北京理工大学820物理光学解析 1
北京理工大学应用光学课件讲解
以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。 对焦点和无限远 轴上点符合等光程。
等光程的折射面 二次曲面
应用光学讲稿 • 两镜系统基本结构形式
应用光学讲稿
应用光学讲稿
• 常用两镜系统
• 1、 经典卡塞格林系统
• 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物 面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成 像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜 和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率：
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率： n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率： n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的 空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面
来代表
应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质 4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴
应用光学讲稿
5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似
像和物的比值叫放大率
y'
y
所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放 大率成像。即放大率是一个常数
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播
北京理工大学光电学院《819物理光学》历年考研真题汇编
目 录2015年北京理工大学819物理光学考研真题（回忆版）2014年北京理工大学819物理光学考研真题（回忆版）2008年北京理工大学819物理光学考研真题2007年北京理工大学419物理光学考研真题2006年北京理工大学419物理光学考研真题2005年北京理工大学419物理光学考研真题2004年北京理工大学419物理光学考研真题2003年北京理工大学419物理光学考研真题2015年北京理工大学819物理光学考研真题（回忆版）口冷做**12、取•£雄J,*af*t中fc*'^u^'c z，.7:/<*',上Sx*4V胃上*'伊）4gRjZP除场WVG次.自如£*旬氏」野怵*•-**■"l，*<X^£阳v4>4L A4ii J免由诺，叩次「」•V心3L&K可卞+*£"扣hU-k M,g*X/虬14h，浏勺▲土*t b七4ttl I h叶*入夏K孑g冠光位枷品休次4克4探阳队作扇*揩题比予而¥MlWLg牛研判辎姓第占题，吊初推71（回忆版）*答桂成&谟1溢寸■福i*cn«qe±rE-ttt.北京猝工大拳2063年攻读■士学位希究生入学港试试贬初I代跖819为目名痢=坊敦馥,堵空了（4。
分）1.（10分、单色自妣光从折射宰为E的受盼介夜I村入折史：仁疽明介灰2中，在两介员的分界而上，特发生场反般斑梁.殳打犬魄反力我偏基元的条件是d，比乾曳财光波的择动方胃丸3」:质足③_£1转发生全反射.全疚野的界角0可表求龙M一2.。
0分）再宜光在同一空倪区域登10产生块定干涉港涪的小魏冬代压①・@.③，产生两束或者多崖枷干光的主受方法在冬・©_-•,3.“0分）在光ts夫3fQJt$n射中，刍光楹常致定河.第mia&j射务"和光波波长/之阍的美系虹①一.当光波波长南大时.网一垠浴烷衍射角将q_：当衍财垠rn增大时.光槌的尤还分用本候③.4.U0分）单色自炫光洪从各向国性均勾介厌射入单的西体，如入射角且岛体的尤输在入射贸力,光波在晶体中将分成。
北京理工大学应用光学课件大全李林
玻璃 n大
应用光学讲稿
第四节 光路可逆和全反射
一、光路可逆 1、现象
A
B
应用光学讲稿
2、证明
直线传播：
A
B
反射：I1=R1
A
R1=I1
折射：
n1 Sin I1 = n2 Sin I2
n2 Sin I2 = n1 Sin I1
B I1 R1
I2 C
应用光学讲稿
3、应用 光路可逆：
求焦点 光学设计中，逆向计算：目镜，显微物 镜等
