工程光学讲稿6
工程光学讲稿理想
f' f 1, 对l、l'作为微分，得 l' l
f' f - l'2 dl' l 2 dl 0
dl' dl
fl '2 f 'l2
(- f' )( - fl' )2 n' 2
f f'l n
31
二、角放大率
1、定义： 过光轴上一对共
轭点, 任取一对共轭光线,
li＝li-1'－di-1 xi＝xi-1'－Δi-1 Δi ＝di－fi'＋fi+1 ⑤整个系统的放大率β等于各光组放大率的乘积
y y1 i' y y1 1 ' y y2 2 ' y yii' 1 2 i
25
例：一个光学系统由三个光组组成，f1 ' ＝－f1＝100mm, f2 ' ＝－f2＝-50mm f3 ' ＝－f3＝50mm，d1＝10mm，d2＝20mm，一个大小为15mm实物位于第 一光组左侧120mm处，求像的位置和大小。
A
F
H
H’ F’
A’
利用物方焦平面性质求轴上物点的像
M
M’
N
N’
B’
A
F
H
H’ F’
A’
利用像方焦平面性质求轴上物点的像
11
B` B
F
H
H`
F`
物点B在F与H之间
12
A’
Q
Q’
A
F
B’ B
H
H’
F’
实物在1倍焦距以内，成放大虚像
13
虚物成实像
14
负（凹）透镜成像
《工程光学与技术》课件
智能制造需要高精度、高效率的光学检测和测量技术，工程光学将大有可为。
医疗健康
光学成像、光谱分析等技术将为医疗健康领域带来更多创新。
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《工程光学与技术》ppt课件
目录
• 工程光学概述 • 光学基础知识 • 工程光学技术 • 现代光学技术 • 工程光学实验 • 工程光学前沿与展望
01
工程光学概述
光学的基本概念
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的传播
光在真空中沿直线传播，在其他介质中传播方向会发生改变。
光的反射、折射和散射
04
现代光学技术
非线性光学
非线性光学效应
非线性光学效应是光与物质相互作用时产生的非线性现象，如倍频 、和频、差频等。
非线性光学材料
非线性光学材料是实现非线性光学效应的关键，如晶体、玻璃、聚 合物等。
非线性光学应用
非线性光学在激光技术、光电子学、光通信等领域有广泛的应用，如 光参量振荡器、光倍频器等。
光子学与光子技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光子学基本概念
光子学是研究光子的产生、传播、相互作用和应 用的科学。
光子器件
光子器件是实现光子技术的关键，如激光器、光 放大器、光调制器等。
光子技术的应用
光子技术在通信、信息处理、传感等领域有广泛 的应用，如光纤通信、光计算等。
光学信息存储与处理
01
光学信息存储
光学信息存储是利用光的干涉、 衍射等光学效应实现信息的存储 和读取。
工程光学的研究内容
光学系统设计
研究光学系统的基本理论和设 计方法，涉及光学仪器、摄影
镜头、显微镜等。
光学材料与制造
工程光学讲稿(典型)
由图可知：ab = - pε ΔabA2∽ΔA2cd
Dp p2
p
p2 p
;
p2
pDp Dp p
由ΔA1ab∽ΔA1cd
Dp p
p1 p p1
;
p1
pDp
Dp p
远景深
1
p
p1
p2 Dp p
p2 近景深 2 p2 p Dp p 若眼睛调节在无限远，P＝∞，远、近景深距离为
P1∞＝+DP/ε
2’×250×0.00029≤ 0.5λΓ / NA≤ 4’×250×0.00029
取 λ＝0.000555mm得
523NA≤ Γ ≤1046NA
取近近似
500NA≤ Γ ≤1000NA
五、显微镜的景深
定义：人眼通过显微镜调焦在某一平面（对准平面）上时，在对准平面前和
后一定范围内物体也能清晰成像，能清晰成像的远、近物平面之间的距离称
锥状细胞：感光能力差，但它们能
对各色光有不同的感受。
适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度。
明适应和暗适应：由暗处进入亮处，瞳孔自动缩小；由亮处进入暗处，瞳孔自
动放大。
四、眼睛的分辨率
1、眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨能力，或 视觉敏锐度。
2、视角：物体对人眼的张角称作视角。 3、视角鉴别率ε：
二、显微镜的线视场
孔径光阑、入瞳 视场光阑
入窗 y
F1’ Δ F2 D
