《ch3 平面与平面系统1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ch3 平面与平面系统1（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第三章 平面与平面系统,主讲人：仝卫国 华北电力大学 自动化系,2,主 要 内 容,平面系统主要应用：改变光路方向；转像、 倒像、分光；产生色散用于光谱分析。 一、平面镜成像 二、平行平板 三、反射棱镜 四、折射棱镜与光楔 五、光学材料,3,3.1 平面镜成像,一、平面镜成像 1. 平面镜的成像性质： l=l，=1 平面镜是唯一能成完善像的光学零件。 对称性：使物像不一致，使原来的右手 坐标系变为左手坐标系，形成镜像。 结论：1）奇数次反射，成镜像；偶数 次反射，物像一致。 2）当物体旋转 时，像沿相反的方向旋转相同的角度。,平面成像,平面的镜像,4,1. 平面镜的旋转 当入射光线方向不变
2、，使平面镜旋转角时，反射光线的 方向改变2角。如图所示：,应用：测量微小角度和位移。如光学杠杆原理。,5,光学杠杆原理：,由上式可知，这种基于光学杠杆原理的装置可以测量微小的位移。,6,二、双面镜成像,出射光线和入射光线的夹角与入射角无关，只取决于双面镜的夹角角。,作用：折转光路，只需调整好双面镜的夹角，对双面镜的安装精度要求不高。,7,3.2 平行平板成像,一、平行平板的成像特性,8,结论： 1）出射光线与入射光线平行，即经平行平板后光线的方向不变； 2）平行平板是个无光焦度元件，不会产生物体的放大和缩小，对系统光焦度无贡献； 3）光线经过平行平板后，会产生侧向位移和轴向位移。,上式表明：轴
3、向位移L随入射角I1不同而不同，即轴上发出的不同孔径的光线经平行平板后与光轴的交点不同。即平行平板不能成完善像。,9,二、平行平板的等效光学系统 1. 近轴细 光束成像 近轴区的轴向位移为：l = d (1 - 1/n) 所以，近轴区光线的轴向位移与入射角无关，成完善像。 2. 应用： 在光学系统中，常把平行平板等效为空气平板。,10,3.3 反射棱镜,一、概述 1. 反射棱镜： 将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件。 2. 作用： 折转光路、转像、倒像、扫描等 3. 术语：主截面、工作面、棱、 光轴、入射面和出射面 4. 特点：反射装配困难、 反射面易腐蚀、 反射镜组合困难。 反射
4、棱镜无上述缺点。,11,二、反射棱镜的类型,反射棱镜种类繁多，大体上可分为：简单棱镜、屋脊棱镜、立方角锥棱镜和复合棱镜。 1. 简单棱镜 简单棱镜 只有一个主截面，所有工作面都与主截面垂直。根据反射次数，又可分为：一次反射棱镜、二次反射棱镜、三次反射棱镜。,一次反射棱镜,二次反射棱镜,12,2. 屋脊棱镜,用两个互相垂直的反射面代替直角棱镜的一个反射面，形成屋脊棱镜。从而使反射次数为偶数，物像的坐标系一致。,屋脊棱镜的成像,13,3. 立方角锥棱镜,立方体切下一个角形成。光线以任意方向入射，经三个直角面反射后，出射光线始终与入射光线平行；当棱镜绕其顶点旋转时，出射光线方向不变，仅产生一个位移。
5、主要用于激光测距。,立方角锥棱镜,14,4. 复合棱镜,由两个以上的棱镜组合形成复合棱镜。它可以实现特殊的功能。常见的有：分光棱镜、分色棱镜、转像棱镜和双像棱镜（用于目镜）。,分光棱镜,分色棱镜,15,转像棱镜的成像,双像棱镜的成像,16,三、棱镜系统成像方向的判断,判断原则： （1） OZ坐标轴和光轴的出射方向一致。 （2） 垂直于主截面的OY坐标轴方向视屋脊面个数而定：若为偶数，则OY与OY同向；若为奇数，则OY与OY反向。 （3）平行于主截面的OX坐标轴方向视反射面的个数而定：若反射面个数为偶数，XYZ为右手坐标系；若反射面个数为奇数，XYZ为左手坐标系。,17,三、反射棱镜的等效作用与
6、展开,反射棱镜是由两个折射面和若干个反射面组成。 作用：相当于平面镜平行平板 用途：折转光路、转像、倒像等 例如：反射棱镜用于成像系统时的等效光路。,反射棱镜展开的等效光路,18,3.4 折射棱镜,折射棱镜由两个折射表面对光线进行折射而进行工作的。两折射面的交线称为折射棱；其夹角称为折射角；垂直于折射棱的平面称为主截面。,A,B,C,D,n,I1,I2,I1,I2,折射棱镜,19,一、折射棱镜的偏转,折射棱镜的两个工作面不同轴，故不能把这种棱镜看作平行平板。 入射光线AB与出射光线CD的夹角，称为偏向角。偏向角的计算公式为：,由上式可知：偏向角的大小与I1、n有关。 最小偏向角满足的条件： I
7、1 =I2， I1=I2,应用：常用最小偏向角测量介质折射率。,20,二、光楔及其应用,折射角很小的棱镜，称为光楔。此时，它的偏向角公式可近似为： （n - 1） 即，光线垂直入射时，仅由折射角和折射率n决定。,用途：把两块相同的光楔组合在一起，相对转动，可产生不同的偏向角。在光学系统中，补偿和测量小角度偏差。 2（n - 1）cos,21,三、棱镜的色散,色散：白光经过棱镜后被分解为各种色光的现象。 通常，波长长的红光折射率低，波长短的紫光折射率高，因此，红光的偏向角小，紫光的偏向角大。 白光光谱：按波长长短顺序排列的光谱。,双光楔旋转测微,22,白光光谱的获得,23,3.5 光学材料,一、
8、对光学材料的要求： 折射材料对工作波段有良好的透过率； 反射材料对工作波段有很高的反射率。 二、光学材料的种类： 主要有三大类：光学玻璃、光学晶体和光学塑料。 1. 光学玻璃： 光学玻璃是由硅、磷、铅、钾、砷、铝等多种氧化物经高温熔融成盐熔液体，再经过冷所得到的各向同性的无定形物体。 1）特性：最常用的光学材料，制造工艺成熟、品种齐全，可透过0.352.5微米的各色光，超出这一波段的光会被玻璃强烈吸收。,24,2）特征参数： 平均折射率、阿贝常数、部分色散、相对色散等。 3）分类： a) 冕牌玻璃K(PbO3%)：折射率高nD1.531.85，色散大、性软、质重、带黄绿色。 4）特种玻璃：分为有色玻璃和无色玻璃 其他还有：耐辐射玻璃、石英玻璃、隔热玻璃、微晶玻璃 2. 光学晶体： 特点：均一性、各向异性、对称性、自范性、最小内能性 分类：红外、紫外晶体，激光晶体、偏振晶体等。 3. 光学塑料：折射率低、色散大、价格便宜，温度特性差。,