应用光学讲稿
光线的概念
能够传输能量的几何线，具有方向
光线概念的缺陷
采用光线概念的意义： 1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象：
影子、日食、月食 2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计 的
应用光学讲稿
光线是能够传输能量的几何线，具有方向 光波的传播问题就变成了几何的问题 所以称之为几何光学
成分均匀
透光
2、光线在两种均匀介质分界面上传播时: 反射定律，折射定律
应用光学讲稿
A
AO: 入射光线 OB: 反射光线 OC: 折射光线 NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹角
，入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹 角， 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹角
，折射角
N B
I1
R1
O I2
C N
应用光学讲稿
入射面：入射光线和法线所构成的平面
反射定律：反射光线位在入射面内； 反射角等于入射角 I1=R1。
折射定律：折射光线位在入射面内； 入射角正弦和折射角正弦之比，对两种一 定介质来说是一个和入射角无关的常数 。 Sin I1
820普通物理(光学)
南京信息工程大学硕士生入学考试普通物理《光学》复习考试大纲考试科目代码：820考试科目名称：普通物理《光学》第一部分目标与基本要求一、目标光学是我校“光学工程”硕士研究生入学考试的专业基础课之一，它的评价标准是高等学校优秀本科毕业生所能达到的水平，以保证被录取者有良好的光学理论基础。
主要考查学生系统掌握物理光学的基本原理、基础知识及相关应用能力。
要求考生具备较为扎实的物理光学基础，以便后续相关课程的学习并为今后的科学研究打下光学基础。
二、基本要求考生应着重掌握物理光学的基本概念、基本原理、基本规律，适当注意物理光学与自然科学、工程技术相关学科的联系，应用物理光学知识解决实际问题。
三、考试形式与试卷结构（一）答卷方式：闭卷，笔试（二）答题时间：180分钟（三）题型：证明和计算（四）参考书目（略）：第二部分内容与考核目标一、光的本性（45%）1. 掌握积分和微分形式的迈克斯韦尔方程组，物质方程2. 熟练掌握电磁场的波动性，波动方程，光速，折射率3. 理解平面电磁波的简谐形式和复数形式，复振幅和光强度，平面电磁波的性质4. 理解辐射能，坡印廷矢量5. 掌握电磁场的边值关系6. 理解光线与光程的概念，理解光传播的直线性、独立性和可逆性。
7. 掌握反射、折射定律，了解菲涅尔公式，反射率和透射率及全反射8. 了解隐逝波、了解金属表面的透射和反射9. 了解光的吸收、色散和散射10. 熟悉棱镜、光纤的基本结构及其应用11. 理解光的横波性与偏振特性以及自然光、部分偏振光与偏振光的概念12. 熟练掌握布儒斯特定律以及利用反射和折射获得平面偏振光的方法13. 熟练掌握马吕斯定律14. 熟悉光的量子性的基本概念15. 理解黑体辐射、光电效应、康普顿效应及光的波粒二象性二、光的干涉（35%）1. 熟悉波前的概念及球面波的傍轴条件与远场条件2. 理解波动叠加与光的干涉现象，深刻理解光的相干条件及干涉条件3. 掌握获得相干光波的方法4. 熟练掌握杨氏干涉实验的分析方法、干涉图样强度分布及干涉条纹特点，熟悉杨氏干涉的应用5 熟悉空间相干性的概念及光源宽度与光场空间相干性的关系，熟悉时间相干性的概念及光源光谱宽度与光场时间相干性的关系6. 熟练掌握薄膜等倾、等厚干涉的特点与分析方法，熟练运用光程差或相位差公式计算有关薄膜干涉问题7. 熟悉增透膜、增反膜的概念及应用8. 掌握迈克尔逊干涉仪、法布里－珀罗干涉仪的原理、特点及应用三、光的衍射（40%）1. 熟悉光的衍射现象及惠更斯－菲涅耳原理2. 掌握利用菲涅耳半波带法和振幅矢量法分析圆孔和的菲涅耳衍射3. 掌握夫琅和费衍射图样的观察方法4. 掌握利用菲涅耳半波带法、振幅矢量法以及衍射积分法分析单缝、矩形孔及双缝的夫琅和费衍射，理解衍射图样的光强分布特点5. 熟悉圆孔夫琅和费衍射图样的特点，掌握艾里斑与圆孔大小的关系6. 熟练掌握平面光栅衍射的分析方法、衍射图样强度分布特点、光栅光谱、以及光栅方程的运用7. 熟悉闪耀光栅、正弦光栅以及体光栅的概念及衍射特点8. 熟悉衍射与干涉的关系四、光的偏振与晶体光学基础（10%）1. 熟悉晶体的双折射现象2. 深刻理解单轴晶体双折射的特点以及寻常光和非常光的概念3. 熟练掌握各种偏振光学器件的原理、结构特点及应用4. 