是具有單個(gè)頂點(diǎn)的光束叫做單心光束。束。如果在反射或折射之后光線的方向雖然改變了，但光束中仍如果在反射或折射之后光線的方向雖然改變了，但光束中仍然能找到一個(gè)頂點(diǎn)，也就是說(shuō)光束的單心性沒(méi)有遭到破壞，那么然能找到一個(gè)頂點(diǎn)，也就是說(shuō)光束的單心性沒(méi)有遭到破壞，那么這個(gè)頂點(diǎn)便是發(fā)光點(diǎn)這個(gè)頂點(diǎn)便是發(fā)光點(diǎn)P的象。在這種情況下，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)都給出一的象。在這種情況下，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)都給出一和它對(duì)應(yīng)的象點(diǎn)。和它對(duì)應(yīng)的象點(diǎn)。如果光束中各光線實(shí)際上確是在該點(diǎn)會(huì)聚的，如果光束中各光線實(shí)際上確是在該點(diǎn)會(huì)聚的，那么這個(gè)聚點(diǎn)叫做實(shí)象。那么這個(gè)聚點(diǎn)叫做實(shí)象。如

4、果反射或折射后的光束仍是發(fā)散的，如果反射或折射后的光束仍是發(fā)散的，但是把這些光線反向沿長(zhǎng)后仍能找到光束的頂點(diǎn)，則光束仍保持但是把這些光線反向沿長(zhǎng)后仍能找到光束的頂點(diǎn)，則光束仍保持單心性。單心性。這個(gè)發(fā)散光束的會(huì)聚點(diǎn)叫做虛象。這個(gè)發(fā)散光束的會(huì)聚點(diǎn)叫做虛象。二、實(shí)物、實(shí)象、虛象的聯(lián)系與區(qū)別二、實(shí)物、實(shí)象、虛象的聯(lián)系與區(qū)別由于光能量包含在光束之中，所以只有當(dāng)光束進(jìn)入人眼時(shí)，方能由于光能量包含在光束之中，所以只有當(dāng)光束進(jìn)入人眼時(shí)，方能引起視覺(jué)效應(yīng)。人眼所能看到的，即能成像于視網(wǎng)膜上的只是光束的引起視覺(jué)效應(yīng)。人眼所能看到的，即能成像于視網(wǎng)膜上的只是光束的頂點(diǎn)，而不是光束本身。另一方面光在通過(guò)混濁物時(shí)，我

5、們似乎可以頂點(diǎn)，而不是光束本身。另一方面光在通過(guò)混濁物時(shí)，我們似乎可以看到光束。看到光束。 (d)人眼的感覺(jué)是直接沿剛剛進(jìn)入瞳孔前的光線方向來(lái)判斷光束發(fā)散頂點(diǎn)的人眼的感覺(jué)是直接沿剛剛進(jìn)入瞳孔前的光線方向來(lái)判斷光束發(fā)散頂點(diǎn)的位置，位置，“物點(diǎn)物點(diǎn)”和和“象點(diǎn)象點(diǎn)”都不過(guò)是進(jìn)入瞳孔的發(fā)散光束的頂點(diǎn)，對(duì)眼都不過(guò)是進(jìn)入瞳孔的發(fā)散光束的頂點(diǎn)，對(duì)眼睛來(lái)說(shuō)引起的視覺(jué)都沒(méi)有什么不同。睛來(lái)說(shuō)引起的視覺(jué)都沒(méi)有什么不同。三種情況無(wú)法單獨(dú)用眼睛來(lái)直接辨別光束的頂點(diǎn)是否有實(shí)際光線通過(guò)。三種情況無(wú)法單獨(dú)用眼睛來(lái)直接辨別光束的頂點(diǎn)是否有實(shí)際光線通過(guò)。（b）不能看到實(shí)物。（）不能看到實(shí)物。（c）虛象所在之處沒(méi)有光線通過(guò)。）虛

6、象所在之處沒(méi)有光線通過(guò)。 光在平面界面上的反射和折射、光學(xué)纖維光在平面界面上的反射和折射、光學(xué)纖維一、光在平面上的反射一、光在平面上的反射（根據(jù)反射定律）（根據(jù)反射定律） 點(diǎn)與點(diǎn)與P點(diǎn)相對(duì)鏡面來(lái)說(shuō)是對(duì)稱(chēng)的。因此，平面鏡是一個(gè)最簡(jiǎn)單的，點(diǎn)相對(duì)鏡面來(lái)說(shuō)是對(duì)稱(chēng)的。因此，平面鏡是一個(gè)最簡(jiǎn)單的，不改變光束單心性的，能成完善象的光學(xué)系統(tǒng)。不改變光束單心性的，能成完善象的光學(xué)系統(tǒng)。 NPPNP二、光束單心性的破壞二、光束單心性的破壞光線在折射率不同的兩個(gè)透明物質(zhì)的平面分界面上反射時(shí)單心光束仍能維持單心光束，光線在折射率不同的兩個(gè)透明物質(zhì)的平面分界面上反射時(shí)單心光束仍能維持單心光束，但折射時(shí)，除平行光束折射時(shí)

