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1、几何光学基本原理第1页，本讲稿共17页3.1 几个基本概念和定理 费马原理3.1.2几何光学的基本实验定律几何光学的基本实验定律1.光在均匀介质中的直线传播；2.光通过两种介质分界面试的反射和折射定律；3.光的独立传播定律和光路可逆原理第2页，本讲稿共17页3.1.2 费马原理费马原理费马原理：光在指的两点间传播，实际的光程总是一个极值。可证上面1、2第3页，本讲稿共17页3.1.4 单心光束单心光束 实物、实物、实像、虚像实像、虚像单心光束：将发光点看成一个发射光束的顶点，凡是有单个顶点的光束称为单心光束。实像所在点确有光线汇聚，虚像所在之处则根本没有光线通过实物实物实像实像虚像虚像第4页，
2、本讲稿共17页3.2 光在平面界面上的反射和折射几何光学所研究的问题主要是怎样能够准确地反映物体的形状，也就是怎样能保持光束单心性的问题。实际上只有在平面镜反射的情况中，光束的单心性才不被破坏（一个物点成一个像点）。第5页，本讲稿共17页3.2.2 光束单心性的破坏光线在折射率不同的两个透明物质的平面分界面上折射后单光束将被破坏（除平行光束）如果光束是单心的P只要作出任意两条光线的焦点，就能确定其他光线将通过这一焦点.考虑P点发出 空间光束，PA1A2展成一个单心的发射光束。P点描出一段很短的弧，单光束被破坏。pA1A2第6页，本讲稿共17页3.2.3 全反射 光导纤维第7页，本讲稿共17页3
3、.3光在球面上的反射和折射符号规定：线段长度都从顶点算起，凡线段和主轴的交点在顶点右方，线段长度的数值为正；凡左方为负。物点或像点至主轴的距离，在主轴上方为正，在下方为负。-s-sc-rl-uoAPP第8页，本讲稿共17页3.3.2 球面反射对光束单心性的破坏PO=-s,PO=-s,PA=l,AP=l.PAP=n(-r)2+(r-s)2+2(-r)(r-s)cos 1/2+n(-r)2+(s-r)2-2(-r)(s-r)cos1/2由于当A点在镜面上移动时，半径r为常量，而角度 才是位置的变量。根据费马原理，d PAP/d =01/l+1/l=1/r(s/l+s/l)如果s已知，可算出s.第9
4、页，本讲稿共17页把该图绕主轴PO转pp2p1cA2A1oP一个小角度，使PA1A2展成一単心的空间光束，此时p点描出一条很短的弧线，说明光束单心性的破坏。第10页，本讲稿共17页3.3.3 近轴光线条件下球面反射的物象公式近轴光线条件下，很小，cos 1因此 l-s;l-s；1/s+1/s=2/r当 s=时 s=r/2，f=r/2 1/s+1/s=1/f球面反射的物象公式球面反射的物象公式,无论对于凹球面或凸球面，无论无论对于凹球面或凸球面，无论s s、s s、f f的数值大小，是正是负，只要近轴光线都成的数值大小，是正是负，只要近轴光线都成立。（例题立。（例题P129P129例例3.33.
5、3）第11页，本讲稿共17页3.3.4 球面折射对光束单心性的破坏PAP=nl+nl-sSorlPAlPnnc根据费马原理d PAP/d=0n/l+n/l=1/r(ns/l+ns/l)第12页，本讲稿共17页3.3.5 近轴光线近轴光线条件下球面折射的物象公式条件下球面折射的物象公式近轴光线条件下，很小，cos 1l -s;l s.n/s+n/s=(n-n)/r；=(n-n)/r光焦度球面折射的物象公式球面折射的物象公式,无论对于凹球面或凸无论对于凹球面或凸球面，只要近轴光线，无论球面，只要近轴光线，无论s s的数值大小都的数值大小都成立。成立。平行于主轴的入射光线折射后和主轴相交的位置称为球
6、面界面的平行于主轴的入射光线折射后和主轴相交的位置称为球面界面的像方焦点像方焦点f f.S=时，f=nr/(n-n)第13页，本讲稿共17页3.3.6 高斯公式n/s+n/s=-n/f=n/f或f/s/+f/s=1-高斯公式 在其他光具组理想成像时，物距，像距和焦距的关系式也和上式完全相同，高斯公式是普遍的物像公式。第14页，本讲稿共17页3.4 光连续在几个球面界面上的折射 虚物的概念3.4.1 逐个球面成像法：对前一个球面出射的折射光束，对后一个就是入射光束。即第一个球面所成的像，就可看作第二个球面的物，依次逐个对球面成像，最后求出整个系统的像。3.4.2 光从前一个球面出射后是汇聚的，应为实像。但光束尚未达到汇聚点，就遇到下一个球面，则其顶点称为虚物。第15页，本讲稿共17页3.5 薄透镜3.5.1 近轴条件下薄透镜的成像公式薄透镜的高斯公式为若n1=n2=n,则当nn时，凹凸透镜是会聚的，凸透镜是发散的。这时n1=n2=1高斯公式为n1n2pP-r2r1-sS第16页，本讲稿共17页3.5.3 薄透镜的作图求像法步骤：第17页，本讲稿共17页