熟练掌握自然光、部分偏振光、平面偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的获得与检验方法5. 掌握平面偏振光干涉的分析方法、干涉图样的强度分布特点6. 熟悉应力双折射、电光效应、磁光效应的概念及可能应用7. 熟悉圆双折射的概念，掌握自然旋光和磁致旋光效应（法拉第效应）的特点及可能应用五、光的吸收、色散及散射（10%）1. 熟悉吸收及吸收光谱的概念，掌握吸收定律2. 熟悉色散的特点及正常色散和反常色散的区别3. 熟悉相速度与群速度的概念及相互联系4. 熟悉散射的概念及一般规律，理解瑞利散射、米氏散射、拉曼散射的特点六、傅立叶光学（10%）1. 理解平面波的复振幅和空间频率2. 理解单色波场中复杂的复振幅分布及其分解，透镜的透射系数推导，傅立叶积分与光场复振幅分解的关系3. 掌握衍射现象的傅立叶分析方法，夫琅和费近似下衍射场与孔径场的变换关系，矩孔、单缝、双缝、多缝、圆孔的夫琅和费衍射计算，菲涅尔衍射的傅立叶变换表达4. 理解透镜的傅立叶变换性质和成像性质，物体与透镜的相对位置不同，透镜后焦面上的光场变化规律，轴上和轴外点物的成像关系分析方法5. 了解相干成像系统分析及相干传递函数，相干传递函数的推导，方型和圆形出瞳时的相干传递函数6. 了解非相干成像系统分析及光学传递函数，光学传递函数的推导，相干传递函数和光学传递函数的关系，方型和圆形出瞳时的光学传递函数，有像差时相干传递函数和光学传递函数的形式7. 理解阿贝成像理论和阿贝-波特实验8. 了解相干光学处理系统及其应用9. 了解非相干光学处理及其应用。
1第一次课、常用非初等函数
1、直角坐标系中的二维非初等函数
(1)二维矩形函数，定义式为：
1 rect(x, y) rect(x)rect( y) 1/ 2
0
| x | 1/ 2and | y | 1/ 2 | x || y | 1/ 2
| x | 1/ 2and | y | 1/ 2
————可分离变量函数
rect(x, y)
图15
所以方程：
ax by c 1/ 2
确定了(x，y)坐标系中该二维狭缝函数取值为1的区域。
28
(2)二维矩形函数的坐标线性变换 g(x'，y ')=rect(x')rect(y')
x' y'
a1x a2 x
b1 b2
y y
c1 c2
g(x, y) rect(a1x b1y c1)rect(a2x b2 y c2 )
表示函数图形以x=x0为轴的反射。
17
例如，将标准形式的矩形函数进行比例缩放、平移和反射。 一般形式的矩形函数表示为：
a b
f
new
(
x)
arect
(
x
x0 L
)
b
a 2
b
b
f new ( x)
ab
L
| (x x0 ) / 2 | 1/ 2 | (x x0 ) / 2 | 1/ 2 | (x x0 ) / 2 | 1/ 2
1 1/ 2
0
| a1x b1 y c1 | 1/ 2and | a2x b2 y c2 | 1/ 2 | a1x b1 y c1 || a2x b2 y c2 | 1/ 2
| a1x b1 y c1 | 1/ 2and | a2x b2 y c2 | 1/ 2
2014年北京理工大学819物理光学考研真题及答案解析
1 育 明 教 育2015年全国硕士研究生招生考试公告根据《2015年全国硕士研究生招生工作管理规定》，现将2015年硕士研究生招生考试有关事项公告如下：一、初试时间2015年硕士研究生招生考试初试时间为：2014年12月27日至12月28日(每天上午8:30-11:30，下午14:00-17:00)。
超过3小时的考试科目在12月29日进行(起始时间8:30，截止时间由招生单位确定，不超过14:30)。
考试时间以北京时间为准。
不在规定日期举行的硕士研究生入学考试，国家一律不予承认。
二、初试科目初试方式均为笔试。
12月27日上午 思想政治理论、管理类联考综合能力12月27日下午 外国语12月28日上午 业务课一12月28日下午 业务课二12月29日 考试时间超过3小时的考试科目每科考试时间一般为3小时;建筑设计等特殊科目考试时间最长不超过6小时。
详细考试时间、考试科目及有关要求等请见《准考证》。
2 三、报名要求硕士研究生招生考试报名包括网上报名和现场确认两个阶段。
所有参加2015年硕士研究生招生考试的考生均须进行网上报名，并到报考点现场确认网报信息、缴费和采集本人图像等相关电子信息。
应届本科毕业生原则上应选择就读学校所在省(区、市)的报考点办理网上报名和现场确认手续;单独考试及工商管理、公共管理、旅游管理和工程管理等专业学位的考生应选择招生单位所在地省级教育招生考试管理机构指定的报考点办理网上报名和现场确认手续;其他考生应选择工作或户口所在地省级教育招生考试管理机构指定的报考点办理网上报名和现场确认手续。