7、仍維持平行光束外，單心光束將被破壞。但折射時(shí)，除平行光束折射時(shí)仍維持平行光束外，單心光束將被破壞。 點(diǎn)點(diǎn) ),0(:),0(:),0(:)0 ,(:)0 ,(:22112211yPyPyPxAxA2122212121)1(xnnynny2312222112132221tg) 1(1tg) 1(innnnyyinnyxP 單心光束的波面是球面，在平面界面上折射后，波面的形狀發(fā)生變單心光束的波面是球面，在平面界面上折射后，波面的形狀發(fā)生變化，不再是球面了。從微分幾何知道，在任何曲面的每一點(diǎn)上有兩個(gè)化，不再是球面了。從微分幾何知道，在任何曲面的每一點(diǎn)上有兩個(gè)主曲率半徑，這兩條相互垂直的象線實(shí)際上就是

8、一個(gè)很小的曲面元的主曲率半徑，這兩條相互垂直的象線實(shí)際上就是一個(gè)很小的曲面元的曲率中心的軌跡。以后將會(huì)看到，只要光束的波面元不是嚴(yán)格的球面，曲率中心的軌跡。以后將會(huì)看到，只要光束的波面元不是嚴(yán)格的球面，都具有這種稱(chēng)為象散的特性。都具有這種稱(chēng)為象散的特性。P發(fā)出的光束幾乎垂直于界面時(shí)發(fā)出的光束幾乎垂直于界面時(shí) 稱(chēng)為象似深度。稱(chēng)為象似深度。 ynnyyyx12210y三、全反射，光學(xué)纖維三、全反射，光學(xué)纖維若若則則與入射光線相比，折射光線將偏離法線。與入射光線相比，折射光線將偏離法線。當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，就不再有折射光線而光全時(shí)，就不再有折射光線而光全部被反射。這種對(duì)光線只有反射而無(wú)部被反射。

9、這種對(duì)光線只有反射而無(wú) 折射的現(xiàn)象叫全反射。折射的現(xiàn)象叫全反射。ic稱(chēng)為臨界角。稱(chēng)為臨界角。n2=1的空氣相對(duì)于的空氣相對(duì)于n1=1.5的玻璃而言，的玻璃而言， 臨界角臨界角12nn 12iicii 1902icii 142ci12sinnnic 光學(xué)纖維：使光線沿著彎曲路程傳播的光學(xué)元件，由直徑約幾微米的多根或單光學(xué)纖維：使光線沿著彎曲路程傳播的光學(xué)元件，由直徑約幾微米的多根或單根玻璃纖維組成的，每根纖維也分內(nèi)外兩層，內(nèi)層根玻璃纖維組成的，每根纖維也分內(nèi)外兩層，內(nèi)層 左右，左右， 左右。左右。可得：可得： 對(duì)于空氣中的纖維對(duì)于空氣中的纖維 則：則： 為了使更大范圍內(nèi)的光束能在纖維中傳播，我們

10、應(yīng)選擇為了使更大范圍內(nèi)的光束能在纖維中傳播，我們應(yīng)選擇n1和和n2的差值的差值較大的材料去制造光學(xué)纖維。較大的材料去制造光學(xué)纖維。8 . 1內(nèi)n4 . 1外n12sinnnicininsinsin10)2sin(sin10cinin22212122111cosnnnnninc10n2221sinnni光在球面上的反射和折射光在球面上的反射和折射單獨(dú)一個(gè)球面不僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)，而且是組成單獨(dú)一個(gè)球面不僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)，而且是組成光學(xué)儀器的基本元件，研究光經(jīng)由球面的反射和折射，是光學(xué)儀器的基本元件，研究光經(jīng)由球面的反射和折射，是一般光學(xué)系統(tǒng)成象的基礎(chǔ)。一般光學(xué)系統(tǒng)成象的基礎(chǔ)。一、符號(hào)法

