文档介绍：第三章
几何光学的基本原理
制作人:从守民
物理系从守民
§3-1 几何光学的基本定律和原理
几何光学——撇开光的波动本性,以几何定律和某些实定律为基础的光学称为几何光学。
一、光线和波面物与象
光线——表示光的传播方向线
光束——有无数光线构成
波面——等相面,在各向同性介质中,光线和波面是垂直的。
单心光束——球面波
平行光束——平面波
象散光束——高次曲面
物:入射光束的心
实物→发散
虚物→会聚
实象→会聚的心
象:出射光束的心
虚象→发散的心
物理系从守民
球面波
波阵面
波射线
波阵面
波射线
平面波
物理系从守民
光学系统
实物成虚实象
光学系统
物空间
像空间
实物成实象
光学系统
虚物成实象
物理系从守民
物空间象空间分别是入射光束和出射光束所在的空间。也可用这两个空间判断物象的实和虚(同学们思考)完善成象:单心性不被破坏。
二、几何光学的实验定律
。(各向同性介质中)
:
共面
分于法线两侧
角度关系
(各向同性介质中)
三、费马原理——几何光学的基本原理。
过去表述:光沿所需时间为极值的路径传播。
现在表述:光沿光程取极值的路径传播。
物理系从守民
A
B
i1
i2
C
(x1,y1)
(x2,y2)
(x,0)
n1
n2
x
y
光程(ACB)为
例:用费马原理导出折射定律
物理系从守民
光程取极值,只可能是极小值,光程对x求一介导数,令其为0
有三角形几何关系可得
物理系从守民
指出:费马原理和力学中的最小作用量原理等价,在处理变折射光学问题很重要。
§3-2 光在平面界面上的反射和折射
一、光的平面反射
?
保持光束的单心性能完善成象

①物象关于镜面对称、等大、旋性相反
②物象间象空间重合,
:主要用于改变光的行进方向和成象位置
S
S’
物空间,也是像空间,两者重合
物在物空间,像不在像空间,实物成虚象
问:虚物能否成实象?
物理系从守民
二、平面折射
y
n1
n2
x
P物点
水介质
空气介质
物空间
像空间
像P1 P2
单心性受到破坏,不能完善成像
在近垂直窄光束条件下,可近似完善成像
P`
物理系从守民

画出的弧线(子午交线)
出射光线交于
和
成为象散光束,
单心性受
到破坏。不能完善成象
。
窄光束
条件
垂直入射
,当n2<n1时,y`<y。如从水面上看下面的鱼

①物象同侧
②实物成虚象虚物成实象(物象之间分开)
像方折射率
物方折射率
像距
物距
物理系从守民