网上报名技术服务工作由全国高等学校学生信息咨询与就业指导中心负责。
现场确认由省级教育招生考试管理机构负责组织相关报考点进行。
四、网上报名(一)网上报名时间2014年10月10日至10月31日，每天9:00-22:00。
逾期不再补报，也不得再修改报名信息。
(二)网上预报名时间2014年9月25日至9月28日，每天9:00-22:00。
北京理工大学820应用光学1999-08、11、13-14年(11年回忆版)考研专业课历年真题汇编
第1页，共3页 一、问答题（共60分，每小题6分）
1.用显微镜观察相距0.0005mm 的两物点，采用划线对准的方式，视放大率至少要多少？
2.什么叫望远镜的视角分辨率和衍射分辨率？已知望远镜的视放大率为30×，出瞳距离为1.5mm ，求该望远镜的视角分辨率和衍射分辨率。
3.什么叫主平面？什么叫节平面？主平面和节平面什么条件下重合？
4.什么叫波像差？光学系统成像质量的判断标准是什么？
5.已知棱镜展开厚度为d = 50mm ，折射率n = 1.5，求像面的移动距离。
6.一个发光圆盘（可视为朗伯光源），在与法线成30°角方向上的光强为I 。
求出射光通量。
7.什么是光圈数？在5.6、8、11这几个光圈数中，相同曝光时间下，哪个进光量最大？
8.投影仪分为哪几个部分？分别有什么作用？
9.什么叫场镜？场镜有什么作用？
10.什么叫渐晕？渐晕大小如何表示？
二、叙述及证明题（共30分，每小题10分）
1.描述如何判断平面棱镜系统的成像方向。
2.两组透镜组成倒像系统，对无限远物体成像，焦距分别为f 1′和f 2′，中间的两个透镜之间为平行光。
将倒像系统旋转180°，保持物、像位置不变。
证明系统总的视放大率
2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题 科目代码： 820 科目名称： 应用光学
★ 答卷须知
试题答案必须书
写在答题纸上，在
试题和草稿纸上
答题无效。
北理工820应用光学考研真题(1999-2014)
������
J
J’
������′
4. 已知主点 ������1、������1′、������2、������2′ 和焦点������1、������1′、������2、������2′，求像������′������′的物 AB。
第 2 页，共 6 页
������1 ������1′
������2 ������2′
3. 一望远系统物镜焦距为 300mm，物方视场角2������ = 8°，从目镜出射的像方视 场角为2������′ = 69.9277°，出瞳直径������′ = 6mm，物镜后方有一靴型屋脊棱镜（玻璃 折射率为 1.5163，棱镜展开厚度为 L = 2.98D）作为倒像系统，棱镜出射面到目 镜的距离为 40mm，求棱镜入射面的口径������棱1为多少？棱镜出射面的口径������棱2为 多少？望远物镜到棱镜入射面之间的距离为多少？（物镜、目镜均按薄透镜计算） （10 分）
五、问答及证明题（共 15 分，每小题 5 分） 1. 证明点光源照明一微小平面时的光照度公式为
������ cos ������ ������ = ������2 其中 I 为发光强度，������为平面法线方向和照明方向的夹角，������为平面与光源之间的 距离。
2. 证明望远系统中用了场镜以后并不影响原有光学系统的光学特性，在望远系 统中使用场镜有什么作用？
第 4 页，共 6 页
3. 画图并推导出理想光学系统物像关系的牛顿公式。
六、计算题 1. 一物镜焦距为 2200m 的平行光管用来测量一焦距为 100mm 的被测系统，在 被测系统的物方焦面上放置一直径为 0.1mm 的小孔，问此小孔经被测系统和平 行光管后，像的直径为多少？现在在平行光管后面加一负透镜，使小孔像放大到 8.8mm，并要求新像点在原像点后 200mm 处，求负透镜的焦距以及与平行光管 物镜之间的距离。（所有系统均按薄透镜系统计算）（10 分）
2013年北京理工光学工程820应用光学初试、复试回忆（定稿）
2013年北京理工光学工程820应用光学初试、复试回忆（定稿）第一篇：2013年北京理工光学工程 820应用光学初试、复试回忆（定稿）2013年北京理工光学工程复试笔试回忆（不全）：物理光学：干涉图形的强度分布、条纹类型，有一个题是画出所给出的图上三个不同位置观察屏的干涉条纹；求晶体中光的偏振方向等电子技术：数电考了斯密特触发器、555的计算和画电压波形等，模电考了判断负反馈的类型，用集成运放设计设计一个vi：vo=1:2的放大电路（画图，并求各电阻的值）等；计算机基础：名词解释：如usb等，冯诺依曼计算机的组成，用C语言编写一个简单程序等。