-y’
ω’
出瞳
出窗 -y”
物镜
fe
目镜
显微镜的线视场取决目镜焦平面上的视场光阑的大小，设视场光阑的
直径为D，则显微镜的线视场为 2y=D/β
《工程光学》
工程光学1. 简介工程光学是研究光的传播和相互作用的学科，它涉及到光的产生、传输、检测和控制等方面。
工程光学不仅在光学领域有广泛的应用，而且在许多其他工程学科中也扮演着重要的角色。
本文将介绍工程光学的基本概念、原理和应用。
2. 光的性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光波的传播速度是光速，大约是每秒300,000公里。
光的波长和频率之间有着确定的关系，根据电磁波的传播速度等于波长乘以频率的公式，我们可以计算出光波的频率和波长。
光的颜色是与波长有关的，不同波长的光对应不同的颜色。
光的频率越高，波长越短，对应的颜色就越靠近紫色；光的频率越低，波长越长，对应的颜色就越靠近红色。
光的可见波长范围是从400纳米到700纳米，超过这个范围的波长称为紫外线或红外线。
3. 光的传播与折射光在真空中的传播速度是恒定的，但在不同介质中传播时会发生折射现象。
折射是光线由一种介质进入另一种介质时发生的偏折现象。
当光线由光密介质射入光疏介质时，光线向法线方向偏折；当光线由光疏介质射入光密介质时，光线背离法线方向偏折。
根据斯涅尔定律，光线在折射界面上的入射角和折射角之间有固定的关系。
这个关系可以用折射定律来表示，即$n_1\\sin\\theta_1=n_2\\sin\\theta_2$，其中n1和n2分别是两种介质的折射率，$\\theta_1$和$\\theta_2$分别是入射角和折射角。
4. 光的反射与透射光在与界面发生接触时，可以发生反射和透射两种现象。
反射是光线从界面上反弹回来的现象，透射是光线穿过界面继续传播的现象。
根据反射定律，光线的入射角等于反射角，即$\\theta_1=\\theta_2$。
反射和透射的比例取决于入射光的功率和界面两侧介质的折射率。
当入射光从光疏介质射入光密介质时，反射光比较少，大部分光透射到光密介质中；当入射光从光密介质射入光疏介质时，反射光较多，只有少部分光透射到光疏介质中。
5. 光的衍射与干涉衍射是光通过一个孔或绕过障碍物时发生的现象，它使光的传播方向发生变化，并在光屏上形成暗、亮交替的条纹。
工程光学教学作者郁道银省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
3.光旳折射定律和反射定律
如图所示，入射光线AO入射到 两种介质旳分界面PQ上，在O点发生 折反射，其中，反射光线为OB，折 射光线为OC， NN ' 为界面上O点处 旳法线。入射光线、反射光线和折射
光线与法线旳夹角 I、 I" 和 I '分别称
为入射角、反射角和折射角，它们均 以锐角度量，由光线转向法线，顺时 针方向旋转形成旳角度为正，反之为 负。
发生全反射旳条件可归结为: （1）光线从光密介质射向光疏介质； （2）入射角不小于临界角。
光纤光纤一般用d = 5-60μm旳透明丝作芯料，为光密介 质；外有涂层，为光疏介质。只要满足光线在其中全反 射，则可实现无损传播。
光纤按折射率随r分布特点可分为均匀光纤和非均匀光纤 两种。其中非均匀光纤具有光程短，光能损失小，光透 过率高等优点。
在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以能够 以为光波波面法线就是几何光学中旳光线。
5、光束
与波面相应旳法线（光线）旳集合，称为光束，相应于波 面为球面旳光束称为同心光束。
球面光波相应旳同心光束按光旳传播方向不同又分为会聚 光束和发散光束。会聚光束全部光线实际经过一种点。
与平面波相相应旳是平行光束，是同心光束旳一种特殊形 式
我们主要研究旳就是共轴球面系统和平面 镜、棱镜系统。
透镜据形状不同可分为两大类：会聚透镜或
正透镜（焦距>0），特点是边薄心厚，多种 形状旳正透镜见图（a）所示；发散透镜或负 透镜，特点是心薄边厚，如图（b）所示。
正透镜旳成 像：如图所 示
物点和像点：
像散光束：
二、完善成像旳概念
发光物体能够被分解为无穷多种发光物点，每个物点发 出一种球面波，与之相应旳是以物点为中心旳同心光束。经 过光学系统之后，该球面依然是一球面波，相应旳光束仍是 同心光束，那么，该同心光束旳中心就是物点经过光学系统 后所成旳完善像点。
工程光学PPT课件