11、則一、符號(hào)法則為了研究光線經(jīng)由球面反射和折射的光路，必須先說(shuō)明為了研究光線經(jīng)由球面反射和折射的光路，必須先說(shuō)明一些概念以及規(guī)定一些適當(dāng)?shù)姆?hào)法則，以便使所得的結(jié)一些概念以及規(guī)定一些適當(dāng)?shù)姆?hào)法則，以便使所得的結(jié)果能普遍適用。果能普遍適用。球面的中心點(diǎn)球面的中心點(diǎn)O稱(chēng)為頂點(diǎn)，球面的球心稱(chēng)為頂點(diǎn)，球面的球心C稱(chēng)為曲率中心，稱(chēng)為曲率中心，球面的半徑稱(chēng)為曲率半徑。球面的半徑稱(chēng)為曲率半徑。CO稱(chēng)為主軸，通過(guò)主軸的平面稱(chēng)為主軸，通過(guò)主軸的平面稱(chēng)為主截面。主軸對(duì)于所有的主截面具有對(duì)稱(chēng)性。因而我稱(chēng)為主截面。主軸對(duì)于所有的主截面具有對(duì)稱(chēng)性。因而我們只須討論一個(gè)主截面內(nèi)光線的反射。們只須討論一個(gè)主截面內(nèi)光線的反射

12、。 在計(jì)算任一條光線的線段長(zhǎng)度和角度時(shí)，我們對(duì)符號(hào)作如下規(guī)定。在計(jì)算任一條光線的線段長(zhǎng)度和角度時(shí)，我們對(duì)符號(hào)作如下規(guī)定。（1）光線和主軸交點(diǎn)的位置都從頂點(diǎn)算起，凡在頂點(diǎn)右方者，其間距離的數(shù)）光線和主軸交點(diǎn)的位置都從頂點(diǎn)算起，凡在頂點(diǎn)右方者，其間距離的數(shù)值為正；凡在頂點(diǎn)左方者，其間距離的數(shù)值為負(fù)。物點(diǎn)或象點(diǎn)至主軸的距離，在值為正；凡在頂點(diǎn)左方者，其間距離的數(shù)值為負(fù)。物點(diǎn)或象點(diǎn)至主軸的距離，在主軸上方為正，在下方為負(fù)。主軸上方為正，在下方為負(fù)。（2）光線方向的傾斜角度都從主軸（或球面法線）算起，并取小于）光線方向的傾斜角度都從主軸（或球面法線）算起，并取小于 的角度的角度，由主軸（或球面法線）轉(zhuǎn)向

13、有關(guān)光線時(shí)，若沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)，則該角度的數(shù)值，由主軸（或球面法線）轉(zhuǎn)向有關(guān)光線時(shí)，若沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)，則該角度的數(shù)值為正；若沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的，則該角度的數(shù)值為負(fù)。為正；若沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的，則該角度的數(shù)值為負(fù)。（3）在圖中出現(xiàn)的長(zhǎng)度和角度只用正值。假定光線自左向右進(jìn)行。）在圖中出現(xiàn)的長(zhǎng)度和角度只用正值。假定光線自左向右進(jìn)行。2二、球面反射對(duì)光束單心性的破壞二、球面反射對(duì)光束單心性的破壞光線光線 的光程為：的光程為：在在 和和 中應(yīng)用余弦定理，中應(yīng)用余弦定理， 根據(jù)費(fèi)馬原理，指定兩點(diǎn)間（是否更為確切）光程應(yīng)取穩(wěn)定值。根據(jù)費(fèi)馬原理，指定兩點(diǎn)間（是否更為確切）光程應(yīng)取穩(wěn)定值。則：則： 或：或：顯

14、然，顯然， 的值隨的值隨u亦即角亦即角 的變化而變化，亦即從物點(diǎn)發(fā)散的單心光束經(jīng)球面反的變化而變化，亦即從物點(diǎn)發(fā)散的單心光束經(jīng)球面反射后，將不在保持單心（即使平行入射也不例外）。射后，將不在保持單心（即使平行入射也不例外）。PPA l nnlPPA)(PACPAC 21222122cos)(2)()(cos)(2)()()()()(rsrrsrlsrrsrrlrssrPCsrrsPC0sin)(21sin)(21)(rsrlnsrrlndPPAdlsrlrslllrslsr1)(110)(111lslsrlls三、近軸光線條件下球面反射的物象公式三、近軸光線條件下球面反射的物象公式在近軸條件下

