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1、关于几何光学 (2)现在学习的是第1页，共27页 惠更斯提出光的波动理论，认为光是在一种特殊介质中传播惠更斯提出光的波动理论，认为光是在一种特殊介质中传播的机械波。解释了光的反射、折射、衍射。的机械波。解释了光的反射、折射、衍射。 托马斯托马斯.杨和菲涅尔（在十九世纪初）通过实验和进一步的理论工作，杨和菲涅尔（在十九世纪初）通过实验和进一步的理论工作，验证了光的波动理论，成功地解释了光的干涉、衍射。验证了光的波动理论，成功地解释了光的干涉、衍射。 波动光学存在不足，把光看作是机械波，光在真空中传播需要波动光学存在不足，把光看作是机械波，光在真空中传播需要媒质，于是臆想出媒质，于是臆想出“以太以
2、太”，认为真空中充满了，认为真空中充满了“以太以太”，但找不，但找不到。到。 十九世纪六十年代，麦克斯韦建立了电磁场理论，预言电磁波存在，十九世纪六十年代，麦克斯韦建立了电磁场理论，预言电磁波存在，1887年赫兹通过实验，发现了电磁波，电磁波的速度等于光速，认为光是年赫兹通过实验，发现了电磁波，电磁波的速度等于光速，认为光是电磁波电磁波。 科学家们认为光的本质研究已完成科学家们认为光的本质研究已完成-光是一种电磁波光是一种电磁波现在学习的是第2页，共27页 随着技术的发展和实验条件的完善，发现了光电效应，康普顿效应，随着技术的发展和实验条件的完善，发现了光电效应，康普顿效应，利用波动光学无法解
3、释，利用波动光学无法解释，1900年普朗克提出量子假说，年普朗克提出量子假说，1905年爱因斯坦提年爱因斯坦提出光子学说。解释了光电效应。出光子学说。解释了光电效应。 目前关于光的本质（光是什么）只能讲：目前关于光的本质（光是什么）只能讲： 光具有波粒二象性，既是粒子，也是波。光具有波粒二象性，既是粒子，也是波。现在学习的是第3页，共27页少女？少女？老妇？老妇？但两种图象不会同时但两种图象不会同时出现在你的视觉中。出现在你的视觉中。 光在某些条件下表现出光在某些条件下表现出粒子性粒子性， 在另一些条件下在另一些条件下表现出表现出波动性波动性， 而而两种性质两种性质虽寓于同一体中，虽寓于同一体
4、中， 却却不不能同时表现出来能同时表现出来。例如：例如：两种图象寓于两种图象寓于同一幅画中；同一幅画中；现在学习的是第4页，共27页光学的理论体系光学的理论体系以光的直线传播为基础，采用几何方法研究光以光的直线传播为基础，采用几何方法研究光在透明介质中的传播问题。在透明介质中的传播问题。物理光学物理光学波动光学波动光学：以光的以光的波动性波动性为基础，研究光的为基础，研究光的传播及其规律。传播及其规律。量子光学量子光学：以光和物质相互作用时所显示出的以光和物质相互作用时所显示出的粒子性粒子性为基础，研究光的一系列为基础，研究光的一系列规律。规律。现代光学现代光学非线性光学非线性光学激光光谱学激
5、光光谱学信息光学信息光学集成光学集成光学统计光学统计光学.几何光学几何光学 其基础是光波长趋于零（其基础是光波长趋于零（ 0；物点在镜后，物距；物点在镜后，物距p0；像点在镜后，像距；像点在镜后，像距q0；(3)凹面镜的曲率半径凹面镜的曲率半径r为正，凸面镜的曲率半径为正，凸面镜的曲率半径r为负。为负。沿着光线前进的方向沿着光线前进的方向实正虚负实正虚负现在学习的是第18页，共27页凹球面凹球面CpBrPM OQn1n2Aq_()L PMQPMMQ22224 ()sin4 ()sin22pr rpqr rq+二、单球面镜傍轴反射成像二、单球面镜傍轴反射成像)cos()(2)()cos()(2)
6、(2222rrqrrqrrprrp根据费马原理根据费马原理 d ()0dL PMQ设光在真空中传播设光在真空中传播n n1 1=1=122224 ()sin4 ()sin22rpqrpr rpqr rq现在学习的是第19页，共27页在傍轴近似条件下，在傍轴近似条件下，0112pqr上式变成：上式变成：当当p 时2rq=22224 ()sin4 ()sin22rpqrpr rpqr rq由此可知：由此可知：2rf 111pqf可得：可得：傍轴光线条件傍轴光线条件下球下球面反射的物像公式。面反射的物像公式。现在学习的是第20页，共27页相当于平行主光轴的光束经球面反射后，将在光轴上会聚相当于平行主
7、光轴的光束经球面反射后，将在光轴上会聚成一点，该像点称为反射球面的成一点，该像点称为反射球面的焦点。焦点。顶点顶点O到到F的距离叫的距离叫做做焦距。焦距。以以f表示。表示。OCFOFC（1）平行于主光轴的光线：其反射线必通过焦点）平行于主光轴的光线：其反射线必通过焦点（凹球面）或者其反射线的延长线通过焦点（凸球（凹球面）或者其反射线的延长线通过焦点（凸球面）；面）；现在学习的是第21页，共27页作图时可以选择下上三条特殊光线，可以直观了解系作图时可以选择下上三条特殊光线，可以直观了解系统成像的位置、大小和虚实情况。统成像的位置、大小和虚实情况。（2）通过曲率中心的光线：其反射线和入射线是同一条
8、直）通过曲率中心的光线：其反射线和入射线是同一条直线而方向相反；线而方向相反；（3）通过焦点的光线或入射光的延长线通过焦点的光线，其）通过焦点的光线或入射光的延长线通过焦点的光线，其反射线平行于主光轴。反射线平行于主光轴。OCFP过焦点且垂直于主光轴过焦点且垂直于主光轴的平面：的平面：焦平面焦平面现在学习的是第22页，共27页根据费马原理：根据费马原理：12Lnln l222212()2 ()()2 ()()n rp rr p r cosnrq rr q r cos QpqrOMCn2n1u-uhQiHill 12()()d0dnr pr sinn r qr sinLll12211()nnn
9、qn pllrll整理得：整理得：三三 单球面镜傍轴折射成像单球面镜傍轴折射成像现在学习的是第23页，共27页QpqrOMCn2n1u-uhQiHill 12211()nnn qn pllrll傍轴近似条件：傍轴近似条件：cos1lq12211()nnnnpqr02222()2 ()()2 ()()lrp rr p r coslrq rr q r cos lpcos( -1) 傍轴光线条件傍轴光线条件下球下球面折射的物像公式。面折射的物像公式。现在学习的是第24页，共27页两次单球面成像的物像距公式分别为：两次单球面成像的物像距公式分别为：11121nnnnppr22122nnnnqqr薄透镜
10、薄透镜：0d 122qpdp1pp2qq121212nnnnnnpqrr薄透镜傍轴成像物像距薄透镜傍轴成像物像距公式：公式：PO1O2On1n2n Q12p1q2q1dp2r2r112211()nnnnpqr现在学习的是第25页，共27页2pqf 、1qpf 、得到薄透镜物像方的焦距公式：得到薄透镜物像方的焦距公式：111212nfnnnnrr221212nfnnnnrr121212nnnnnnpqrr121nn若：若：1212111(1)()ffnrr111pqf薄透镜傍轴成像简化公式薄透镜傍轴成像简化公式现在学习的是第26页，共27页感谢大家观看感谢大家观看9/1/2022现在学习的是第27页，共27页