• 利用测角装置，测出I0的大小，按下面的公式： • sinI0=nB/nA 或 nB=nA*sinI0 • 将已知的nA和测得的I0代入，则可求得nB。 • 常用的有：阿贝折射计、普氏折射计等
介质的折射率称为相对折射率，其值为第二介质折射率与第一介质折射 率之比，记为n21。 • 通常所讲的介质的折射率是介质相对于空气的折射率。
折射定律
• 入射角的正弦和折射角的正弦之比为一常数，即 sinθ1/sinθ2 = n21 n21称为介质2相对介质1的相对折射率。 上式称为斯涅尔（Snell）定律。
c b
B
A a
a` b` c`
基本定律的向量形式
光线是具有方向的几何线，所以 可用向量表示。
入射光线的方向用单位向量Q表 示，折射光线方向用单位向 量Q`来表示，法线方向用N表 示，则折射定律用下列向量
公式表示：
nQ×N=n`Q`×N 或 (nQ-n`Q`)
×N=0
（*）
∵ |Q×N| =sinI, |Q`×N| =sinI`
• 全反射有比一般反射更优越的性能，它几乎无能量的损失， 因此用途广泛。光纤就是其中的一种。
θC
n1
n2
Incident beam Reflected beam Refringent beam
• ⅱ 光纤光纤通常 用d = 5-60μm的 透明丝作芯料， 为光密介质；外 有涂层，为光疏 介质。只要满足 光线在其中全反 射，则可实现无 损传输。
工程光学介绍课件
04
继续教育：加强继续教育和 培训，提高工程光学人才的 综合素质和技能水平
谢谢
3
相机：用于记录影像 的仪器，如数码相机、 手机相机等
望远镜：用于观察遥远 天体的仪器，如天文观 测、卫星通信等
2
投影仪：用于显示图像 的仪器，如电影放映、 会议演示等
4
光学测量系统
应用领域：工业、医疗、科研等
01
领域 功能：测量物体的几何形状、尺
02
寸、位置等参数 技术原理：利用光学原理，如激
03
于导航、教育和娱乐
上，用于游戏、电影和训练
4
工程光学的未来 展望
光学技术的创新
超材料：具有特殊 光学性质的人造材 料，如光子晶体、 超透镜等
01
纳米光学：利用纳 米尺度的光学现象， 如表面等离子体、 量子点等
02
04
集成光学：将光学 元件集成在芯片上， 如光子集成电路、 光通信系统等
03
生物光学：研究生 物系统中的光学现 象，如生物成像、 生物传感器等
05
光的衍射：光 在传播过程中 遇到障碍物时
发生衍射
06
光的偏振：光 在传播过程中 具有偏振特性
07
光的吸收与散 射：光在传播 过程中被吸收
或散射
08
光的色散：光 在传播过程中 发生色散，形
成彩色光谱
工程光学的应用领域
01
光学仪器：如显微镜、 望远镜、照相机等
02
光学通信：如光纤通信、 激光通信等
工程光学的应用拓展
虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术：工程光学在虚拟现实 和增强现实技术中发挥着重要作用，如光学元件的设计和制造。
自动驾驶汽车：工程光学在自动驾驶汽车领域具有广泛的应用， 如激光雷达（LiDAR）、摄像头和传感器等。
《工程光学基础》PPT课件_OK
此可见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性。
13
• 5. 全反射现象 • 光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。但在一定
条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生， 这种现象称为光的全反射现象。下面就来研究产生全反射的条件。
40
•
（2）角度
•
孔径角 U、U '
• 从光轴起算，光轴转向光线（按锐角方向），
顺时针为正，逆时针为负。
•
入射角、折射角
• 从光线起算，光线转向法线（按锐角方向）， 顺时针为正，逆时针为负。
• ③ 光轴与法线的夹角（如）
• 从光轴起算，光轴转向法线（按锐角方向）， 顺时针为பைடு நூலகம்，逆时针为负。
41
30
• 等光程面的例子：
•
（1）椭球面
•
椭球面对 A、 A'这一对
• 特殊点来说是等光程面，故
• 是完善成像。
• （2）抛物面
• 反射镜等光程面是以 A为
• 焦点的抛物面。无穷远物 • 点相应于平行光，全交于 • （或完善成像于）抛物面 • 焦点。
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• 四、物、像的虚实
实际光线相交所形成的点为实物点或实像点 光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点
