3.2光在平面界面上的反射和折射光導(dǎo)纖維1光在平面上的反射成像(光束單心性不受破壞)DM’MP‘PCBA平面鏡是一個(gè)不破壞光束單心性、理想成像的完善的光學(xué)系統(tǒng)。并且也是唯一的一個(gè)。第1頁，共50頁。2光束單心性的破壞（折射成像）PP1P2P’單心性受到破壞，不能點(diǎn)物成點(diǎn)像.像似深度y第2頁，共50頁。3全反射光學(xué)纖維(1)全反射：只有反射而無折射的現(xiàn)象稱為全折射。xA3n2

n1OyPi1i2icA1A2第3頁，共50頁。光進(jìn)入光學(xué)纖維后,多次在內(nèi)壁上發(fā)生全內(nèi)反射,光從纖維的一端傳向另一端.光學(xué)纖維:中央折射率大,表層折射率小的透明細(xì)玻璃絲.(a)原理(2)光學(xué)纖維第4頁，共50頁。b

梯度型光纖階躍型光纖a階躍型多模光纖

梯度型多模光纖第5頁，共50頁。AB凡是入射角小于i0的入射光，都將通過多次全反射從一端傳向另一端；入射角大于i0的光線，將透過內(nèi)壁進(jìn)入外層，不能繼續(xù)傳送．階躍光學(xué)纖維的端面稱為光學(xué)纖維的數(shù)值孔經(jīng)，它決定了可經(jīng)光學(xué)纖維傳遞的光束的入射角.第6頁，共50頁。光通信優(yōu)點(diǎn)：低損耗窗玻璃幾千分貝/公里光學(xué)玻璃500分貝/公里雨后清澄的大氣1分貝/公里石英光纖0.2分貝/公里2)信帶寬、容量大、速度快3)電氣絕緣性能好無感應(yīng)無串話4)重量輕線徑細(xì)可繞性好6)資源豐富價(jià)格低5)耐火耐腐蝕可用在許多惡劣環(huán)境下第7頁，共50頁。五脊棱鏡波羅棱鏡使像轉(zhuǎn)過9004棱鏡

借助光在棱鏡中的全反射，改變光進(jìn)行的方向.這種棱鏡被廣泛應(yīng)用在各種光學(xué)儀器中和各種實(shí)驗(yàn)光路中.由于全反射時(shí)光能量能完全返回原介質(zhì),所以它比鍍鋁或鍍其他介質(zhì)膜的反射鏡更優(yōu)越,后者的反射面上對(duì)光能量有一定的吸收.第8頁，共50頁。90０450組合波羅棱鏡，望遠(yuǎn)鏡正像系統(tǒng),使像面旋轉(zhuǎn)1800下頁上頁第9頁，共50頁。后反射直角棱鏡光線進(jìn)入棱鏡,依次經(jīng)三直角面反射后,出射光線與入射光線反向平行后反射鏡又稱四面直角體,空間一定范圍的光線,依次經(jīng)三個(gè)相互垂直的平面反射后,出射光線的方向與入射光線的方向相反.這種棱鏡在激光諧振腔中可以代替高反射介質(zhì)鏡;在激光測(cè)距中把它當(dāng)作被測(cè)目標(biāo)的反射器,不僅減少能量損失,而且減少了瞄準(zhǔn)調(diào)整的困難;在高速公路上,這樣的四面體常用來作“無源路燈”.第10頁，共50頁。三棱鏡兩折射面的夾角稱三棱鏡頂角A。出射光與入射光之間的夾角稱棱鏡的偏向角。三棱鏡An2n1EDCB（1）偏向角第11頁，共50頁。（2）最小偏向角：An2n1EDCB第12頁，共50頁。1、球面的幾個(gè)概念符號(hào)法則球面頂點(diǎn)：O球面曲率中心：C球面曲率半徑：r球面主軸(光軸)：連接O、C而得的直線。主截面：通過主軸的平面。rCO主軸3.3光在球面上的反射和折射

