《现代光学基础教学课件》02章全.ppt
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现代光学基础复习课件
水波通过狭缝后的衍射图象。
3
2、波的折射定理证明: 根据惠更斯原理，A、B为同 一波面上的两点, A、B发射子波， 经t后， A 点发射的子波达到界面 的 C点， B点的到达D点。
i
A
B
BD v1t sin i AD AD AC v2 t sin r AD AD sin i v1 const sin r v2
19
（1）球差：由主轴上某物点向光学系统发出的单色圆锥形光 束，经光学系统折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能 交于主轴上的同一位置，以至在主光轴的理想平面处，形成一 弥散斑（模糊圈），则光学系统的成像误差称为球差。 （2）彗差：轴外物点用宽光束成像时可能产出的一种像差。 它表现为像方的光束对主光轴失去对称，使得在像面上形成一 个彗星状弥散斑，彗差由此得名。这种像差在很靠近光轴的点 上就会产生。 （3）证明：齐明点位置的傍轴小物可以宽光束严格成像.
2、特点：单根光纤可以传光但不传像；众多光纤集束为光缆 可传像。光线从一端入，从另一端出，而不从外套逸出，故光 能损耗极小。 3、应用：可弯曲传光、传像，可制成各种潜望镜，医用内窥 镜。
22
二、梯度型光纤－聚光纤维 1、折射率的变化规律
1 2 n(r ) n0 (1 ar ) 2
2、特点（1）单根可传像。 （2）端面轴上A点发出的光束中的傍轴光线，经过 一段空间周期后，又重聚于 A点。
n n n n s s r
n
n
P
P
n 1.5, n 1, s 3, r 3
s 9cm
18
三、齐明点 对于单球面折射，一般都存在一对特殊共轭点，可以宽 光束严格成像，这一对共轭点称为齐明点。 四、阿贝正弦定理 1、傍轴小物：其上的点到光轴 的距离远小于球面曲率半径。 2、置于齐明点位置的傍轴小物 可以宽光束严格成像。用像差的 语言表述为：在齐明点位置的傍 轴小物，既消除了轴上物点产生 的球差，也消除了轴外小物产生 的彗差，且满足阿贝正弦定理。
《现代光学基础教学课件》激光原理课件
激活介质：实现粒子数反转分布的介质 （分子、原子、离子）。
一般采用三、四能级系统
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18
1、为什么不能用二能级系统
二能级系 统不能实 现粒子数 反转分布
至少需三个能级，一般采用三、四能级系统。
精选ppt
19
为什么用三、四能级系统？
激光原理 . 第一章
原子处在激发态时间很短108s，但还有 一些亚稳态，可以停留103s,
第2章 激光产生的基本原理
精选ppt
1
光的受激辐射基本概念
激光原理 . 第一章
受激辐射概念是爱因斯坦在研究黑体辐射规 律时首先提出。 黑体辐射研究过程中：
普朗克——1900年，辐射量子化假设；
波尔——1913年，原子中电子运动状态的量子化假设；
爱因斯坦——1917年，从光量子概念出发，重新推导 了黑体辐射普朗克公式，并首次提出受激辐射概念。
n2 A21 n2B21 n1B12
A21 B21
8 h 3
c3
n h
B12 f1 B21 f2
f1 f2
B 12 B 21 W 12 W 21
A
21
8 h c3
3
B 21
f 2 , f1 E1、E2的统计权重/能级简并度
精选ppt
11
f1 f2
结论：
B 12 B 21 W 12 W 21
A
21
8 h c3
3
B 21
激光原理 . 第一章
1.能级简并度相同时，受激辐射和受激吸收具有相同几率。
2. 热平衡状态，高能级上原子数少于低能级上原子数，故正常 情况下，吸收比受激辐射更频繁，其差额由自发辐射补偿。
3. 自发辐射的出现随 3而增大，故波长越短，
一般采用三、四能级系统
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18
1、为什么不能用二能级系统
二能级系 统不能实 现粒子数 反转分布
至少需三个能级，一般采用三、四能级系统。
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19
为什么用三、四能级系统？
激光原理 . 第一章
原子处在激发态时间很短108s，但还有 一些亚稳态，可以停留103s,
第2章 激光产生的基本原理
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1
