西安电子科技大学 物理光学与应用光学 ppt 34
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《大学物理光学》PPT课件(2024)
16
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性，二者是统一的。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性，二者是统一的。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
应用光学课件-PPT
4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
物理光学与应用光学第二章2精品PPT课件
可以推出垂轴放大率的另一种形式：
nl n l
与单个折射球面近轴放大率公式完全相同，
说明理想光组性质可以在近轴区实现。
当光组处于同一介质中时，n = n ’,有：
f xfxl
x f x f l
二、轴向放大率
定义：物体沿光轴移动一微小距离，与像点相应移 动的位移之比。
dx dl
dx dl
可导出： n 2
xj f
性质：通过物方节点 J 的入射光线，经光组后其 出射光线必经过像方节点 J ’，且方向不变。
在同一介质中，由于 f ’ = - f , 故有 x j = - x j’
※ 即此时节点J ，J’ 与主点H，H’ 重合！
F
u
J H'
F'
H J' u'
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15
平行于光轴的光线入射光组，当光组绕通过 像方节点J’的轴线摆动一个角度时，像点位置不 变。用来寻找光学系统的主点、节点位置。
y8.49mm
缩小、倒立、实像
x—以物方焦点为 原点的物距。称
为焦物距。
以F为起始点， x 方向与光线方向 一致为正。（图 中为-）
BQຫໍສະໝຸດ Q'yA
F
H H'
F'
A'
R R'
-x
-f
f'
-y' B' x'
-l
l'
x’—以像方焦点为原点的像距。称为焦像距。
以F ’为起始点， x’方向与光线方向一致为正。 （图中为+）
H
H'
J
J'
A' 用途 ：作图、
西安电子科技大学-物理光学与应用光学-ppt-16名师公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
4.2.2 光在晶体中传播旳几何法描述
1.折射率椭球(光率体)
(4) 应用折射率椭球讨论晶体旳光学性质 ① 各向同性介质或立方晶体 ② 单轴晶体 ③ 双轴晶体
① 各向同性介质或立方晶体
x12 n12
x22 n22
x32 n32
1
主介电系数 1=2 =3 ，主折射率n1= n2 = n3 = n0 ，折
( x12 x22 x32 no2 )[no2 ( x12 x22 ) ne2x32 no2ne2 ] 0
或:
x12
x22
x32
no2
x12 x22 ne2
x32 no2
1
可见，单轴晶体旳折射率曲面是双层曲面，由半径为 no
旳球面和以 x3 轴为旋转轴旳旋转椭球构成。球面相应 o 光旳
(i) 当k方向沿着主轴方向(如x1轴)时，相应旳两个特许线 偏振光旳折射率分别为n2和n3，D矢量旳振动方向分别沿 x2 轴和 x3 轴；当 k 沿 x2 轴时，相应旳两个特许线偏振光旳折 射率分别为 n1和 n3，D矢量旳振动方向分别沿 x1轴和 x3轴。
(ii) 当 k 沿着光轴方向时，二正交线偏振光旳折射率为n2， 其 D 矢量旳振动方向没有限制。
(iii) 当 k 在主截面内，但不涉及上面两种情况时，二特 许线偏振光旳折射率不等，其中一种等于主折射率，另一种 介于其他二主折射率之间。
例如，k在 x1Ox3主截面内，
与 x3 轴旳夹角为 。为简化运
算, 将坐标系 O-x1x2x3 绕 x2 轴
旋转 角，建立一种新坐标系
O-x1x2x3 。
新旧坐标系之间旳关系为:
一束单色光入射到各向同性介质旳界面上，将分别产生 一束反射光和一束折射光，且遵从反射定律和折射定律。
1.折射率椭球(光率体)
(4) 应用折射率椭球讨论晶体旳光学性质 ① 各向同性介质或立方晶体 ② 单轴晶体 ③ 双轴晶体
① 各向同性介质或立方晶体
x12 n12
x22 n22
x32 n32
1
主介电系数 1=2 =3 ，主折射率n1= n2 = n3 = n0 ，折
( x12 x22 x32 no2 )[no2 ( x12 x22 ) ne2x32 no2ne2 ] 0
或:
x12
x22
x32
no2
x12 x22 ne2
x32 no2
1
可见，单轴晶体旳折射率曲面是双层曲面，由半径为 no
旳球面和以 x3 轴为旋转轴旳旋转椭球构成。球面相应 o 光旳
(i) 当k方向沿着主轴方向(如x1轴)时，相应旳两个特许线 偏振光旳折射率分别为n2和n3，D矢量旳振动方向分别沿 x2 轴和 x3 轴；当 k 沿 x2 轴时，相应旳两个特许线偏振光旳折 射率分别为 n1和 n3，D矢量旳振动方向分别沿 x1轴和 x3轴。
(ii) 当 k 沿着光轴方向时，二正交线偏振光旳折射率为n2， 其 D 矢量旳振动方向没有限制。
(iii) 当 k 在主截面内，但不涉及上面两种情况时，二特 许线偏振光旳折射率不等，其中一种等于主折射率，另一种 介于其他二主折射率之间。
例如，k在 x1Ox3主截面内，
与 x3 轴旳夹角为 。为简化运
算, 将坐标系 O-x1x2x3 绕 x2 轴
旋转 角，建立一种新坐标系
O-x1x2x3 。
新旧坐标系之间旳关系为:
一束单色光入射到各向同性介质旳界面上，将分别产生 一束反射光和一束折射光，且遵从反射定律和折射定律。
西安电子科技大学 物理光学与应用光学 ppt31
45°
45°
45°
45°
(3) 角锥棱镜－棱镜的分类
三、反射棱镜展开法－反射棱镜 1、展开方法 逐次将各个反射面以后的光路对反射面 作镜像。通常展开结构为平板。 2、通光孔径(D)
入射面和出射面上有效受光直径。
3、反射棱镜的结构常数(k) 反射棱镜展开平板厚度d与通光孔径(D)的 比值,即k=d/D。
• 双平面镜的棱：构成双平面镜的两个半平面镜的公共边 • 双平面镜的主截面：垂直于双平面镜棱的任一平面
a
2、双平面镜对光线的反射—双平面镜
2 1
-2a a 2a
1
-a
2
第二个反射镜面到第一个反射镜面的夹角为 a,则光线经过两个反射镜面各一次反射后, 出射光线相对于入射光线的夹角为2a.
特例—直双平面镜的反射
逐次成像法例题—平面镜成像计算
例题1 如图,两个相同的薄透镜像方焦距为f '0, 与倾斜的平面
镜构成光学系统,试求高为1mm的物体的像.
第一ห้องสมุดไป่ตู้: l1=-1.5f'0, 由薄透镜成像公式 可得 l1
'=3f' 0,
解: 共三次成像.
b1=-2 b2=1
1.5f'0 2.5f'0 2f'0
0.5f'0
45°
例题－反射棱镜展开法
例题1 如图，一个由焦距为 100mm 的薄透镜和 一个一次等腰直角棱镜(介质折射率为1.5)构成的 光学系统，在透镜前150mm 处有一个 1mm 高的 物体，试确定像的位置和大小。
A’ 60mm A 150mm 200mm 60mm
45°
100mm
45°
A1’ A2’
西安电子科技大学 物理光学与应用光学 ppt 37
2、r前1=1室0.2mm, r2=6mm,
位主于要角改膜变后眼，睛n的=1焦.3距37；4
36、、虹后膜室(玻璃体)
位充于满前透室明后状液体，n=1.336；
47、、瞳视孔网膜
虹膜杆中状心感的光圆细孔胞， 眼睛锥的状孔感径光光细阑胞， 变
8、化黄范围斑2与～盲8m斑m；
二、简化眼－眼睛
将眼睛用一个折射球面代替，称为简化眼。 简化眼的参数：
作业－眼睛
1、 10-2 2 、10-3
二、放大镜的视角放大率－放大镜
视角放大率:
tanw'
B′
tan w
y′
250 x'
A′
f ' x'xa
250 f'
y
By FA
-x′
w
25cm
眼 睛
w'
F′
xa
三、光束限制－放大镜
渐晕系数大于
50％的物面范
围称为视场.