第13頁，共50頁。

光軸

----光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱軸光軸近軸光線----與光軸夾角較小，并靠近光軸的光線黃線—近軸光線綠線—非近軸光線第14頁，共50頁。1.符號(hào)規(guī)則(signconvention)幾何光學(xué)常用的符號(hào)規(guī)則：實(shí)正虛負(fù)規(guī)則；笛卡爾坐標(biāo)規(guī)則。(3)所有量用絕對(duì)值表示----全正圖形。笛卡爾坐標(biāo)規(guī)則:（假設(shè)光線從左側(cè)進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)）(1)線段量以頂點(diǎn)為參照點(diǎn)，在頂點(diǎn)左方為負(fù)，右方為正；或在光軸上方為正，下方為負(fù)；即：左負(fù)右正，上正下負(fù)。(2)角度量法線或光軸為基準(zhǔn)線，按小于90o向光線旋轉(zhuǎn)，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)；第15頁，共50頁。-s`PACOP`-r-s-ui-i`-u`無論光線從左至右還是從右至左，無論是球面反射還是折射，以上符號(hào)法則均適用。第16頁，共50頁。-ss’hrQ-i-uu’-i’fMnn’PP’OC單個(gè)折射面成像系統(tǒng)的笛卡爾符號(hào)規(guī)則第17頁，共50頁。利用幾何知識(shí)可以得到單球面反射系統(tǒng)成像公式它的成像規(guī)律與介質(zhì)無關(guān)．考慮近軸光線,進(jìn)一步得到2單球面的反射成像(光束單心性受到破壞)第18頁，共50頁。令得令得因此球面鏡物方焦點(diǎn)與像方焦點(diǎn)重合.凹面鏡凸面鏡球面反射物像公式：？第19頁，共50頁。Mirror第20頁，共50頁。3單球面折射成像（光束單心性受到破壞）-ss’rAnn’PP’OC傍軸條件下，有第21頁，共50頁。A.定義光焦度(opticalpower)：r的單位為米時(shí)，光焦度單位稱為屈光度。光焦度代表光學(xué)元件曲折線的本領(lǐng)Ф>0，會(huì)聚作用

Ф<0，發(fā)散作用第22頁，共50頁。B.焦距公式從s’=時(shí)同理：物方主焦距：

物方焦點(diǎn)像方主焦距:

像方焦點(diǎn)-ff’rnn’FF’OCs=-時(shí)第23頁，共50頁。f、f‘、Ф之間的關(guān)系:

-ff’rnn’FF’OC

n<n’f,f’符號(hào)相反，大小不等第24頁，共50頁。4高斯公式和牛頓成像高斯成像公式:

焦距公式：和第25頁，共50頁。-ff’nn’FF’OPP’-ss’分別以F和F’為基準(zhǔn)點(diǎn)，量度物點(diǎn)P和像點(diǎn)P’的位置，物距和和像距分別用x和x’表示：-xx’-s=-x-fs’=x’+f’牛頓成像公式第26頁，共50頁。例1、一個(gè)折射率為1.5的玻璃球，半徑R，置于空氣中。在近軸成像時(shí)，問：（1）無窮遠(yuǎn)處的物成像在何處？（2）物在球前2R處，成像在何處？PRO1O2P’-s1P1’s1’s2’s2n=1.5第27頁，共50頁。RO1-s1P1’s1’解：O1面：s1=-,r1=+R,n1=1,n1’=1.5s1’=3R(1).n=1.5O2面：s2=R,r2=-R,n2=1.5,n2’=1s2’=R/2P’O2s2’s2第28頁，共50頁。PRO1-s1s1’n=1.5(2).O1面：s1=-2R,r1=+R,n1=1,n1’=1.5s1’=s2O2s2’P’O2面：s2=,r2=-R,n2=1.5,n2’=1s2’=2R第29頁，共50頁。§3.5薄透鏡第30頁，共50頁。一、透鏡1、透鏡的分類透鏡：透明介質(zhì)磨制成的薄片，其兩表面都為球面或其中一面為平面。

凸透鏡：透鏡中央比邊緣厚；雙凸平凸彎凸O1O2O1O2O1O2

凹透鏡：透鏡中央比邊緣??；雙凹平凹彎凹O1O2O1O2O1O2

凸透鏡與凹透鏡第31頁，共50頁。

薄透鏡與厚透鏡

如果透鏡的厚度與其成像性質(zhì)相關(guān)的物理量（例如曲率半徑、焦距、物距、像距）相比小得多，從而可忽略不計(jì)時(shí)，稱之為薄透鏡，否則稱為厚透鏡。一、透鏡第32頁，共50頁。2、基本概念

主軸：連接透鏡兩球面曲率中心的直線；

主截面：包含主軸的任一平面；

光心：薄透鏡的中心；一、透鏡第33頁，共50頁。單球面折射成像公式約定：光線自左向右傳播；規(guī)定：所有的長(zhǎng)度量和角度量須遵從符號(hào)法則；全正圖形——圖中僅標(biāo)注物理量的絕對(duì)值；第34頁，共50頁。①二、物像距公式逐次成像法：將前一光學(xué)系統(tǒng)生成的像作為下一光學(xué)系統(tǒng)的物，依次成像，直至最后。③對(duì)于薄透鏡而言，即物點(diǎn)經(jīng)第一球面折射成像于點(diǎn)，作為第二球面的物，折射成像于點(diǎn)；②②第35頁，共50頁。第一折射面成像：物點(diǎn)通過第一球面(曲率半徑為)成像于。①②注意，點(diǎn)的實(shí)際光線所在空間的折射率為。（1）此時(shí)，物方折射率為，像方折射率為，設(shè)物距為，像距為，則有：第36頁，共50頁。第二折射面成像：