光电成像：名词解释及英文全称，如CCD、ICCD、MCP等，黑体的几个方程及原理，探测器的分类及原理、区别，画框图等。
英语听力:一共20个题，语速快，两题之间隔时间很短，必须很快选出答案。
面试：英语：自我介绍，问了我怎么看待中国和日本的关系（他们什么问题都有，没法准备，看你的口语水平和随机应变能力），读并且翻译一段话（和光有关的）。
综合面试：1）抽一张纸有4个题，立即回答出来，分别是：应光、物光、电子技术、计算机方面的。
题很多范围很广，每个人都不一样，我抽到的是1、远心光路及作用2、激光器的结构、原理及激光的特性；3、负反馈的类型及作用4、数据的传输方式：并行传输和串行传输及特点，2）然后就是说一下自己做过的东西和毕设，根据你说的提问题，这部分很重要，看你的动手能力。
3）问了一个人文题：怎样看待因日本核辐射引起的抢盐风潮？下面是网上的回忆版：初试：（来自考研论坛）一简答题1.为什么要求光学系统中，光学元件要与光轴垂直放置？2.光学系统中，常用的基点和基面有哪些？3.什么是节平面？节平面的性质有哪些？4.物方远心光路和像方远心光路对于减少相差有什么作用？5.什么是场镜，它的作用是什么？还有一些题，现在是真的记不清楚了，但是都算比较简单的。
二证明题1.考察的是第二章的内容。
北京理工大学820应用光学模拟题5
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因为专一所以专业，理硕教育助您圆北理之梦。
详情请查阅理硕教育官网1．-个5倍的显微物镜c按薄透镜组考惫，，物像之间的共轭距离为190 rnm，求该物镜的焦距物平面离透镜的距离。
2．-个8倍的望远镜系统由物镜、斜方棱镜，目镜构成。
斜方棱镜的入射面到物镜的距离为110 mm，斜方棱镜口径为30 mm，折射率为1.5，棱镜的出射面到目镜的距离为30 mm，求物镜和目镜的焦距。
如果入瞳和物镜重合，物镜通光口径多大？（透镜均按薄透镜考虑）3．3．用一个60 W灯泡照明2m远处并与照明方向成45。
的平面，假定灯泡发光效率（光视效能）为10 Im/W，各方向均匀发光，求被照表面的照度等于多大？4根据理想光学系统的成像性质，导出以主点为原点的共轭点方程式和垂轴放大率。
3．设有一个同心透镜，其厚度为30mm，玻璃折射率为1.5，焦距为-100 mm，求两个半径等于多少？它的主面在哪里？5.已知显微镜的视度大率为300，目镜的焦距为20 rnm，求显微镜物镜的倍率。
假定人眼的视角分辩率为60”，问使用该显微镜观察时，能分辨的两物点的最小距离等于多少？该显微镜物镜的数值孔径不小于多少？6.设幻灯机离开投影屏幕的距离为45 m，投影屏幕为5 mX4 m，幻灯片尺寸为20 mX16 m，光源亮度为12 000熙提，聚光系统使幻灯片均匀照明，并使光束充满物镜口径，如果物镜的透过率为0.6，要求屏幕照度为100 lx，求该幻灯祝物镜的焦距和相对孔径，7.人眼垂直看水池1 m处的物体，试问物体的像到水面的距离是多少（水的折射率为1. 33）?8.对于一个共轴理想光学系统，如果物平面倾斜于光轴，试问其像的几何形状是否与物相似。
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各种各样的光学仪器
显微镜:观察细小的物体
望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
应用光学讲稿
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起 来，满足一定的要求
应用光学讲稿
光学系统分类
按有无对称轴分： 共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴 非共轴系统：没有对称轴线
按介质分界面形状分：
成分均匀 透光
直线传播
2、光线在两种均匀介质分界面传播时:
反射定律，折射定律
应用光学讲稿
A N B
AO: 入射光线
OB: 反射光线
OC: 折射光线 NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹角 ，入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹 角， 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹角 ，折射角
应用光学讲稿