光的受激辐射基本概念
激光原理 . 第一章
受激辐射概念是爱因斯坦在研究黑体辐射规 律时首先提出。 黑体辐射研究过程中：
普朗克——1900年，辐射量子化假设；
波尔——1913年，原子中电子运动状态的量子化假设；
爱因斯坦——1917年，从光量子概念出发，重新推导 了黑体辐射普朗克公式，并首次提出受激辐射概念。
n2 A21 n2B21 n1B12
A21 B21
8 h 3
c3
n h
B12 f1 B21 f2
f1 f2
B 12 B 21 W 12 W 21
A
21
8 h c3
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B 21
f 2 , f1 E1、E2的统计权重/能级简并度
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11
f1 f2
结论：
B 12 B 21 W 12 W 21
A
21
8 h c3
3
B 21
激光原理 . 第一章
1.能级简并度相同时，受激辐射和受激吸收具有相同几率。
2. 热平衡状态，高能级上原子数少于低能级上原子数，故正常 情况下，吸收比受激辐射更频繁，其差额由自发辐射补偿。
3. 自发辐射的出现随 3而增大，故波长越短，
《现代光学系统》PPT课件
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21
空间频率的意义：
x
由于光波在k方向上每走一
k
个 行程，位相变化2，
因此，每间隔一个 就出
现一个等 位相面 ， 在 z=z0 平面上一簇垂直于k的平行 dT xx
直线。
y
z0
空间周期：
Tdy y
d x /c ， o d y s /c , o d z s /c os
在 x和 y方向相应的 :u空 d1x 间 cos频 ,vd1 率 y c为 os
若位于高能态的原子远远多于位于低能态的原子，就得到被高度放大 的光。
在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分 布规律。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情 况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。
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3
2、产生激光的先决条件
在热平衡条件下 ，受激吸收能量大于受激发射能量。 要实现受激发射能量大于受激吸收能量，必须使高 能态的原子数目多于低能态的原子数目，即粒子数 反转。首先是原子能级起码要具有三级，即原子能 级系统中要有亚稳态存在，其次运用外界激发方式 实现粒子数反转。
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
Cf expi(kf)expik(x22fy2)
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
常数因子， 可以忽略
二次因子，在求 强度分布时被自
动消去。
因此，夫琅 的 和 复 费 E ~振 (x衍 y） ,幅 射 为场 刚透过 的 衍 复振 t(1x ,幅 y1)的傅里叶变换，
最基本的要求是：光学性质均匀、光学透明性良 好且性能稳定、量子效率较高、具有亚稳态能 级等。
《现代光学基础教学课件》02章全
n2 r ( z ) cos z r1 n0
n2 n2 sin n0 n0
z 1
n2 dr n2 (z) sin dz n0 n0
§2..2典型的光线变换矩阵
n2 z r1 cos z 1 n0
第二章几何光学的矩阵方法
六、薄透镜的光线变换矩阵
薄透镜：透镜厚度忽略不计，薄透镜的光线交换是 曲率半径 1 , 2 的两个球曲面的连续折射
1 M1 n 1 n 1
1 M 2 1 n 2
0 1 n
0 n
n1 1 n2 n
L 1
P
y
y0
0
０
Ｚ＝Ｌ
Ｚ
第二章几何光学的矩阵方法
二、平面介质界面的折射变换矩阵
y y0
n1 0 n2
1 M 0 0 n1 n2
n1
Ｙ
P
0 折射光线
n2
入射光线
Z
§2..2典型的光线变换矩阵
第二章几何光学的矩阵方法
三、平面反射变换矩阵
某点光程函数的梯度在光线切线方向上的投影等于 光线上该点的折射率
对于均匀介质： n( r ) 常数，光线沿直线传播 （直线方程， a , b r sa b 光线方程可表示为