15、，在近軸條件下， 值很小，在一級(jí)近似下，值很小，在一級(jí)近似下， ，因此：，因此：得：得：對(duì)于對(duì)于r一定的球面，只有一個(gè)一定的球面，只有一個(gè) 值和給定的值和給定的s對(duì)應(yīng)，有明確的像點(diǎn)存在。這個(gè)像對(duì)應(yīng)，有明確的像點(diǎn)存在。這個(gè)像點(diǎn)叫高斯象點(diǎn)，這是因?yàn)楦咚棺钕冉⑵鸸饩€理想成象的定律而得名的。點(diǎn)叫高斯象點(diǎn)，這是因?yàn)楦咚棺钕冉⑵鸸饩€理想成象的定律而得名的。s稱(chēng)為稱(chēng)為物距，物距， 稱(chēng)為像距。這個(gè)公式也適用凸球面的反射。稱(chēng)為像距。這個(gè)公式也適用凸球面的反射。當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。 沿主軸方向的平行光束入射經(jīng)球面反射后，成為會(huì)聚沿主軸方向的平行光束入射經(jīng)球面反射后，成為會(huì)聚（或發(fā)散）的光束，其頂點(diǎn)在主軸上，稱(chēng)為

16、反射球面的焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到頂點(diǎn)間的（或發(fā)散）的光束，其頂點(diǎn)在主軸上，稱(chēng)為反射球面的焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到頂點(diǎn)間的距離，稱(chēng)為焦距，以距離，稱(chēng)為焦距，以 表示。表示。 的符號(hào)取決于的符號(hào)取決于r，亦遵守符號(hào)法則，亦遵守符號(hào)法則，上式稱(chēng)為球面反射物象公式。上式稱(chēng)為球面反射物象公式。 1cossrsrlssrrl22)()()()(rss211sss2rsf 2rff fss111 四、球面折射對(duì)光束單心性的破壞四、球面折射對(duì)光束單心性的破壞 光程光程在在 和和 中應(yīng)用余弦定理。中應(yīng)用余弦定理。 也和也和 的大小有關(guān)，單心性也被破壞。的大小有關(guān)，單心性也被破壞。lnnlPPA)(PACPAC 0)(cos)(2)(

17、cos)(2)(21222122dPPAdrsrrsrlsrrsrrl0sin)(21sin)(21rsrlnsrrln)(10)()(lnslsnrlnlnlrsnlsrns五、近軸光線條件下球面折射的物象公式。五、近軸光線條件下球面折射的物象公式。 值很小，一級(jí)近似下，值很小，一級(jí)近似下， 定義為光焦度，光焦度的單位稱(chēng)為屈光度，以字母定義為光焦度，光焦度的單位稱(chēng)為屈光度，以字母D表示，若球表示，若球面的曲率半徑以米為單位，其倒數(shù)的單位便為面的曲率半徑以米為單位，其倒數(shù)的單位便為D。 如果發(fā)光點(diǎn)的位置在如果發(fā)光點(diǎn)的位置在 點(diǎn)，它的象便在點(diǎn)，它的象便在P點(diǎn)。換句話說(shuō)：如果點(diǎn)。換句話說(shuō)：如果P和

18、和 之一為之一為物，則另一點(diǎn)為其相應(yīng)的象。物點(diǎn)和象點(diǎn)的這種關(guān)系稱(chēng)為共軛，相應(yīng)的點(diǎn)稱(chēng)為共物，則另一點(diǎn)為其相應(yīng)的象。物點(diǎn)和象點(diǎn)的這種關(guān)系稱(chēng)為共軛，相應(yīng)的點(diǎn)稱(chēng)為共軛點(diǎn)，共軛光線。這是光路可逆原理的結(jié)果。軛點(diǎn)，共軛光線。這是光路可逆原理的結(jié)果。物空間：規(guī)定入射光束在其中進(jìn)行的空間。物空間：規(guī)定入射光束在其中進(jìn)行的空間。象空間：折射光束在其中進(jìn)行的空間，先確定象空間：折射光束在其中進(jìn)行的空間，先確定s的正負(fù)。的正負(fù)。 折射、反射時(shí)由折射、反射時(shí)由 的正負(fù)確定實(shí)虛象。的正負(fù)確定實(shí)虛象。1cosrnnsnsnsrsrlssrrl22)()(rnn PPsrnnnf象方焦點(diǎn)象方焦點(diǎn) 物方焦點(diǎn)物方焦點(diǎn)象方焦距象

19、方焦距 物方焦距物方焦距rnnnfnnff六、高斯公式和牛頓公式六、高斯公式和牛頓公式將焦距將焦距 代入得：代入得：（上式推導(dǎo)：（上式推導(dǎo)： ） 以后我們將看到以后我們將看到,在其它光具組理想成象時(shí)，聯(lián)系物距、象距和在其它光具組理想成象時(shí)，聯(lián)系物距、象距和 焦距的關(guān)系式也和上式完全相同，因此上式是普遍的物象公式，稱(chēng)焦距的關(guān)系式也和上式完全相同，因此上式是普遍的物象公式，稱(chēng)為高斯物象公式。為高斯物象公式。 若光線自右向左進(jìn)行，則物空間在頂點(diǎn)的右方，象空間在頂點(diǎn)的若光線自右向左進(jìn)行，則物空間在頂點(diǎn)的右方，象空間在頂點(diǎn)的左方，此時(shí)前述符號(hào)法則仍然適用，左方，此時(shí)前述符號(hào)法則仍然適用， 仍是象方焦距，

