光学基础和测量技术 第二部分几何光学
1 光学基础和测量技术 第二部分 几何光学
几何光学不涉及光的电磁波本性,而是研究 光在透明介质中沿直线路径传播的问题
2 几何光学不涉及光的电磁波本性，而是研究 光在透明介质中沿直线路径传播的问题
几何光学基本定律 、几何光学三定律 1光的直线传播定律 在各向同性的均匀介质中,光沿着直线传播。 2光的独立传播定律 光在传播过程中与其他光束相遇时,不改变各自的传播 方向,光束之间互不影响,各自独立地传播
3 1.光的直线传播定律 在各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 光在传播过程中与其他光束相遇时，不改变各自的传播 方向，光束之间互不影响，各自独立地传播。 2.光的独立传播定律 几何光学基本定律 一、几何光学三定律
3光的折射定律和反射定律 光的折射定律 入射光线、折射光线和法线共面(同处于入射面内)入射 线和折射线分居于法线两侧; 入射角与折射角的正弦之比由这两种介质的折射率决定 (Sne定律): 法线 入射光线 反射光线 n sinr三 nine 分界面 其中,n和n'分别为入射光 和折射光所在介质的折射率, i和r分别为光的入射角和折 射角。 折射光线
4 3.光的折射定律和反射定律 入射光线、折射光线和法线共面（同处于入射面内）入射 线和折射线分居于法线两侧； 入射角与折射角的正弦之比由这两种介质的折射率决定 （Snell定律）： 光的折射定律： n r n i sin sin = 其中，n 和 n′分别为入射光 和折射光所在介质的折射率， i 和 r 分别为光的入射角和折 射角。 i r i
光在折射率为n的介质中传播时,其传播速率为 其中,C为光在真空中的传播速率。 所以,介质折射率定义为 光的反射定律: 入射光线、反射光线和法线共面(同处于入射面内)入 射光线和反射光线分居于法线两侧;入射角与反射角的 大小相等:
5 光的反射定律： c v n = i i = 入射光线、反射光线和法线共面（同处于入射面内）入 射光线和反射光线分居于法线两侧；入射角与反射角的 大小相等： 光在折射率为n 的介质中传播时，其传播速率为 其中，c 为光在真空中的传播速率。 所以，介质折射率定义为 c n v =
费马原理 1光程 光程等于光在介质中经过的几何路程l与该介质的折射 率n的乘积,即 L=nl 若光在非均匀介质中传播,则由A到B间的光程为 l dL= ndl 不难证明:L=ct 即光程代表在相同时间内光线在真空中传播的距离
6 光程等于光在介质中经过的几何路程 l 与该介质的折射 率 n 的乘积，即 L nl = 若光在非均匀介质中传播，则由A到B间的光程为 B A L dL ndl = = L ct = 即光程代表在相同时间内光线在真空中传播的距离。 二、费马原理 1.光程 不难证明：
2费马原理 光总是沿着光程(或者说所需的时间)为极值的路径传播 的,即光沿着光程(亦即所需时间)为极小、极大或恒定 的路径传播 L=极值(极小值、极大值或恒定值) 或: δL=δ|nl=0 费马原理是几何光学的基本原理,三个重要定律直 线传播定律,反射定律和折射定律—都能从费马原理 导出 三、光路的可逆性 当光线的方向返转时,它将逆着同一路径传播
7 L=极值（极小值、极大值或恒定值） 光总是沿着光程(或者说所需的时间)为极值的路径传播 的，即光沿着光程(亦即所需时间)为极小、极大或恒定 的路径传播 2.费马原理 0 B A L ndl = = 费马原理是几何光学的基本原理，三个重要定律——直 线传播定律，反射定律和折射定律——都能从费马原理 导出。 当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。 三、光路的可逆性 或：
成象基本概念 、基本概念 1)单心(同心)光束 由一点发出或相交于一点的光束。 2)物与象 发光点S发出的入射光 束经过光学系统后,变成 以另一点S为中心的同 心光束,则称S为物点, S为象点
8 1）单心（同心）光束 一、基本概念 由一点发出或相交于一点的光束。 发光点 S 发出的入射光 束经过光学系统后，变成 以另一点 S´为中心的同 心光束，则称 S 为物点， S´为象点。 2）物与象 A A′ 1-9 S S 成象基本概念
3)实象与虚象、实物与虚物 若出射的同心光束是会聚的,则称象点为实象;若出射的 同心光束是发散的,则称为虚象。 若入射光为发散的同心光束,则称物点(发散中心)为实 物;若入射光为会聚的同心光束,则称入射光的会聚中心 点为虚物。 S实物点 S—I的实象和Ⅱ的虚物 S"-整个系统的虚象
9 3）实象与虚象、实物与虚物 A A′ 1-9 S S 若出射的同心光束是会聚的，则称象点为实象;若出射的 同心光束是发散的，则称为虚象。 若入射光为发散的同心光束，则称物点（发散中心）为实 物；若入射光为会聚的同心光束，则称入射光的会聚中心 点为虚物。 S——实物点 S′——I的实象和Ⅱ的虚物 S″——整个系统的虚象 1 -10 A A″ A′ Ⅰ ⅠⅠ I Ⅱ S S S
完善成象条件 如果物点S发出的同心光束球面波经光学系统后仍为一同 心(S)光束球面波,则称S′为S的完善象点。 完善成象条件 物点和相应的象点之间各光线的光程相等 球面波 球面波 10
10 A A′ W W 1-11 S S 球面波 球面波 如果物点 S 发出的同心光束球面波经光学系统后仍为一同 心（S´）光束球面波，则称S´为 S的完善象点。 物点和相应的象点之间各光线的光程相等. 二、完善成象条件 完善成象条件