为常矢量） 为常数的微小区间 对于非均匀介质：考虑 n( r )
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
理想成像近似条件：
ⅰ）几何光学的假设：
0
tg , sin
忽略衍射效应， 遵循光的直线传播原理。
ⅱ）近轴光线的假设：
《现代光学基础教学课件》jg课件
比较偏振光和自然光的区别与特点，探究偏振光在光学器件中的应用。
光的颜色与色散
1
光பைடு நூலகம்频率与波长
解释光的频率与波长之间的关系，以及它们对光的颜色产生的影响。
2
色散现象
探索光的色散现象和色散定律，了解不同材料对光的折射率的影响。
3
彩虹的形成
讲解彩虹形成的原理，揭示光的色散在大气中的奇妙效果。
光的应用与前沿技术
光的衍射
深入研究光的衍射现象和衍 射定律，了解光通过小孔和 狭缝后的行为。
全息图
介绍全息图的制作原理和应 用，展示光的干涉和衍射在 全息技术中的重要性。
光的偏振
1 光的偏振现象
讲解光的偏振现象和偏振方向的概念，探索光的振动方式。
2 偏振片
介绍偏振片的结构和原理，了解偏振片在光学领域中的应用。
3 偏振光与自然光
光通信
介绍光通信的基本原理和 发展趋势，讲解光纤在信 息传输中的应用。
激光技术
深入研究激光的产生原理 和应用领域，展示激光技 术的未来发展方向。
光学显微镜
探索光学显微镜的工作原 理和各种应用，揭示对微 观世界的奇妙观察。
1
透镜原理
讲解透镜的基本原理和分类，了解透镜在光学器件中的应用。
2
焦距和成像
深入研究透镜的焦距以及成像原理，了解不同透镜对光线的聚焦特性。
3
构建光学成像系统
教授如何构建基本的光学成像系统，让学生能够实践和应用所学知识。
光的干涉与衍射
光的干涉现象
探索光的干涉现象和干涉定 律，解释干涉对光的衍射和 干涉现象。
现代光学基础教学课件
欢迎来到《现代光学基础教学课件》。本课件旨在介绍光学的基本概念、原 理与应用。让我们一起开始探索这个神奇的领域吧！
光的颜色与色散
1
光பைடு நூலகம்频率与波长
解释光的频率与波长之间的关系，以及它们对光的颜色产生的影响。
2
色散现象
探索光的色散现象和色散定律，了解不同材料对光的折射率的影响。
3
彩虹的形成
讲解彩虹形成的原理，揭示光的色散在大气中的奇妙效果。
光的应用与前沿技术
光的衍射
深入研究光的衍射现象和衍 射定律，了解光通过小孔和 狭缝后的行为。
全息图
介绍全息图的制作原理和应 用，展示光的干涉和衍射在 全息技术中的重要性。
光的偏振
1 光的偏振现象
讲解光的偏振现象和偏振方向的概念，探索光的振动方式。
2 偏振片
介绍偏振片的结构和原理，了解偏振片在光学领域中的应用。
3 偏振光与自然光
光通信
介绍光通信的基本原理和 发展趋势，讲解光纤在信 息传输中的应用。
激光技术
深入研究激光的产生原理 和应用领域，展示激光技 术的未来发展方向。
光学显微镜
探索光学显微镜的工作原 理和各种应用，揭示对微 观世界的奇妙观察。
1
透镜原理
讲解透镜的基本原理和分类，了解透镜在光学器件中的应用。
2
焦距和成像
深入研究透镜的焦距以及成像原理，了解不同透镜对光线的聚焦特性。
3
构建光学成像系统
教授如何构建基本的光学成像系统，让学生能够实践和应用所学知识。
光的干涉与衍射
光的干涉现象
探索光的干涉现象和干涉定 律，解释干涉对光的衍射和 干涉现象。
现代光学基础教学课件
欢迎来到《现代光学基础教学课件》。本课件旨在介绍光学的基本概念、原 理与应用。让我们一起开始探索这个神奇的领域吧！
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定，有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1)，
用扩展光源照射薄膜，其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满 足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性．
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
•李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
•延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复 合显微镜。 •1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