20、仍是象方焦距，f仍是物方焦距，仍是物方焦距， 但此時(shí)實(shí)物物距應(yīng)該取正值但此時(shí)實(shí)物物距應(yīng)該取正值 ，則得到的是實(shí)象，如果折射光束，則得到的是實(shí)象，如果折射光束在象間發(fā)散，象點(diǎn)在頂點(diǎn)的右方，則得到的是虛象。在象間發(fā)散，象點(diǎn)在頂點(diǎn)的右方，則得到的是虛象。 我們采用的這一符號(hào)法則，對(duì)于不同的光線方向也能適用，比較我們采用的這一符號(hào)法則，對(duì)于不同的光線方向也能適用，比較符合數(shù)學(xué)慣例，這個(gè)符號(hào)法則稱(chēng)為新笛卡兒符號(hào)法則。符合數(shù)學(xué)慣例，這個(gè)符號(hào)法則稱(chēng)為新笛卡兒符號(hào)法則。rnnsnsnff1sfsf1snnnrsnnrn1sfsff )0( s 在確定物點(diǎn)在確定物點(diǎn)P和象點(diǎn)和象點(diǎn) 的位置時(shí)，物距和象距也可以分別

21、從物方和象方焦點(diǎn)的位置時(shí)，物距和象距也可以分別從物方和象方焦點(diǎn)算起。物點(diǎn)在算起。物點(diǎn)在F之左者，物距之左者，物距 用用-x表示，在象點(diǎn)表示，在象點(diǎn) 之右者，象距之右者，象距 用用 表示，表示，左右改變時(shí)，正負(fù)號(hào)也跟著改變。左右改變時(shí)，正負(fù)號(hào)也跟著改變。 圖圖3.14 從上圖得：從上圖得： 以后將會(huì)看到，這個(gè)關(guān)系式對(duì)于其它光具組也是普遍適用的，稱(chēng)為牛頓公以后將會(huì)看到，這個(gè)關(guān)系式對(duì)于其它光具組也是普遍適用的，稱(chēng)為牛頓公式。形式更簡(jiǎn)更，對(duì)稱(chēng)性更顯著。式。形式更簡(jiǎn)更，對(duì)稱(chēng)性更顯著。PFPFPF xxfsfxs)(fsxfsxf fxxf xxxf fxffxxfxffxffxf1 光連續(xù)在幾個(gè)球面界面

22、上的折射，虛物的概念光連續(xù)在幾個(gè)球面界面上的折射，虛物的概念一、共軸光具組一、共軸光具組 圖圖3.15 要這個(gè)球面系統(tǒng)能最后成象，通過(guò)前一個(gè)球面的光束必須能通過(guò)或部分通過(guò)要這個(gè)球面系統(tǒng)能最后成象，通過(guò)前一個(gè)球面的光束必須能通過(guò)或部分通過(guò)次一個(gè)球面，要滿(mǎn)足這個(gè)條件，就要盡量使用光束中的近軸光線，因此，首先必次一個(gè)球面，要滿(mǎn)足這個(gè)條件，就要盡量使用光束中的近軸光線，因此，首先必須要使多個(gè)球面的曲率中心都在同一直線上，這種系統(tǒng)稱(chēng)為共軸光具組。須要使多個(gè)球面的曲率中心都在同一直線上，這種系統(tǒng)稱(chēng)為共軸光具組。 二、逐個(gè)球面成象法二、逐個(gè)球面成象法 在近軸光線的情況下，解決共軸光具組成象問(wèn)題，可以使用逐在

23、近軸光線的情況下，解決共軸光具組成象問(wèn)題，可以使用逐個(gè)球面成象法。這樣，對(duì)第一個(gè)球面來(lái)說(shuō)個(gè)球面成象法。這樣，對(duì)第一個(gè)球面來(lái)說(shuō) 是出射的折射光束，對(duì)第是出射的折射光束，對(duì)第二個(gè)球面來(lái)說(shuō)就是入射光束（此時(shí)第二個(gè)球面的物空間與第一個(gè)球二個(gè)球面來(lái)說(shuō)就是入射光束（此時(shí)第二個(gè)球面的物空間與第一個(gè)球面的象空間重疊），所以第一個(gè)球面所成的象，就可看作是第二個(gè)面的象空間重疊），所以第一個(gè)球面所成的象，就可看作是第二個(gè)球面的物，依次逐個(gè)對(duì)各球面成象，最后就能求出物體通過(guò)整個(gè)系球面的物，依次逐個(gè)對(duì)各球面成象，最后就能求出物體通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)所成的象。（參看上圖）統(tǒng)所成的象。（參看上圖） 就是整個(gè)光具組所成的象。就是整個(gè)

