文档介绍：第三章 几何光学基本原理
张永梅
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Basic Principles of Geometric Optics
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几何光学：利用光线和波面密度大于空气，所以折射角大于入射角。所以我们逆着光来向所看到虚像就处于实物上方了——筷子折向水面。用鱼叉打鱼人将鱼叉刺向鱼下方才能把鱼刺中也是这个
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现在，我们再来看海市蜃楼原理就清楚多了。它是光线在垂直方向密度不一样大气层中传输，经过屡次折射造成结果。依据幻景方位不一样常分为上现、下现和侧现蜃景。
凡是幻景看上去好象是由空中某一气层反射形成，称为上现蜃景。我们知道，热空气密度要比冷空气密度小，所以，假如近地面层是强逆温时（气温通常是随高度增加而降低，假如随高度增加而增加，我们称之为逆温），空气密度会随高度快速减小，光线在这种气温随高度升高而升高（空气密度随高度升高而锐减）气层中传输，会向下屈折，远方地平线处楼宇等光线经折射进入观察者眼帘，观察者看到虚像处于实物上方，这就是上现蜃景。
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上现蜃景常出现在海上，和北方有冰雪覆盖地方。这是因为海水表面蒸发时要消耗热量，同时海水温度升高迟缓；而在冰雪覆盖地域，因为冰雪面能将大部分太阳光反射掉，同时冰雪融化时也要消耗大量热量。这么，这些地方下层温度就变得很低，最轻易出现强烈逆温现象。
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凡是幻景看上去好象由地面反射而来，称为下现蜃景。下现蜃景大都出现在热季沙漠上或冬季暖洋流海上。在晴朗少云且平静无风天气里，阳光照射在干燥沙土上，沙土温度上升极快，因为几乎没有水分蒸发，土壤分子传热极慢，热量集中在表层，靠近土壤层空气温度也所以快速上升，当上层空气依然很凉时候，气温随高度很快降低，空气密度随高度很快增加，而光线在气温随高度而降低气层内传输时会向上屈折，远方景物投向地面方向光线，经折射后反而向上折，而进入观察者眼帘, 于是观察者就看到了如同水中倒影似下现蜃景。
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三、全反射
n1
n2
ic
光从光密媒质（n1）到光疏媒质（n2），当入射角大于临界角
就不再有折射光线而光全部被反射，这种对光线只有反射而无折射现象叫全反射．
倏逝波
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隐失波原理
在入射平面（xoy）内，透射折射波：
由折射定律：
全反射时：
假如：
所以：
例
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隐失波光强与界面入射深度 dp 关系
令：
得：
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光学纤维
数值孔径：
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光纤中心芯到玻璃包层折射率是逐步变小，可使高模光按正弦形式传输，这能降低模间色散，提升光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在多模光纤多为渐变型光纤。
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光纤通信原理是：在发送端首先要把传送信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出激光束上，使光强度随电信号幅度(频率)改变而改变，并经过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．
光纤通信是当代通信网主要传输伎俩，它发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤．采取光纤通信是通信史上重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣告不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信．中国光纤通信已进入实用阶段．
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四 棱镜
主截面
偏向角：入射线和出射线夹角，描叙光线经两次折射，传输方向总改变
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或
产生最小偏向角θmin充要条件是：
所以
在棱角α已知条件下，经过最小偏向角θmin测量，利用此公式可算出棱镜折射率n
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复色光照射棱镜，产生色散
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全反射棱镜-改变光传输方向
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§3-4 光在球面上反射和折射
光学系统绝大部分由球面组成。
研究光经单个球面反射和折射，是研究普通光学系统成像基础。
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一、符号法则
1 线段长度都从顶点算起，凡光线与主轴交点在顶点右方，线段长度数值为正；凡光线与主轴交点在顶点左方，线段长度数值为负；物点或像点至主轴距离，在主轴上为正，在主轴下为负。
2 光线倾斜角都从主轴（或球面法线）算起，并取小于90度角度。由主轴转向相关光线，沿顺时针，该角度为正；沿逆时针，该角度为负。
3 图中出现长度和角度（几何量）只用正值。
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实物
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y
-S’
-r
-S
S’
虚象
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二、球面反射——单心