點(diǎn)作為第二球面（曲率半徑為）的物，通第二過球面成像于。③①②此時(shí)，物方折射率為，像方折射率為，第一次成像的像距等于第二次成像的物距，則設(shè)物距為，像距為，有：（2）第37頁，共50頁。將上兩式相加：令透鏡物距，像距，可得：（1），（2）（3）上式即為薄透鏡的物像距公式。第38頁，共50頁。（3）

薄透鏡物像距公式1、光焦度：表征曲折光線的本領(lǐng)；（4）注意：區(qū)別于凸透鏡和凹透鏡正透鏡或會(huì)聚透鏡負(fù)透鏡或發(fā)散透鏡第39頁，共50頁。圖3.圖4.處于空氣中的凸透鏡肯定是正透鏡；處于空氣中的凹透鏡肯定是負(fù)透鏡；光焦度的單位：例：正透鏡負(fù)透鏡負(fù)透鏡正透鏡圖1.圖2.第40頁，共50頁。（5）

（3）

薄透鏡物像距公式2、焦點(diǎn)與焦距第41頁，共50頁。

（6）結(jié)論：物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)肯定在透鏡的兩側(cè)。（3）

薄透鏡物像距公式第42頁，共50頁。（7）（8）錯(cuò)：三、高斯公式將焦距公式（5）、（6）代入物像距公式（3）中，可得高斯公式：第43頁，共50頁。（9）由圖可知

，則有四、垂軸放大率①垂軸放大率的定義:證明：②第44頁，共50頁。（10）請(qǐng)自行證明。提示：當(dāng)透鏡兩邊介質(zhì)的折射率不等時(shí)，有

的物理意義正立的像；倒立的像；放大的像；縮小的像；注意：

與像的虛實(shí)無必然關(guān)系。第45頁，共50頁。[例1]

兩片極薄的表玻璃,曲率半徑分別為20cm和25cm，將兩片玻璃的邊緣粘起來，形成內(nèi)含空氣的雙凸透鏡，將其置于水中。問：（1）此時(shí)該透鏡是會(huì)聚透鏡還是發(fā)散透鏡？（2）焦距為多少？[解](1)透鏡光焦度公式:(2)焦距公式：第46頁，共50頁。[例2]如圖所示，凸透鏡L1的焦距為10cm，凹透鏡L2的焦距為4cm，兩透鏡相距12cm。若一高為3cm的小物位于L1左側(cè)20cm處，求該物經(jīng)L1、L2所成像的位置和大小。

[解]高斯公式：垂軸放大率：L1L2即在L1右側(cè)20cm處生成等大倒立的像；第47頁，共50頁。光學(xué)系統(tǒng)的垂軸放大率：物經(jīng)系統(tǒng)所生成像的高度：即在L2左側(cè)8cm處生成高為3cm的正像。L1L2即在L2左側(cè)8cm處生成等大倒立的像；第48頁，共50頁。疑點(diǎn)：符號(hào)法則；正、負(fù)透鏡的判斷；垂軸放大率與虛像（虛物）的關(guān)系；思考題：1、已知眼鏡鏡片的度數(shù)為-300°,求其焦距?2、一定形狀的物體經(jīng)透鏡成像，其像和物是否相似?第49頁，共50頁。內(nèi)容梗概3.2光在平面界面上的反射和折射光導(dǎo)纖維。1光在平面上的反射成像(光束單心性不受破壞)。平面鏡是一個(gè)不破壞光束單心性、理想成像的完善的光學(xué)系統(tǒng)。(1)全反射：只有反射而無折射的現(xiàn)象稱為全折射。凡是入射角小于i0的入射光，都將通過多次全反射從一端傳向另一端。入射角大于i0的光線，將透過內(nèi)壁進(jìn)入外層，不能繼續(xù)傳送．。稱為光學(xué)纖維的數(shù)值孔經(jīng)，它決定了可經(jīng)光學(xué)纖維傳遞的光束的入射角.。2)信帶寬、容量大、速度快。借助光在棱鏡中的全反射，改變光進(jìn)行的方向