• 通常写为: •
sinI ' n (1-3s)inI n'
• 若在此式中令
，则式(1-3)成为
•
,此结果在形式上与反射定律的式
•(1-2) 相同。
n'sin I ' nsin I
n' n
工程光学课程教案模板范文
课程名称：工程光学适用班级：光信息科学与技术专业二年级学生主讲教师：[教师姓名]职称：[教师职称]教学时间：[具体日期]教学地点：[具体教室]一、教学目标1. 知识目标：（1）掌握工程光学的基本概念和基本原理；（2）熟悉光学元件的基本特性及其应用；（3）了解光学系统的设计方法和性能评价。
2. 能力目标：（1）培养学生运用光学原理解决实际问题的能力；（2）提高学生的实验操作技能和实验数据分析能力；（3）培养学生的创新意识和团队合作精神。
3. 素质目标：（1）增强学生的科学素养和人文精神；（2）提高学生的自主学习能力和终身学习能力；（3）培养学生的社会责任感和职业道德。
二、教学内容1. 光学基础知识（1）光的传播规律；（2）光的反射与折射；（3）光的干涉与衍射；（4）光的偏振。
2. 光学元件（1）透镜；（2）棱镜；（3）光栅；（4）光纤。
3. 光学系统（1）光学系统的基本结构；（2）光学系统的成像规律；（3）光学系统的设计方法；（4）光学系统的性能评价。
4. 光学应用（1）光学仪器；（2）光学传感器；（3）光学信息处理。
三、教学方法1. 讲授法：系统讲解工程光学的基本概念、原理和应用；2. 讨论法：引导学生对光学问题进行讨论，培养学生的创新思维；3. 案例分析法：结合实际案例，分析光学原理在工程中的应用；4. 实验法：通过实验验证光学原理，提高学生的实验操作技能；5. 计算机辅助教学：利用多媒体技术，展示光学现象和实验过程。
四、教学过程1. 导入新课：简要介绍工程光学的背景和意义，激发学生的学习兴趣；2. 讲授新知识：讲解光学基础知识、光学元件、光学系统等内容；3. 案例分析：结合实际案例，分析光学原理在工程中的应用；4. 实验演示：演示光学实验，让学生直观感受光学现象；5. 学生讨论：引导学生对光学问题进行讨论，培养学生的创新思维；6. 课堂小结：总结本节课的重点内容，布置课后作业。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学生的出勤、课堂纪律、发言积极性等；2. 作业完成情况：检查学生的课后作业，了解学生对知识的掌握程度；3. 实验报告：评估学生的实验操作技能和实验数据分析能力；4. 期末考试：全面考察学生对工程光学知识的掌握程度。
工程光学郁道银
眼睛
： 人 眼 的 极限分辨角
清 晰 像 ： 弥 散 斑 直 径 对 人 眼 的 张 角 < 人 眼 的 极 限 分 辨 角 1 ~ 2
★景像平面（照片）上弥散斑直径的允许值
D y p p
y
zz1 z2 D p
★对准平面上对应弥散斑的允许值：
z
z1
z2
z
p
★远景、近景到入瞳的距离：
1、光瞳衔接原则：
——前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。
1）物镜的左侧10mm；
2、孔径光阑的位置： 2）物镜上；
3）物镜右侧10 mm 。
hz物
hz分 hz目
★ 追迹主光线
的投射高度
第七页，共45页。
望远镜系统的光阑位置
实际系统中，物镜框前后10mm左右放置孔径光阑；分划板为 视场光阑；孔径光阑对目镜成的像距即为出瞳距离lz>6mm
通光口径计算（表4-1）
D通（ 2 h+hZ）
h为轴上点边缘光线投射高度（平行光线）
第十二页，共45页。
4、光阑位置对轴外光束位置的选择
(1) (2)(3) (1) (2) (3)
三、望远镜系统光束限制的总结
1、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则；
2、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于6mm； 3、孔径光阑大致在物镜左右；
第三十一页，共45页。
孔径光阑——光圈
相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之比)
第三十二页，共45页。
例1：现有一照相机，其物镜f′=75mm，现以常摄距离 p=3m进行拍摄，光圈的相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之比)分 别采用1/3.5和1/22，试分别求其景深。