BB yy
y h
AFA
f' d
2 y 500 h d
出窗
h
w
d f′
出瞳 眼 睛
F′
’
例题－眼睛
例题1 、 一个人眼睛看不清楚5m以 外的物体，如果校正时应该佩戴眼镜 的屈光度为多少？另外一个人佩戴了 近视300度的眼睛，他的眼睛的远点 为多少？
例题－眼睛
例题2 、某照相机可拍摄的最近距 离为lm，装上2个屈光度(f′＝500mm) 的近拍镜后，能拍摄的最近距离是多 少?(假设近拍镜和照相镜头密接)
▪ 特点: 眼睛的远点变近;
▪ 校正：佩戴眼镜，使无穷远的物成像在眼睛
的远点。 R
2、远视眼－眼睛的缺陷
位主于要角改膜变后眼，睛n的=1焦.3距37；4
36、、虹后膜室(玻璃体)
位充于满前透室明后状液体，n=1.336；
47、、瞳视孔网膜
虹膜杆中状心感的光圆细孔胞， 眼睛锥的状孔感径光光细阑胞， 变
8、化黄范围斑2与～盲8m斑m；
二、简化眼－眼睛
将眼睛用一个折射球面代替，称为简化眼。 简化眼的参数：
作业－眼睛
1、 10-2 2 、10-3
二、放大镜的视角放大率－放大镜
视角放大率:
tanw'
B′
tan w
y′
250 x'
A′
f ' x'xa
250 f'
y
By FA
-x′
w
25cm
眼 睛
w'
F′
xa
三、光束限制－放大镜
渐晕系数大于
50％的物面范
围称为视场.
BB yy
y h
AFA
f' d
2 y 500 h d
出窗
h
w
d f′
出瞳 眼 睛
F′
’
例题－眼睛
例题1 、 一个人眼睛看不清楚5m以 外的物体，如果校正时应该佩戴眼镜 的屈光度为多少？另外一个人佩戴了 近视300度的眼睛，他的眼睛的远点 为多少？
例题－眼睛
例题2 、某照相机可拍摄的最近距 离为lm，装上2个屈光度(f′＝500mm) 的近拍镜后，能拍摄的最近距离是多 少?(假设近拍镜和照相镜头密接)
▪ 特点: 眼睛的远点变近;
▪ 校正：佩戴眼镜，使无穷远的物成像在眼睛
的远点。 R
2、远视眼－眼睛的缺陷
西安电子科技大学物理光学与应用光学
A20
a1 2
a20 2
假设把2、4、6、、20等10个偶数波带挡掉而不 通光，只让1、3、5、、19等10个奇数波带通光，则 P0点的光强为：
A 2 0a 1a 3 a 1 91a 1 0 约400倍
这种把奇数波带或偶数波带挡住所制成的特殊光阑称为 菲涅耳波带片，如图所示。
遮挡奇数波带
遮挡偶数波带
周期性地分割波振面是指：① 周期性分割波振面上的 振幅；② 周期性分割波振面上的相位；③ 既周期性分割波 振面上的振幅，又周期性分割波振面上的相位。
2. 光栅的分类
（1）按照空间维度划分
a. 平面上的一维光栅 b. 平面上的二维光栅 c. 空间三维立体光栅
（2）按照对入射光的反射和透射作用划分
a. 反射光栅——平面反射光栅，凹面反射光栅，闪耀 光栅和反射式阶梯光栅；
m0,1,2,
2. 反射光栅的衍射
R1
R1
dsin R2
d
dsin
R2
d
dsin dsin
d(sinsin)m
m0,1,2,
d(sinsin)m
m0,1,2,
3. 光栅方程的本质含义
d sin = m (m = 0, ±1, ±2, …)
光栅方程所确定的是：隶属于各级衍射亮条纹、 并且属于不同干涉级的多光束干涉主极大的方位。
除了P0点之外(主焦点)，还有一系列光强较小的亮点(次 焦点)，相应的焦距为：
fmm 1N N 2 m1,3,5
如图：F1 为上述P0点，波带是以F1 为中心划分的，相 邻波带到达F1 的光程差为/2。对于F3点，相邻波带到达 F3 的光程差为3/2。偶数波带已遮挡，相邻透光波带的光 程差为3，即为一焦点。
西安电子科技大学-物理光学与应用光学-ppt-01-图文
(1.1-8) (1.1-9)
(1.1-10)
(1.1-11)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
对(1.1-10)式两边取旋度，并将(1.1-11)式代入，可得
利用矢量微分恒等式
对于各向同性均匀介质并考虑到 (1.1-8)式，可得 (1.1-12a)
同理得
(1.1-12b)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
f2(r+vt) — 向原点(点光源)传播的会聚球面光波。 可以看出：球面光波的振幅与球面的曲率半径 r成反比。
