几何光学的基本原理 主讲:周自刚(PhD) 苏州大学物理系 西南师范大学光电所
几何光学的基本原理 主讲：周自刚（Ph.D.) 苏州大学物理系 西南师范大学光电所
S1.光线的概念 11光线与波面 光线:表示光传播途径的有向几何线称为光 线.光是一种波动,在各向同性介质中,光线 是垂直于波阵面的直线 例如,从点光源发出的光,它的波阵面是 以点光源为中心的球面,它的每条光线则是 以点光源为中心的球的径线;在远离 光源的地方,光在小范围内的波阵面 点趋于平面,每条光线近似于相互平行的 线
§1. 光线的概念 1.1 光线与波面 光线：表示光传播途径的有向几何线称为光 线．光是一种波动，在各向同性介质中，光线 是垂直于波阵面的直线． 例如，从点光源发出的光，它的波阵面是 以点光源为中心的球面，它的每条光线则是 以点光源为中心的球的径线；在远离 光源的地方，光在小范围内的波阵面 趋于平面，每条光线近似于相互平行的 线．
光束:具有一定关系的光线的集合,也就是光波波 阵面的法线的集合,称为光束 光线与光束区别: 光线只是一个数学抽象,是一个几何概念,光线不 是光,表示光传播的方向,也是光能量传播的方 光束表示光,是光波波阵面的法线的集合。 由同一相位构成的面—波面(波动光学说明) 几何光学(光线光学):以几何定律和基本实验定 律为基础的光学 波动光学:反映光的波动性(以波长、振幅和相位 表征)的光学。 量子光学:反映光的粒子性(以随机、满足薛定鄂
光束：具有一定关系的光线的集合，也就是光波波 阵面的法线的集合，称为光束． 光线与光束区别： 光线只是一个数学抽象，是一个几何概念，光线不 是光，表示光传播的方向，也是光能量传播的方 向． 光束表示光，是光波波阵面的法线的集合。 由同一相位构成的面——波面（波动光学说明） 几何光学（光线光学）：以几何定律和基本实验定 律为基础的光学。 波动光学：反映光的波动性（以波长、振幅和相位 表征）的光学。 量子光学：反映光的粒子性（以随机、满足薛定鄂 方程为表现）的光学
几何光学的研究是波动光学的极限情况 1.2几何光学的基本实验定律 (1)直线传播定律 (2)反射定律和折射定律 (3)独立传播定律 (4)光路可逆原理
几何光学的研究是波动光学的极限情况。 1.2 几何光学的基本实验定律 （1）直线传播定律 （2）反射定律和折射定律 （3）独立传播定律 （4）光路可逆原理
s2.费马原理 光程:光在介质传播过程中,光所经过的 路程与所经过介质的折射率的乘积。 d=nds 光程可认为等于相同时间光在真空中的通 过的路程。δ=nul=cLt 光程差:光经过两个参考点的光程之 差。△=n1dl1-n22
§2. 费马原理 光程：光在介质传播过程中，光所经过的 路程与所经过介质的折射率的乘积。 = nds 光程可认为等于相同时间光在真空中的通 过的路程。 = nds = cdt 光程差：光经过两个参考点的光程之 差。 = n1 ds1 −n2 ds2
费马原理: 光在指定的两点间传播时,实际的光程总 是一个极值 「ns=极值(极小值、极大值、恒定值) 参考P154 用费马原理证明几何光学的基本实验定律
费马原理： 光在指定的两点间传播时，实际的光程总 是一个极值。 = B A nds 极值（极小值、极大值、恒定值） 参考P154 用费马原理证明几何光学的基本实验定律
3.单心光束实像和虚像 3.1单心光束实像和虚像 单心光束:具有单个顶点的光束。 实像:光束中各光线实际上确实会 聚一点所成的像 虚像:光束中各光线的反向延长线会 聚一点所成的像
§3. 单心光束 实像和虚像 3.1 单心光束 实像和虚像 单心光束：具有单个顶点的光束。 实像：光束中各光线实际上确实会 聚一点所成的像。 虚像：光束中各光线的反向延长线会 聚一点所成的像
3.2实物、实像、虚像的异同 相同点: 都有一个顶点 不同点②参看P158图3-3 实物:客观存在的“物”,不需要任何 光学元件就能实现。 实像:客观存在的像,需要光学元件, 虚像:光线反延成的假像,要光学元件
3.2 实物、实像、虚像的异同 相同点: 都有一个顶点 不同点 参看P158 图3-3 实物：客观存在的“物”，不需要任何 光学元件就能实现。 实像：客观存在的像，需要光学元件。 虚像：光线反延成的假像，要光学元件
4.光在平面界面上的反射和折射 光学纤维 41光在平面上的反射
§4. 光在平面界面上的反射和折射 光学纤维 4.1 光在平面上的反射
42光束单心性的破坏 x=y2 g 3/2 2 y=y g
4.2 光束单心性的破坏 3/ 2 1 2 2 2 2 1 1 2 1 3 2 2 2 1 1 1 1 = − − = − t g i n n n n y y t g i n n x y 1 n n2