24、光具組所成的象。4P三、虛物的概念三、虛物的概念上述分析告訴我們，在單心光束不被破壞的條件下，光束通過(guò)前一個(gè)球面后所上述分析告訴我們，在單心光束不被破壞的條件下，光束通過(guò)前一個(gè)球面后所成的象對(duì)于次一個(gè)球面來(lái)說(shuō)，可被看做是物，不論這象是實(shí)象還是虛象，只要它成的象對(duì)于次一個(gè)球面來(lái)說(shuō)，可被看做是物，不論這象是實(shí)象還是虛象，只要它的位置在次一個(gè)球面之前，即光束在到達(dá)次一個(gè)球面之前是發(fā)散的，問(wèn)題就比較的位置在次一個(gè)球面之前，即光束在到達(dá)次一個(gè)球面之前是發(fā)散的，問(wèn)題就比較簡(jiǎn)單，直接把象看做是物就可以了，它到次一個(gè)球面頂點(diǎn)之間的距離即為物距，簡(jiǎn)單，直接把象看做是物就可以了，它到次一個(gè)球面頂點(diǎn)之間的距離即為物

25、距，仍可應(yīng)用物象公式來(lái)計(jì)算，以次一個(gè)球面的頂點(diǎn)作為原點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)原點(diǎn)應(yīng)仍可應(yīng)用物象公式來(lái)計(jì)算，以次一個(gè)球面的頂點(diǎn)作為原點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)原點(diǎn)應(yīng)用符號(hào)法則。用符號(hào)法則。如光從前一個(gè)球面折射后是會(huì)聚的，但不待光束到達(dá)會(huì)聚點(diǎn)，就遇到次一個(gè)球如光從前一個(gè)球面折射后是會(huì)聚的，但不待光束到達(dá)會(huì)聚點(diǎn)，就遇到次一個(gè)球面。這種會(huì)聚光束對(duì)于次一個(gè)球面來(lái)說(shuō)是入射光束，故仍應(yīng)將其頂點(diǎn)看做是物，面。這種會(huì)聚光束對(duì)于次一個(gè)球面來(lái)說(shuō)是入射光束，故仍應(yīng)將其頂點(diǎn)看做是物，不過(guò)這只能算虛物，應(yīng)以該入射光束原應(yīng)會(huì)聚之點(diǎn)作為虛物所在之點(diǎn)。這時(shí)可按不過(guò)這只能算虛物，應(yīng)以該入射光束原應(yīng)會(huì)聚之點(diǎn)作為虛物所在之點(diǎn)。這時(shí)可按照符號(hào)法則來(lái)定物

26、距的正負(fù)，應(yīng)用物象公式來(lái)計(jì)算象的位置。照符號(hào)法則來(lái)定物距的正負(fù)，應(yīng)用物象公式來(lái)計(jì)算象的位置。 圖1-1（a）圖1-1（b）疊加原理是波動(dòng)光學(xué)的基本原理。疊加原理是波動(dòng)光學(xué)的基本原理。（1 1）疊加原理表示波傳播的獨(dú)立性。）疊加原理表示波傳播的獨(dú)立性。 即每一個(gè)波獨(dú)立地產(chǎn)生作用，不因其他即每一個(gè)波獨(dú)立地產(chǎn)生作用，不因其他波的存在而受影響。波的存在而受影響。如兩光波相遇之后分開(kāi)，每個(gè)光波仍保持原有如兩光波相遇之后分開(kāi)，每個(gè)光波仍保持原有的特性（頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等），按照自的特性（頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等），按照自己的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)。己的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)。（2 2）疊加原理也是介質(zhì)對(duì)光波的線性響

27、應(yīng)的一）疊加原理也是介質(zhì)對(duì)光波的線性響應(yīng)的一種反映。種反映。 介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生極化。光是一介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生極化。光是一種電磁波。當(dāng)光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)也會(huì)發(fā)生極化。種電磁波。當(dāng)光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)也會(huì)發(fā)生極化。極化與電場(chǎng)強(qiáng)度的一次方成正比，即隨電場(chǎng)線性極化與電場(chǎng)強(qiáng)度的一次方成正比，即隨電場(chǎng)線性的變化，但是當(dāng)光的強(qiáng)度很高時(shí)，極化會(huì)隨電場(chǎng)的變化，但是當(dāng)光的強(qiáng)度很高時(shí)，極化會(huì)隨電場(chǎng)非線性的變化。非線性的變化。在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)的表面上出現(xiàn)束縛電荷的現(xiàn)象在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)的表面上出現(xiàn)束縛電荷的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化。叫做電介質(zhì)的極化。極化的總效果是介質(zhì)邊緣出現(xiàn)電荷極化的總效果是介質(zhì)邊