可见光：400-760nm 单色光：同一种波长 复色光：由不同波长的光波混合而成
频率和光速，波长的关系
c
在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变
应用光学讲稿
几何光学的研究对象和光线概念
• 研究对象 不考虑光的本性 研究光的传播规律和传播现象
特 点 不考虑光的本性，把光认为是光线
I1
R1
O I2
C N
应用光学讲稿 入射面：入射光线和法线所构成的平面
反射定律：反射光线位在入射面内；
反射角等于入射角 I1=R1。
折射定律：折射光线位在入射面内； 入射角正弦和折射角正弦之比，对两种一 定介质来说是一个和入射角无关的常数 。 Sin I1 Sin I2
= n1, 2
n1,2称为第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
AB OP GH PQ A' B' O' P' G ' H ' P ' Q'
OP GH AB 常数 PQ O' P'G' H ' A' B' 常数 P ' Q'
应用光学讲稿 6.对于共轴光学系统，如果已知： (1)两对共轭面的位置和放大率 或者
(2)一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共轭点的位
2、绝对折射率
c 介质对真空或空气的折射率 n v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系 相对折射率：
n 1, 2 =
υ1 υ2
C
第一种介质的绝对折射率： 第二种介质的绝对折射率：
所以
n1 =
n2 =
υ1
C
υ2
n 1, 2 =
n2
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
由 Sin I1 Sin I2 ＝n Sin I1 Sin I2
像散光束：不严格交于一点，波面为非球面
应用光学讲稿
平行光束
波面为平面
应用光学讲稿
第二节
几何光线基本定律
一、光的传播现象的分类
灯泡
空气
玻璃
应用光学讲稿
光的传播可以分类为：
1、光在同一种介质中的传播；
2、光在两种介质分界面上的传播。
应用光学讲稿
二、几何光学基本定律
1、光线在同一种均匀透明介质中时：
1, 2
n 1, 2 =
n2 n1
有
=
n2
n1
或
n1 Sin I1 = n2 Sin I2
应用光学讲稿
第四节
一、光路可逆 1、现象
光路可逆和全反射
A
B
应用光学讲稿
2、证明 直线传播：
反射：I1=R1
R1=I1 A I1 R1 A B B
折射：
n1 Sin I1 = n2 Sin I2 n2 Sin I2 = n1 Sin I1
球面系统：系统中的光学零件均由球面构成 非球面系统：系统中包含有非球面 共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对 称轴线
今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统
应用光学讲稿
二、成像基本概念
1、透镜类型
正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
应用光学讲稿
2、透镜作用－－－成像
A
A’
A’点称为物体A通过透镜所成的像点。而把A称为物点 A′为实际光线的相交点，如果在A′处放一屏幕，则可以 在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。 A和A′称为共轭点。 A’与A互为物像关系，在几何光学 中称为“共轭”。
抛物面：到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨迹，是
以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。 对焦点和无限远 轴上点符合等光程。
等光程的折射面 二次曲面
应用光学讲稿 • 两镜系统基本结构形式
应用光学讲稿
应用光学讲稿
• 常用两镜系统 • 1、 经典卡塞格林系统 • 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物 面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成 像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜 和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。 • 2、 格里高里系统 • 主镜为凹的抛物面，副镜为凹的椭球面，抛物面的 焦点和椭球面的一个焦点重合，经椭球面后成像在 其另一个实焦点处。 • 3 、R-C系统 • 主镜副镜均为双曲面。
