1、第十八章 幾何光學(xué),安徽大學(xué)出版社,ANHUI UNIVERSITY,大學(xué)物理學(xué),181 幾何光學(xué)基本定律,182 光在球面上的反射和折射,第十八章 幾何光學(xué),183 薄透鏡,幾何光學(xué) 以光的直線傳播性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光在透明介質(zhì)中的傳播問題的光學(xué).,量子光學(xué) 以光和物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)出的粒子性和量子性為基礎(chǔ)而建立的光學(xué)理論.,波動光學(xué) 以光的波動性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光的傳播及其規(guī)律的光學(xué)理論.,物理光學(xué),波動光學(xué),量子光學(xué),光學(xué) 研究光的本性，光的發(fā)射、傳播和接收，光與物質(zhì)相互作用問題的學(xué)科。,181 幾何光學(xué)的基本定律,1. 光的直線傳播定律：光在真空或均勻介質(zhì)中沿直線傳播.,一、幾何光學(xué)的基本

2、定律,2. 光的獨立傳播定律：來自不同方向或不同物體發(fā)出的光線相交，對每一條光線的獨立傳播不發(fā)生影響.,3. 光的反射與折射定律：,(1) 反射線與折射線均在入射面內(nèi).,入射光線,折射光線,入射角 i1,折射角 i2,法線,反射角i1,反射光線,(2) 反射角等于入射角.,(3) 折射角與入射角正弦之比與入射角無關(guān)，是一個與媒介有關(guān)的常數(shù).,第2種媒質(zhì)相對于第1種媒質(zhì)的折射率.,幾種介質(zhì)的折射率,介質(zhì)折射率不僅與介質(zhì)種類有關(guān)，而且與光波波長有關(guān). 在同一種介質(zhì)中波長越短的光折射率越大. 故同一介質(zhì)對紫光折射率最大，對紅光折射率最小.,臨界角(critical angle) ic 相對于90折射

3、角的入射角.,二、全反射,當(dāng),有,全反射(total reflection) 當(dāng)入射角 i 大于臨界角 ic 時，將不會出現(xiàn)折射光，入射光的能量全部反射回原來介質(zhì)的現(xiàn)象.,1. 光需由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì). 2. 入射角大于臨界角.,產(chǎn)生全反射的條件：,水柱引導(dǎo)光線的行進(jìn),182 光在球面上的反射和折射,1. 同心光束：各光線本身或其延長線相交于一點，這樣的光束稱為同心光束(concentric beam).,一、實像與虛像 實物與虛物,2. 光具組：變換入射同心光束的反射面或折射面的組合叫做光具組.,虛物 未經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換的會聚同心光束的中心.,虛像 經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換后的發(fā)散同心光束的中心.,

4、實物 未經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換的發(fā)散同心光束的中心.,實像 經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換后的會聚同心光束的中心.,3. 物和像,虛物(virtual object )實像,會聚同 心光束,會聚同 心光束,實物(real object)實像(real image),會聚同 心光束,發(fā)散同 心光束,傍軸光線(paraxial ray) 與光軸夾角較小，并靠近光軸的光線.,二、光在單球面上的折射,傍軸光線條件下，近似成像是可能的.,傍軸條件,傍軸區(qū)域(paraxial region) 的物象公式為：,屈光度 D (diopter) 光焦度的非法定計量單位,光焦度(focal power)：表征球面屈折光線本領(lǐng)的常數(shù).,單

5、位：m-1,幾何光學(xué)常用的符號規(guī)則：,實正虛負(fù),入射光從左到右：,(1) 點Q在頂點A左側(cè)（實物）, s 0 ; 右側(cè)（虛物）, s 0 ;,(2) 點Q在頂點A左側(cè)（虛像）, s 0 ;,(3) 球心C在頂點O左側(cè), r 0 ;,(4) 焦距的正負(fù)號與物距s 和像距s 定義相同.,單個平面折射成像公式,時，其共軛點稱像方焦點 (focus in image point) , 記為F,時，其共軛點稱物方焦點(focus in object point) , 記為F,像方焦距,物方焦距,反射光從右到左：,點Q在頂點 A 左側(cè)（實像）, s 0 ; 右側(cè)（虛像）, s 0 .,對于反射情況，,反射

6、球面成像的物像公式,平面鏡成像公式,如圖，P點和P點共軛,軸外共軛點的傍軸條件,橫向放大率,P點或P點在光軸之上，y 或 y大于零，反之小于零.,像與物同側(cè)，像正立,像與物不同側(cè)，像倒立,像放大,像縮小,顯然,折射球面橫向放大率,球面反射,183 薄透鏡,一、焦距公式,為透鏡厚度，d 很小時，稱為薄透鏡.,重合為O(光心）,薄透鏡焦距.,進(jìn)一步，可得薄透鏡焦距公式.,在物像方折射率 時.,磨鏡者公式.,二、成像公式,當(dāng)兩側(cè)媒質(zhì)相同，即,薄透鏡物像公式的高斯形式,注意：各個量從光心算起！,薄透鏡物像公式的牛頓形式,注意：兩焦點分別作為計算物距和像距的起點！,透鏡兩球面的橫向放大率,總的橫向放大率,三、薄透鏡的放大率,等價于,薄透鏡橫向放大率公式,四、 薄透鏡成像的作圖法,薄透鏡成像作圖法的三條特殊光線：,1) 與主光軸平行的入射光線，折射后通過像方焦點F ;,2) 通過物方焦點F 的光線，折射后平行于主光軸;,3) 通過光心的光線，按原方向傳播不發(fā)生偏折.,物點位于光軸上，可以利用焦平面和副光軸的性質(zhì)來確定像點：,1) 與副光軸平行的入射光線，折射后會聚在副光軸和像方焦平面的焦點上 ;,2) 而物方焦平面上任意點發(fā)出的光，經(jīng)透鏡折射后，出射光線與過該點的副光