光學總復(fù)習

1、光學總復(fù)習,幾何光學（h ~0, l~0）,光 學,波動光學( h ~0, l≠0 ),主要內(nèi)容,量子光學（h≠0, l≠0）,波動性,電磁性,光波與物質(zhì)的電磁相互作用,光波的疊加1. 線性疊加原理２. 獨立傳播原理,,橫波性,光的偏振,,線性介質(zhì),,,光的干涉,光的衍射,有限束光波相干疊加,無限束光波相干疊加,1,5,4,2,3,6,1.1幾何光學,幾 何 光 學,基本規(guī)律1.直線傳播定律2.折、反射

2、定律3.光路可逆原理費馬原理,高斯光學,主要內(nèi)容,纖維光學,光度學,球面鏡成像,薄透鏡成像,光具組成像,復(fù)習要點及主要公式：,1. 基本實驗定律（3個）,? 幾何光學的基礎(chǔ),2.費馬原理：,,,3. 符號法則 —— 新笛卡兒符號法則,4.基本公式：,（基本方法是逐次成象法）條件：,幾何光學的理論基礎(chǔ),I.普遍公式：,II. 球面折射：,,III. 球面反射：,IV. 薄透鏡：,V. 放大率：,VI. 作圖成像法：凸、凹透鏡、光具組.

3、,平面反射：,1:1 成像，完善成像，無色散.,A B C D E F G H I J K L M,應(yīng)用波動觀點分析、理解平面反射問題：,反射光柵原理,,經(jīng)常要用!,試證雙鏡兩次反射定理：光線被交角等于q的兩鏡面反射時，反射光線和入射光線的交角（偏向角）等于兩個鏡面交角q 的兩倍。,例:,解：根據(jù)幾何學外角公式，由圖可知,而：,故：,兩鏡面間的反射問題：,1. 最大反射次數(shù):,出射光線,2

4、. 最多成像個數(shù):,,3. n次反射光走過的路徑長度:,由正弦定理求解 BC ：,球面折、反射成清晰像的條件：,1. 近軸光線,2. 近軸物點,一級近似理論,近軸物點: y << s,近軸光線: h << r,亥姆霍茲 — 拉格朗日定理,亥姆霍茲 — 拉格朗日恒等式,由:,得:,對多個共軸球面系統(tǒng):,或:,橫向放大率,角放大率?光束會聚比,i. 費馬原理可證明折射、反射定律,費馬原理,光波的疊加原理,,ii.

5、 實際應(yīng)用中，直接用折、反定律更方便,ii. 費馬原理可證明直線傳播定律和光路可逆原理,取決于相位差,取決于光程,,費馬原理與幾何三定律等價,費馬原理的應(yīng)用：,結(jié) 論,聯(lián)結(jié)空間兩點之間的光線,不論是直線、折線或者曲線,其所經(jīng)歷的光程與鄰近光程相比，是極值,即遵守費馬原理．,例1: 距岸3 公里的小船A海上速度 4km/h,小船上的人岸上步行速度 5km/h,為盡快到達岸上9公里的B點，問：小船上的人如何辦？,例2: 海島（O點）距兩岸分

6、別為a和b，為在兩岸各設(shè)一個碼頭A和B，并使OgAgBgO運轉(zhuǎn)周期最短，如何辦？,解：如圖。為什么？,光程為常數(shù),光程為極大值,光程為極小值,凸拋物面,,凹拋物面,凹橢圓面,凸橢圓面,凹雙曲面,凸雙曲 面,非球面鏡,開放思路,什么條件下非近軸光線也能成清晰象 ?,棱鏡最小偏向角的證明：,,,最小偏向角入射時，棱鏡內(nèi)的折射光線與頂角對稱,有極值?平衡?對稱性,全反射中的隱失波問題：,古斯-漢森位移,什么是隱失波？,隱失波 Evanesc

7、ent Wave, P.165 例 3.2,隱失波原理,在入射平面（xoy）內(nèi)，透射的折射波：,由折射定律：,全反射時：,如果：,所以：,令：,得：,實 驗 進 展,掃描近場光學顯微鏡 ?光學聽診器,利用衰逝波可檢測物體表面 100 nm 范圍內(nèi)的原子,分子變化.,例：在制作氦氖激光管的過程中，往往采用內(nèi)調(diào)焦平行光管粘貼凹面反射鏡，其光學系統(tǒng)如例下圖所示。圖中F1’ 是目鏡 L1 的焦點，F(xiàn)2 是物鏡L2 的焦點，已知目鏡和物鏡的焦距

8、均為2cm，凹面鏡 L3 的曲率半徑為 8cm,調(diào)節(jié) L2 ，使 L1 與L2 之間的距離為 5cm , L2與L3 之間的距離為10cm ,試求位于L2 前1cm的叉絲P經(jīng)光學系統(tǒng)后所成像的位置.* 當L1與L2 的相對位置仍為5cm 時 ，若人眼通過 L1 能觀測到一個清晰的叉絲像， L3與L2 的距離應(yīng)為多少？,解：已知：,(1) P 對L1直接成像：,注意:光線從右向左成像時, 符號法則不變, 但 f ’是原公式中的

9、f,（2）p 經(jīng)L2、L3，L2、L1成象,再經(jīng)過 L2 （光線：右?左） s4 =10-6= 4cm,再經(jīng)過 L1 成象（光線：右?左）s5 =5-4=1 cm,故: 通過目鏡可觀察到兩象: s1’，s5’ (一實象, 一虛象),(b)* 已知：|L1 L2|=5cm , s1’= s5’= - 4cm. 求: |L2 L3|=?,由：s5’=p1’? s5=s1= 4cm? s4’= 4-5= -1cm? s4= -2cm,又

10、由：s2= -1cm ? s2’= -2cm 即：s2’與 s4 重合,-s3’=|L2 L3|+ ( -s4 )=|L 2 L3 |+2 = r-s3=|L2 L3|+( -s2’ )=|L2 L3|+2 = r,1:1 成象：s3’ = r = - 8 cm, s3= r = - 8 cm ∴ |L2 L3| = 8-2 = 6 cm,注意：f , s 從 H 算起, f’ , s’ 從 H’ 算起, x ,