28、緣出現(xiàn)電荷分布。分布。二、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加二、兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加（1 1）代數(shù)加法）代數(shù)加法設(shè)兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波分別發(fā)自光源設(shè)兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波分別發(fā)自光源S S1 1和和S S2 2，在空間某點(diǎn)，在空間某點(diǎn)P P相遇，相遇，P P到到S S1 1和和S S2 2的距離分別為的距離分別為r r1 1和和r r2 2。兩光波各自在兩光波各自在P P點(diǎn)產(chǎn)生的光振動(dòng)可以寫(xiě)為點(diǎn)產(chǎn)生的光振動(dòng)可以寫(xiě)為)cos()cos(222111tkraEtkraE令令2211krkr根據(jù)疊加原理，根據(jù)疊加原理，P P點(diǎn)的合振動(dòng)為點(diǎn)的

29、合振動(dòng)為)cos()cos(221121tataEEE22112211122122212coscossinsin)cos(2)cos(aaaatgaaaaAwtAEP P點(diǎn)的合振動(dòng)也是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其振動(dòng)頻率和振動(dòng)方點(diǎn)的合振動(dòng)也是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其振動(dòng)頻率和振動(dòng)方向都與兩單色光波相同，振幅和初相位分別由上式?jīng)Q定。向都與兩單色光波相同，振幅和初相位分別由上式?jīng)Q定。若兩個(gè)單色光波在若兩個(gè)單色光波在P P的振幅相等，的振幅相等，aaa2120aI 表示單個(gè)光波在表示單個(gè)光波在P P點(diǎn)的強(qiáng)度點(diǎn)的強(qiáng)度12表示兩光波在表示兩光波在P P點(diǎn)的相位差點(diǎn)的相位差P P點(diǎn)合振動(dòng)的光強(qiáng)得點(diǎn)合振動(dòng)的光強(qiáng)得2cos420

30、II 在在P P點(diǎn)疊加的合振動(dòng)的光強(qiáng)點(diǎn)疊加的合振動(dòng)的光強(qiáng)I I取決于兩光波在疊加點(diǎn)的相位差。取決于兩光波在疊加點(diǎn)的相位差。)cos(2122122212aaaaAI), 2, 1, 0(2mmP P點(diǎn)光強(qiáng)有最大值，點(diǎn)光強(qiáng)有最大值，04II ), 2, 1, 0() 12(mmP P點(diǎn)光強(qiáng)有最小值，點(diǎn)光強(qiáng)有最小值，0I相位差介于兩者之間時(shí)，相位差介于兩者之間時(shí)，P P點(diǎn)光強(qiáng)在點(diǎn)光強(qiáng)在0 0和和4I4I0 0之間。這種光之間。這種光強(qiáng)度重新排列的現(xiàn)象就是光的干涉。強(qiáng)度重新排列的現(xiàn)象就是光的干涉。P P點(diǎn)合振動(dòng)的光強(qiáng)得點(diǎn)合振動(dòng)的光強(qiáng)得2cos420II DC21PsdABi1i0n1圖3 等傾干涉的

31、光程差B1C2n2n1Air圖1-8 等厚干涉光程差G1G2M1M2M212圖1-9 邁克爾遜干涉儀邁克耳遜最早為了研究光速問(wèn)題而精心設(shè)計(jì)了上述裝置，它是一種分振幅的干涉裝置，與薄膜干涉相比，邁克耳遜干涉裝置的特點(diǎn)是光源、兩個(gè)反射面、接收器（觀察者）四者在空間完全分開(kāi)，東西南北各據(jù)一方，便于在光路中安插其它器件。hL1SG1G2L2PhL1SG1G2L2PPrQSRZZ（）（） 雙折射雙折射引起引起光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振 (Polarization of (Polarization of light)light)（）自然光和（）自然光和偏振偏振光光（）由介質(zhì)吸收引起（）由介質(zhì)吸收引起