【光学课件】现代光学基础PPT课件
w12 B12u( )
n12 n1w12
二、自发辐射
从经典力学的观点来讲，一个物体如果势能很高，它将是不稳定的。 与此相类似，处于激发态的原子也是不稳定的，它们在激发态停留的 时间一般都非常短，大约为10-8s的数量级，所以我们常常说激发态的 寿命约为10-8s。在不受外界的影响时，它们会自发地返回到基态去， 从而放出光子。这种自发地从激发态返回较低能态而放出光子的过程， 叫做自发辐射过程。 处于激发态E2的原子密度为n2，则自发辐射光子数为
) 设处于基态E1的原子密度为n1，光的辐射能量密度为 u ( ，则单位体 积单位时间内吸收光子而跃迁到激发态E2去的原子数 应该与 n1和 12 成正比： u ( )
21 E2 E1
n
n12 n1u ( )
n12 B12 n1u ( )
令： 称为受激吸收爱因斯坦系数。 B12u(称为吸收速率 B12 )
令E1和E2能级上单位体积内的原子数分别为n1和n2则， 则：n2的变化率为 dn2 w(n1 n2 ) n2 A21 dt
在达到稳定时， dn2 0
dt
n2 w n1 A21 w
w 从上式可以看出，尽管使用的激励手段是多么好，A21 总是大于 w 2 的，就是说，n2总是小于n1，只有当w十分大时， n 才接近于 1，从数 n1 w 学上看
n12 n21 n21
n1 B12u( ) n2 A21 n2 B21u( )
u ( )
A21 n1 B12 B21 n2
在处于热平衡状态下，粒子数密度按能量的分布遵从玻尔兹曼定律， 即：
n2 E 2 E1 exp exp n1 kT kT
光学基础知识PPT课件
43
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
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光线上该点的折射率
对于均匀介质： n(r )
光线方程可表示为
r
常s数a，光b（线直沿线直方线程传，播
a,
b
对于非均匀介质：考虑
n(r )
为常矢量） 为常数的微小区间
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
对于非均匀介质：考虑
n(r )
为常数的微小区间
取微小光线弧长增量 s
2）Z轴之上，y＞0；Z轴之下，y＜0
3）在水平向右为正方向的Z轴坐标系中，由平行于
Z轴正方向逆时针旋转得到的角度 反之为负
＞0，
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
光路可逆性质与光线变换矩阵的逆矩阵
若逆向传播 ( y,) ( y0,0)
y0
0
M y
M
M
y0
0
两种介质之间的分界面时，V保持不变。
2. 涉及到的光学系统中所有变换矩阵都是
幺正矩阵：
a M c
b
d
行列式等于1，即
ad bc 1
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
若光线矢量的矩阵表示：
y
则：
1. 入射光线和出射光线处于折射率相同的介质中：
a
M
c
b
d
行列式等于1，即 ad
MM E （单位方阵）
M
M 1
1 det( M )
d c
n=n’ : det(M)=1
b
a
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
三、光线在不同介质中的连续变换 第二章几何光学的矩阵方法
1.连续变换 几何光学系统的问题可以归结为光线在各种介质
及其界面或由典型光学元件组成的光学系统中的
连续变换
假设：光学系统在不同介质界面中共有n 次变换。
§2.2典型的光线变换矩阵
第二章几何光学的矩阵方法
一、均匀介质层（板）内的光线变换矩阵（平移矩阵）
y y0 L0 0
y 1
0
Ｙ
L y0
1
0
P
0
y0
P
y
1 L
M 0
1
０
Ｚ＝Ｌ Ｚ
§2..2典型的光线变换矩阵
m1
m3 m5
m2 m4
P0( y0 ,0 )
mn2
mn
mn1 P( yn,n )
Z
y1
1
a1
c1
b1 y0
d1
0
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
y2
2
a2
c2
b2 d2
y1
1
a2
c2
b2 a1
d
2
c1
yn
n
an
cn