单色球面光波的波函数
复数形式为
1.1.2 几种特殊形式的光波
3. 柱面光波
一个各向同性的无线长线光源，向外发射柱面光波，等 相位面是以线光源为中心轴、随距离的增大而逐渐展开的同 轴圆柱面。
称频谱。
1.1.3 光波场的时域频率谱
因此可理解为：一个随时间变化的光波场振动E(t)，可以
视为许多单频成分简谐振荡的叠加，各成分的振幅为E()，
一般情况下，由上式计算出来的E()为复数，它就是
频率分量的复振幅， 可表示为：
式中，|E()|为模，()为辐角。因而，|E()|2就表征了 频率 分量的功率，称|E()|2为光波场的功率谱。可见，一个时域
圆柱坐标系中波动方程
单色柱面光波
(1.1-19)
1.1.2 几种特殊形式的光波
4. 高斯光束
概念： 研究表明，从稳定球面腔和共焦腔中所发出的激光束是
高斯激光束。这种高斯激光束最显著的特征就在于，它的外 轮廓是圆形双曲面（即旋转双曲面）或者椭圆形双曲面。
特点：
·等相面曲率半径在正无限大和负无限大之间连续变化；
(1.1-1) (1.1-2) (1.1-3) (1.1-4)
《物理光学与应用光学》课件第9章
由物面上物点发出的通过入瞳中心的光线称为该物点的主 光线。由于共轭的关系，对于理想光学系统，主光线也必然通 过孔径光阑中心和出瞳中心。显然，各物点的主光线是物点 发出的成像光束的光束轴线。
光学系统的孔径光阑是对一定位置的物面而言的，如果物 面位置发生变化，所有光阑在物空间的像对于物面上各物点的 张角将发生变化，这时对光轴上物点起主要限制作用的光阑也 将发生变化，即孔径光阑和物面位置有关。 当物体位于物方无 限远时，只须比较各光阑通过其前面光组在整个系统的物空间 所成像的大小，以直径最小者为入瞳。
根据光路可逆，将所有光阑和物点A被它后面的光组在系统 像空间成像，这时像点A′对所有光阑在像空间的像的张角中， 对孔径光阑在像空间的像的张角也应该最小，所以在像空间也 可以确定光学系统的孔径光阑。
由此可知，要在光学系统中的多个光阑中找出哪一个是限 制光束的孔径光阑，只要求出所有光阑被它前(后)面的光组在系 统物(像)空间所成像的位置和大小，及它们对轴上物点A(像点A′) 的张角，其中张角最小的光阑像所对应的实际光阑，就是系统 的孔径光阑。
第9章 光学系统像差基础和光路计算
9.1 光学系统中的光阑 9.2 光学系统光阑对成像的影响 9.3 像差基本概念 9.4 光学系统中一般光路计算 9.5 光学系统设计软件——ZEMAX简介 例题
பைடு நூலகம்
9.1 光学系统中的光阑
9.1.1 在光学系统中，把可以限制光束的光学元件的边框或者特
别设计的一些带孔的金属薄片，通称为光阑。光阑的内孔边缘 就是限制光束的光孔，这个光孔对光学元件来说称为通光孔 径。光阑的通光孔一般是圆形的，其中心和光轴重合，光阑平 面与光轴垂直。
由此可知，要在光学系统中的多个光阑中找出哪个是限制
光束的视场光阑，只要求出所有光阑被它前(后)面的光组在系
光学系统的孔径光阑是对一定位置的物面而言的，如果物 面位置发生变化，所有光阑在物空间的像对于物面上各物点的 张角将发生变化，这时对光轴上物点起主要限制作用的光阑也 将发生变化，即孔径光阑和物面位置有关。 当物体位于物方无 限远时，只须比较各光阑通过其前面光组在整个系统的物空间 所成像的大小，以直径最小者为入瞳。
根据光路可逆，将所有光阑和物点A被它后面的光组在系统 像空间成像，这时像点A′对所有光阑在像空间的像的张角中， 对孔径光阑在像空间的像的张角也应该最小，所以在像空间也 可以确定光学系统的孔径光阑。
由此可知，要在光学系统中的多个光阑中找出哪一个是限 制光束的孔径光阑，只要求出所有光阑被它前(后)面的光组在系 统物(像)空间所成像的位置和大小，及它们对轴上物点A(像点A′) 的张角，其中张角最小的光阑像所对应的实际光阑，就是系统 的孔径光阑。
第9章 光学系统像差基础和光路计算
9.1 光学系统中的光阑 9.2 光学系统光阑对成像的影响 9.3 像差基本概念 9.4 光学系统中一般光路计算 9.5 光学系统设计软件——ZEMAX简介 例题
பைடு நூலகம்
9.1 光学系统中的光阑
9.1.1 在光学系统中，把可以限制光束的光学元件的边框或者特
别设计的一些带孔的金属薄片，通称为光阑。光阑的内孔边缘 就是限制光束的光孔，这个光孔对光学元件来说称为通光孔 径。光阑的通光孔一般是圆形的，其中心和光轴重合，光阑平 面与光轴垂直。
