【工程光学】几何光学基本定律&成像概念

ref 《工程光学》第4版 郁道银

1.几何光学的基本定律

折射率: n = c / v n=c/v n=c/v, 介质的光速 v v v相对真空的光速 c c c的减慢程度

光的直线传播定律

各向同性均匀介质中, 光沿直线传播

  • 光传播遇到波长量级的障碍物(小孔/狭缝), 发生衍射,破坏了定律的成立条件

光的独立传播定律

不同光源发出的光, 在空间的某一点相遇, 彼此互不影响, 各光束独立传播

  • 两束光由同一单色点光源发出, 经不同路径传播在空间某点相遇, 干涉,破坏定律的成立条件

反射定律

I ′ ′ = − I I''=-I I′′=I

全反射

  • 光密->光疏, 入射角>临界角

折射定律

n ′ sin ⁡ I ′ = n sin ⁡ I n'\sin I'=n\sin I nsinI=nsinI

光路的可逆性

费马原理(最短光程原理)

光从一点传播到另一点, 无论进行了多少次反射与折射, 光程为极值

马吕斯定律

各向同性均匀介质中: 光与波面正交,入射面与出射波面对应的点光程不变

费马原理,马吕斯定律<=>直线,独立,反射,折射

2.成完善像条件

  • 入射波是球面波时, 出射波也是球面波
  • 入射光是同心光束时, 出射光也是同心光束
  • 物点及像点间任意两光路光程相等

3.应用光学的符号规则

在这里插入图片描述

4.单个折射球面光路计算

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

5.单折射面成像

  • 垂轴放大率
    β = y ′ y = n n ′ l ′ l \beta=\frac{y'}{y}=\frac{n}{n'}\frac{l'}{l} β=yy=nnll
    • 像大小 : 物大小
    • β > 0 \beta>0 β>0: 成正像, 物象在同侧,虚实相反
    • ∣ β > 1 ∣ |\beta>1| β>1∣: 成放大的像
  • 轴向放大率
    α = d l ′ d l = n ′ n β 2 \alpha=\frac{dl'}{dl}=\frac{n'}{n}\beta^2 α=dldl=nnβ2
    • 共轭像点的微小移动 : 轴上物点的微小移动
  • 角放大率
    γ = u ′ u = n n ′ 1 β \gamma=\frac{u'}{u}=\frac{n}{n'}\frac{1}{\beta} γ=uu=nnβ1
    • 共轭光线 ∠ \angle 光轴 : 入射光线 ∠ \angle 光轴
  • 拉赫不变量
    J = n ′ u ′ y ′ = n u y J=n'u'y'=nuy J=nuy=nuy
    • 物体大小x成像光束孔径角x介质折射率 的积不变
  • 折射
    n ′ l ′ − n l = n ′ − n r \frac{n'}{l'}-\frac{n}{l}=\frac{n'-n}{r} lnln=rnn
  • 反射
    n ′ = − n n'=-n n=n
    1 l ′ + 1 l = 2 r \frac{1}{l'}+\frac{1}{l}=\frac{2}{r} l1+l1=r2

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