32、光的偏振光的偏振（）（） 由由反射反射引起引起光的偏振光的偏振（）（）自然光和自然光和偏振偏振光光一一. . 線偏振光線偏振光E播播傳傳方方向向振振動(dòng)動(dòng)面面面對(duì)光的傳播方向看面對(duì)光的傳播方向看線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解EEyEx yx sincosEEEEyx 線偏振光的表示法：線偏振光的表示法： 光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面光振動(dòng)平行板面二二. . 自然光自然光沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。的、等幅的、不相干的線偏

33、振光。yxEE yxIII 自然光的表示法：自然光的表示法：三三. . 部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光?；ゴ怪钡摹⒉坏确?、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)右旋圓右旋圓偏振光偏振光右旋橢圓右旋橢圓偏振光偏振光 y yx z傳播方向傳播方向 /2x某時(shí)刻右旋圓偏振光某時(shí)刻右旋圓偏振光E隨隨z的變化的變化E 0四四. . 圓偏振光圓偏振光, , 橢圓偏

34、振光橢圓偏振光（）（） 由介質(zhì)吸收引起由介質(zhì)吸收引起光的偏振光的偏振一一. . 起偏起偏 起偏的原理起偏的原理：利用某種光學(xué)的不對(duì)稱(chēng)性利用某種光學(xué)的不對(duì)稱(chēng)性 偏振片偏振片微晶型微晶型分子型分子型x yzz線柵起偏器線柵起偏器 入射入射電磁波電磁波 起偏：起偏：從自然光獲得偏振光從自然光獲得偏振光 起偏器起偏器: : 起偏起偏的光學(xué)器件的光學(xué)器件非偏振光非偏振光線偏振光線偏振光光軸光軸電氣石晶片電氣石晶片自然光自然光I0線偏振光線偏振光 IP偏振化方向偏振化方向 (透振方向透振方向)021II 二二. . 馬呂斯定律馬呂斯定律 I0IPP E0 E=E0cos , 2 0 0EI 20cosII

35、 0max0III ， 02 I， 偏振片的起偏偏振片的起偏馬呂斯定律馬呂斯定律（18091809）消光消光 2 2 0 2 cos EEI 三三. . 檢偏檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光的偏振態(tài)用偏振器件分析、檢驗(yàn)光的偏振態(tài)I?P待檢光待檢光思考：思考： I不變不變？是什么光？是什么光 I變，有消光變，有消光？是什么光？是什么光 I變，無(wú)消光變，無(wú)消光？是什么光？是什么光（）（） 由由反射反射引起引起光的偏振光的偏振一一. . 反射和折射時(shí)光的偏振反射和折射時(shí)光的偏振i = = i0 0 時(shí)，反射光只有時(shí)，反射光只有S S分量分量i 0 0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角i0 0 + +

36、r0 0 = 90= 90O O 由由 020201cossinsininrnin 有有布儒斯特定律布儒斯特定律 (1812(1812年年) )21120tgnnni n1n2i ir自然光反射和折射自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光后產(chǎn)生部分偏振光n1n2i0i0r0線偏振光線偏振光S起偏振角起偏振角若若 n1 1 =1.00 (=1.00 (空氣空氣) )，n2 2 =1.50 (=1.50 (玻璃玻璃) )，則：，則：互互余余空空氣氣玻玻璃璃玻玻璃璃空空氣氣 423350. 100. 1tg 185600. 150. 1tg 1010ii二二. . 玻璃片堆起偏和檢偏玻璃片堆起偏和檢偏 1

37、. 1. 起偏起偏當(dāng)當(dāng)i = =i0 0時(shí)時(shí))(sin21 0020riII 自然光從空氣自然光從空氣玻璃玻璃%7 0 IIi0(接近線偏振光接近線偏振光) 2. 2. 檢偏檢偏 .玻璃片堆玻璃片堆（）（） 雙折射雙折射引起引起光的偏振光的偏振 方解石方解石oee o一一. . 雙折射雙折射現(xiàn)象現(xiàn)象n1n2irore(各向異各向異性媒質(zhì)性媒質(zhì))自然光自然光o光光e光光1.1.尋常光和非尋常光尋常光和非尋常光o o光光 : : 遵從折射定律遵從折射定律orninsinsin21 e e光光 : : 一般不遵從折射定律一般不遵從折射定律constrie sinsine e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。光折射線也不一定在入射面內(nèi)。 一束光射入各向異性介質(zhì)一束光射入各向異性介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生兩束折射光的現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生兩束折射光的現(xiàn)象入射角為入射角為0時(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)方解石旋轉(zhuǎn)方解石2. 2. 光軸光軸 光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱(chēng)為晶體的雙折射，該方向稱(chēng)為晶體的光軸光軸。例如，方解石晶體例如，方解石晶體( (冰洲石冰洲石) )AB光軸光軸102 光軸是一特殊的方向光軸是一特殊的