由此可知，要在光学系统中的多个光阑中找出哪个是限制
光束的视场光阑，只要求出所有光阑被它前(后)面的光组在系
精品物理光学PPT课件(完整版)
实验装置
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数 倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反 射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向，光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象，遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数 倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反 射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向，光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象，遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
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例题1 确定厚透镜基点(I)。 d n ( r r ) /( n 1) 0 1 2 结构类型 参数
r1>0 r2<0 r1<0 r2>0
像方焦距
d <d 0 d >d 0 f '<0 f '>0 f '>0 f '<0
结构图
F F'
双凸透镜
F'
F
双凹透镜
F'
F
r1 >0 平凸透镜 r2 =
h f ' tan U ' h1 tan U 2 h2 tan U m hm ... tan U m ' tan U1 ' h2 tan U m 1 ' hm ' ' l1'l1'l2 ...lm l2l3 ...lm
l F ' lm '
-lH' f'
lF'
-Uk -lk
hk
Fk
Hk Hk' Fk'
' xF f 2 f 2 ' / D,
-f' x'F l'H d—空间间隔 D—光学间隔
二、双光组组合的特例－望远镜系统—组合
n1 n 1 ' ( n2 ) n2 '
F1
H1 H1' F1'(F2) H2 H2'
F2'
1 物像关系 2 放大率
x2 ' f1 f1 ' x1 f 2 f 2 '
(1) 垂轴放大率b： (2) 轴向放大率a： (3) 角放大率g：
a f 2 f 2 ' /( f1 f1 ' ) g f1 / f 2 '
b f 2 /h1
F1 H1 H1' F1'
//
hm H'
Fm
G Um'= U'
F'
Hm Hm' Fm'
1、 8-12 2、 8-14 3、 8-11
理想光学系统的组合
§8.3 理想光学系统的组合
一、双光组的组合 二、双光组组合的特例－望远镜系统 三、截距法求解光组组合
1、计算公式 2、列表法
一、双光组的组合—组合
n1 n1'(n2)
n2 '
H
F
f -xF -lH
F1
H1 H1' F1' F2
H2 H2'
F2'
F'
H'
D
d 双光组组合图
xF f1 f1' / D 1、焦点 2、焦距 f ' f1 ' f 2 ' / D, f f1 f 2 / D ' df2 ' / D, lH df1 / D 3、主点 lH 4、光焦度 1 2 d12 / n2
Uk' Lk'
2、列表法－截距法求解光组组合
正切法
nk nk'
光组1
…
光组m
k
÷ + ÷
dk nk lk nk/lk
nk'/lk' nk ' 1/lk'
lk' dk lk+1 lm'
k
n k ' nk k lk ' lk
－
lk 1 lk 'd k
例题1—§8.3 理想光学系统的组合
F
F'
例题1—§8.3 理想光学系统的组合
例题1 确定厚透镜基点(II)。 d n ( r r ) /( n 1) 0 1 2 结构类型 参数 像方焦距 f '<0
f '>0 d <d 0 f '<0
结构图
F' F
r1 <0 平凹透镜 r2 = 正弯月