当几何光学不能解释某些光学现象，例如干涉 、衍射时，再采用物理光学的原理
应用光学讲稿
光线与波面之间的关系 • 波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面
t + Δt 时刻
t 时刻
A
应用光学讲稿
光线是波面的法线 波面是所有光线的垂直曲面 同心光束：由一点发出或交于一点的光束； 对应的波面为球面
应用光学讲稿
第一章
几何光学基本原理
应用光学讲稿
本章要解决的问题：
光是什么？－－光的本性问题 光是怎么走的？－－光的传播规律
像与成像的概念
对成像的要求
应用光学讲稿
第一节
光波与光线
研究光的意义: 90%信息由视觉获得,光波是视觉的载体
光是什么？弹性粒子－弹性波－电磁波－波粒二象性 1666年：牛顿提出微粒说，弹性粒子 1678年：惠更斯提出波动说，以太中传播的弹性波 1873年：麦克斯韦提出电磁波解释，电磁波 1905年：爱因斯坦提出光子假设 20世纪：人们认为光具有波粒二象性
3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的 空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面 来代表
应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质
4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴
应用光学讲稿
5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似
像和物的比值叫放大率
y' y
所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放 大率成像。即放大率是一个常数
物空间：物所的空间
实物空间：系统第一面以前的空间 虚物空间：系统第一面以后的空间 整个物空间包括实物和虚物空间
注意：
虚物的产生
虚像的检测
应用光学讲稿
物像空间折射率确定 物空间折射率： 按实际入射光线所在的空间折射率计算 像空间折射率 按实际出射光线 所在的空间折射率计算
应用光学讲稿 对于不均匀介质
可看作由无限多的均匀介质组合而成，光线的 传播，可看作是一个连续的折射 直线传播定律 反射定律 折射定律 几何光学的基本定律
应用光学讲稿
第三节
折射率和光速
一、折射定律和折射率的物理意义 折射光线在入射面内
折射定律：
Sin I1 Sin I2 ＝n
1, 2
n1,2 : 第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
A I1 P O
N
Q Q´
1 2
I2
12
O´
N´
QQ' v1t
OO' v2t
QQ' sin I1 OQ'
OO' sin I 2 OQ'
sin I1 QQ' n1, 2 sin I 2 OO'
sin I1 v1 n1, 2 sin I 2 v2
应用光学讲稿
SinI1 SinI2
=
υ1 υ2
= n 1, 2
第二种介质对第一种介质折射率等于第一种介质中的
光速与第二种介质中的光速之比。 折射率的物理意义 折射率与光速之间的关系
应用光学讲稿
sin I1 v1 n1, 2 sin I 2 v2
二、相对折射率与绝对折射率 1、相对折射率： 一种介质对另一种介质的折射率
I2 C
应用光学讲稿
3、应用 光路可逆：
求焦点 光学设计中，逆向计算：目镜，显微物 镜等
应用光学讲稿
2、发生全反射的条件
必要条件： n1>n2 由光密介质进入光
疏介质 充分条件： I1>I0 入射角大于全反射角
n2 sin I 0 n1
1870年，英国科学家丁达尔全反射实验
应用光学讲稿
当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻 璃的折射率不同、对应的临界角不同
以QQ是OO的像
应用光学讲稿 如果一个物点对应唯一的像点 则平面成像为平面
应用光学讲稿
符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为 理想像
能够成理想像的光学系统称为理想光学系统
应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质
1.轴上点成像在轴上
A.
.A1’
.A2’