bn yn1
bc
1
2. 一般情况：
det M ad bc n1 n2
n1 、n2 分别为入射光线和出射光线所在介质的折射率
本书：入射光线和出射光线处于折射率相同 的介质中。
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
符号规则
第二章几何光学的矩阵方法
1）规定Z轴从左向右为正方向，且为光线传播方向， 一般规定坐标原点位于Z轴与入射面交点处。
第二章
第二章几何光学的矩阵方法
几何光学中的矩阵方法
§2.1光线矢量与光线矩阵变换 §2.2典型的光线变换矩阵 §2.3近轴光学的基本公式 §2.4光线变换矩阵的特征值与变换系统的特征光线 *§2.5非共轴系统的光线变换矩阵 §2.6光程函数的矩阵表示
背景、前提：
第二章几何光学的矩阵方法
用矩阵来解决几何光学中理想成像问题
的前提） r0
r
Mr0
M为光线变换矩阵
轴对称光学系统中的光矢量：
设对称轴——光轴沿Z轴方向
任取YOZ平面
Y
P点距离Z轴的高度y P点光线传播方向与Z
光 线
轴夹角
P( y, )
y
光线描述 的 简化
(r,e) ( y, )
0
Z
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
Y
光线由( y0 ,0 ) ( y,)
e
为表征光线方向的单位矢量
y
r
r
是空间位矢
e
（光线方向）
(r )
常数
x
光线在空间中的瞬时变化规律：
n(r )e
(r )
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
n(r )
dr
(r )
光线方程
第二章几何光学的矩阵方法
ds
上式两边同时点乘 dr
n(r )
dr
(r )
ds
ds
某点光程函数的梯度在光线切线方向上的投影等于
d
n
n1
设每个传播单元的变换矩阵为 M i
Mi
ai
ci
bi
d
i
b1 y0
d1
0
从系统角度
y0
0
yn
n
M
y0
0
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
M
an cn
bn an1
d
n
cn1
bn1 d n1
a2 c2
b2 a1
d
2
c1
b1
0
( y0 ,0 )
用矩阵表示为
0
( y,)
Z
y a
c
b y0
d
0
a M c
b
d
光线变换矩阵
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
光学方向余弦
第二章几何光学的矩阵方法
V n（严格讲应为 V nsin）
若光Vy线 矢ny量 的特矩点阵：表示：Vy
y
n
1.V服从斯涅耳定律（Snell’s law）：光通过
r
r0
r
r0 x0i y0 j z0k
y
r
0
e
P( x, y)
r0
e0
P( x0 , y0 )
x
z
PP' s
r ( x0 x)i ( y0 y) j (z0 z)k
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
第二章几何光学的矩阵方法
二、光线矢量的线性变换、光线变换矩阵
光线在介质中的传播变换是线性变换（应用矩阵方法
理想成像近似条件：
ⅰ）几何光学的假设： 0
忽略衍射效应， 遵循光的直线传播原理。
ⅱ）近轴光线的假设： tg ,sin
点光源发出的各近轴光线可近似认为会 聚于同一点，能量不扩散，忽略各种像差。
第二章几何光学的矩阵方法
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
一、光d1
注意：由入射面到出射面自右向左连续相乘；不
满足交换规律，次序不能颠倒；满足结合律
P0( y0 ,0 ) L1
M1 M2 M3 M4
L2
P( y, )
M6 M5
M7
y
M
7
M
6
M
5
M
4
M
3
M
2
M1
y0
0
M (M7 M6M5 )M4(M3M2M1 )
M L2 M 4 M L1
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换
2.ABCD法则
的方向是光线的切线方
第二章几何光学的矩阵方法
向，与波面垂直，代表了光
波面的法线方向
Y
近轴条件下
R
y
波面
R0
y0
0
R
y
R
y
y ay0 b0 cy0 d0
0
a y0 b
Z
R ay0 b0 0 aR0 b
cy0 d0 c y0 d cR0 d
0
§2.1光线矢量与光线的矩阵变换