r1 r2 >0 r 1< r 2
例题3 三个薄透镜构成一个光学系统，三个薄透 镜的焦距依次为40mm,300mm和100mm,空间间隔依次 为190mm和200mm,试确定该光学系统的基点。
F1(F2) F1
F1'F1'
F3 F3
F3'
F2'(F3')
H F
20 45.3 200 190 190 200 125
F' H'
20
作业—§8.3
r1 r2 >0 r 1> r 2
F
F'
负弯月
F'
F
d >d 0
f '>0
F
F'
例题2—§8.3 理想光学系统的组合
例题2 惠更斯目镜由两块相距2f0的平凸薄透
镜组成，视镜焦距的等于f0，场境的焦距是 视镜焦距的三倍，试确定其等效光组。
O1 H'
F2
O2 F
F1'(F2')
F'
f0
H
2f0
例题3—§8.3 理想光学系统的组合
r1>0 r2<0 r1<0 r2>0
像方焦距
d <d 0 d >d 0 f '<0 f '>0 f '>0 f '<0
结构图
F F'
双凸透镜
F'
F
双凹透镜
F'
F
r1 >0 平凸透镜 r2 =
h f ' tan U ' h1 tan U 2 h2 tan U m hm ... tan U m ' tan U1 ' h2 tan U m 1 ' hm ' ' l1'l1'l2 ...lm l2l3 ...lm
l F ' lm '
-lH' f'
lF'
-Uk -lk
hk
Fk
Hk Hk' Fk'
' xF f 2 f 2 ' / D,
-f' x'F l'H d—空间间隔 D—光学间隔
二、双光组组合的特例－望远镜系统—组合
n1 n 1 ' ( n2 ) n2 '
F1
H1 H1' F1'(F2) H2 H2'
F2'
1 物像关系 2 放大率
x2 ' f1 f1 ' x1 f 2 f 2 '
(1) 垂轴放大率b： (2) 轴向放大率a： (3) 角放大率g：
a f 2 f 2 ' /( f1 f1 ' ) g f1 / f 2 '
b f 2 /h1
F1 H1 H1' F1'
//
hm H'
Fm
G Um'= U'
F'
Hm Hm' Fm'
1、 8-12 2、 8-14 3、 8-11
理想光学系统的组合
§8.3 理想光学系统的组合
一、双光组的组合 二、双光组组合的特例－望远镜系统 三、截距法求解光组组合
1、计算公式 2、列表法
一、双光组的组合—组合
n1 n1'(n2)
n2 '
H
F
f -xF -lH
F1
H1 H1' F1' F2
H2 H2'
F2'
F'
H'
D
d 双光组组合图
xF f1 f1' / D 1、焦点 2、焦距 f ' f1 ' f 2 ' / D, f f1 f 2 / D ' df2 ' / D, lH df1 / D 3、主点 lH 4、光焦度 1 2 d12 / n2
Uk' Lk'
2、列表法－截距法求解光组组合
正切法
nk nk'
光组1
…
光组m
k
÷ + ÷
dk nk lk nk/lk
nk'/lk' nk ' 1/lk'
lk' dk lk+1 lm'
k
n k ' nk k lk ' lk
－
lk 1 lk 'd k
例题1—§8.3 理想光学系统的组合
F
F'
例题1—§8.3 理想光学系统的组合
例题1 确定厚透镜基点(II)。 d n ( r r ) /( n 1) 0 1 2 结构类型 参数 像方焦距 f '<0
f '>0 d <d 0 f '<0
结构图
F' F
r1 <0 平凹透镜 r2 = 正弯月
r1 r2 >0 r 1< r 2
例题3 三个薄透镜构成一个光学系统，三个薄透 镜的焦距依次为40mm,300mm和100mm,空间间隔依次 为190mm和200mm,试确定该光学系统的基点。
F1(F2) F1
F1'F1'
F3 F3
F3'
F2'(F3')
H F
20 45.3 200 190 190 200 125
F' H'
20
作业—§8.3
r1 r2 >0 r 1> r 2
F
F'
负弯月
F'
F
d >d 0
f '>0
F
F'
例题2—§8.3 理想光学系统的组合
例题2 惠更斯目镜由两块相距2f0的平凸薄透
镜组成，视镜焦距的等于f0，场境的焦距是 视镜焦距的三倍，试确定其等效光组。
O1 H'
F2
O2 F
F1'(F2')
F'
f0
H
2f0
例题3—§8.3 理想光学系统的组合