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上篇 几何光学与光学设计
几何光学基本定律与成像概念
理想光学系统
平面与平面系统
光学系统中的光束限制
像差
经典光学系统
现代光学系统
第一章：几何光学基本定律与成像概念
第一节 几何光学的基本定律和原理
一、光波与光线
1、光的本质
光和人类的生产、生活密不可分；
人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究多种光学现象，称为物理光学；光的传播规律和传播现象称为几何光学。
1666年牛顿提出的“微粒说”
1678年惠更斯的“波动说”
1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波
19爱因斯坦提出了“光子”说
现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。
一般除研究光与物质互相作用，须考虑光的粒子性外，其他状况均可以将光当作是电磁波。
可见光的波长范围：380-780nm，人眼对5550 À（555nm）的黄绿光最敏感
单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一种颜色，称之为单色光；
复色光：由不一样波长的光混合成的光称为复色光；
白光是由多种波长光混合在一起而成的一种复色光。
Spectrum of electromagnetic ( or Hertzian) wave
2、光源
从物理学的角度看，辐射光能的物体称为发光体，或称为光源。
点光源是当光源的大小 与辐射光能的作用距离相比可以忽视时，此光源可认为是点光源。
例如：人在地球上观测体积超过太阳的恒星仍认为是一种发光点。
在几何光学中，发光体与发光点概念与物理学中完全不一样。
无论是自身发光或是被照明的物体在研究光的传播时统称为发光体。在讨论光的传播时，常用发光体上某些特定的几何点来代表这个发光体。在几何光学中认为这些特定点为发光点，或称为点光源。
3、光线
当光能从一两孔间通过，假如孔径与孔距相比可以忽视则称穿过孔间的光管为物理学上的光线。
在几何光学中，一般将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线，即光线。光线的方向代表光的传播方向。光线的传播途径称为光路。
4、波面
光波是电磁波，任何光源可看作波源，光的传播正是这种电磁波的传播。光波向周围传播，在某一瞬时，其相位相相似的各点所构成的曲面称为波面。波面可分为平面波，球面波或任意曲面波。
在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，因此可以认为光波波面法线就是几何光学中的光线。
5、光束
与波面对应的法线（光线）的集合，称为光束，对应于波面为球面的光束称为同心光束。
球面光波对应的同心光束按光的传播方向不一样又分为会聚光束和发散光束。会聚光束所有光线实际通过一种点。
与平面波相对应的是平行光束，是同心光束的一种特殊形式
球面光波对应的同心光束按光的传播方向不一样又分为会聚光束和发散光束。如图1-1所示。会聚光束所有光线实际通过一种点。同心光束经实际光学系统后，由于像差的作用，将不再是同心光束，与之对应的光波则为非球面光波。与平面波相对应的是平行光束，是同心光束的一种特殊形式
波面与光束
a)平面光波与平行光束 b)球面光波与发散光束
c)球面光波与会聚光束
像散光束：
一般讲，球面波通过实际的光学系统后就不再是球面波，对应的光束不再汇聚于一点。即不再是同心光束。
下图所示为一像散光束
Ft
Fs
a1
b1
a2
a3
b2
b3
c1
c2
c3