1-1光波和光线应用光学与设计1.光的本质电磁波(10nm~1mm)核心区域可见光380nm~780nm第一章几何光学基本原理11-1光波和光线应用光学与设计可见光单色光复色光可见光色谱带及典型谱线单位:nm颜色红橙黄绿青蓝紫分界线620590570495475450750700650600550500450400典型A’bCC’DdeFgG’h谱线706.52643.9589.29546.07435.83404.66及波长766.50656.28587.57486.13434.05备注:颜色的分界线有不同定义,也与照度有关.第一章几何光学基本原理211-1光波和光线应用光学2.波动光学的简单回顾与设计真空中光速c=×2.998108msc介质中光速v=n光波在不同介质中传播，频率ν不变。c频率与波长和光速的关系ν=λ波面、波前与波线*第一章几何光学基本原理31-1光波和光线应用光学3.从波动光学到几何光学与设计λ→0波线→光线光线表示光波的传播方向,在各向同性、均匀的介质中,光线总垂直于波面.(马吕斯定律)*第一章几何光学基本原理421-1光波和光线应用光学与设计波面和光束的类型球面波同心光束平面波平行光束S会聚光束S发散光束第一章几何光学基本原理51-1光波和光线应用光学与设计非球面波像散光束第一章几何光学基本原理631-2几何光学基本定律应用光学与设计1.直线传播定律.光在均匀透明的介质中按直线传播.2.反射定律.折射定律光在两种均匀介质分界面上的规律.第一章几何光学基本原理71-2几何光学基本定律入应用光学射光N线入射光与设计线光射反线、反射光线、折射光介质1I−R折射率n线与入射点折射率n′O处界面法线介质2I′折在同一平面角度正负的规定射光内.线由光线转到法线：N′nInIsin=′sin′顺时针为正I=−R逆时针为负反射可视为折射的光路图中一律标正值.特例：nn′=−第一章几何光学基本原理841-4光路可逆和全反射应用光学与设计一、光路可逆、二、全反射、三、费马原理、四、马吕斯定律第一章几何光学基本原理91-5基本定律的向量形式应用光学1.折射定律的向量形式.与设计与设计nnQQN−′′×=0nnQN00×=′′QN00×即(000)∵QN00×=sinII,QN′′00×=sin,∴上式数值成立入射单光N线′′位线光Q0矢射量量反矢位单矢乘等式Q0介质1I−R表明三个矢量n折射率和它们代表的折射率n′O单位法线单介质2位三条光线共面.折I′矢射量光线Q′N0N′0第一章几何光学基本原理1051-5基本定律的向量形式应用光学222nnQN00×=′′QN00×′′′′′与设计∵nIcos=−nnsinI222令QQ=nnQQ00,′=′′=−nn′sinI=−+nnn′2222cosI得QN×00=×Q′N=−+nn′22NQi2即()QQN′−×=00()0′表明()QQ−与N0方向一致:QQ′−=ΓN0222∴Γ=−+nn′()NQ00ii−NQ偏向系数QQ′=+ΓN0Γ=−()QQN′′′i0=nInIcos−cos折射定律的向量形式第一章几何光学基本原理11Γ=−nInI′′coscos1-5基本定律的向量形式应用光学Γ=−+nn′22NQii2−NQ与设计QQ′=+ΓN0()002.直线传播定律的向量形式.QQ′=直线传播定律可视为折射定律nn′=的特例.3.反射定律的向量形式.反射定律可视为折射定律nn′=−的特例.II′=−∴Γ=−ncos()−InI−cos=−2nIcos=−2NQ0iQ′=Q−2N00(NiQ)反射定律的向量形式第一章几何光学基本原理1261-6光学系统类别和成像的概念应用光学共轴系统与设计光学系统各元件表面曲率中心在一条直线上.非共轴(离轴)系统光轴完善成像(点成像为点)的条件入射光是同心光束(球面波)时，出射光也是同心光束(球面波).共轴光学系统等价描述：共轭物像点间所有光线光程相等.第一章几何光学基本原理131-7理想像和理想光学系统应用光学对光学系统成像的要求清晰成像与设计理想像(视场内)所有物点都完善成像,每一个物点都对应唯一的像点.理想光学系统成理想像的光学系统.理想