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1、印刷应用光学授课班级：授课班级： 印刷工程印刷工程授课学时：授课学时： 40 40学时学时参考教材：印刷应用光学参考教材：印刷应用光学主讲教师：主讲教师： 杨玉春杨玉春第一章第一章 几何光学的基本定律和物几何光学的基本定律和物像概念像概念 几何光学：用几何学中的点、线、面的几何光学：用几何学中的点、线、面的概念研究光的传播及光学成像的规律。概念研究光的传播及光学成像的规律。n基本概念基本概念n几何光学的基本定律几何光学的基本定律n光学系统的物像概念光学系统的物像概念第一节第一节 基本概念基本概念1 1、发光点发光点：本身发光或被其它光源照明后：本身发光或被其它光源照明后发光的几何点。发光的几何
2、点。 n几何光学中，只有几何位置而不计大小；几何光学中，只有几何位置而不计大小；n实际中，发光体的大小与其辐射作用的距实际中，发光体的大小与其辐射作用的距离相比可略去不计时，可认为是发光点；离相比可略去不计时，可认为是发光点；n任何成像物体都可以看作有无数发光点组任何成像物体都可以看作有无数发光点组成。成。2 2、光线光线：携带能量携带能量并并具有方向性具有方向性的几何线条，的几何线条，其方向表示光的传播方向。其方向表示光的传播方向。 3 3、波面波面：等相面（相同位相的点形成的曲面）：等相面（相同位相的点形成的曲面），在各向同性介质中，光线和波面是垂直的。，在各向同性介质中，光线和波面是垂直
3、的。4 4、光路光路：每条光线的传播途径。：每条光线的传播途径。5 5、光束光束：有无数光线构成，与波面对应的：有无数光线构成，与波面对应的所有光线的集合。所有光线的集合。n同心光束同心光束：发自一点或会聚于同一点的：发自一点或会聚于同一点的光束光束（球面波）。（球面波）。n平行光束平行光束：平行光线构成的光束：平行光线构成的光束（平面（平面波）。波）。n像散光束像散光束：光束中各光线既不平行又不：光束中各光线既不平行又不相交于一点相交于一点（高次曲面）。（高次曲面）。球面波球面波波面光线波面光线平面波平面波同心光束同心光束平行光束平行光束第二节第二节 几何光学的基本定律几何光学的基本定律1.
4、1.光的直线传播定律光的直线传播定律n各向同性介质中，光沿直线传播；各向同性介质中，光沿直线传播；n现象：影子的形成、日食、月食等；现象：影子的形成、日食、月食等；n应用：天文测量、大地测量、光学测量应用：天文测量、大地测量、光学测量及相应仪器；及相应仪器；2.2.光的独立传播定律光的独立传播定律n不同光源发出的光的空间某点相遇时，不同光源发出的光的空间某点相遇时，彼此互不影响，各自独立传播；彼此互不影响，各自独立传播；n现象：两束手电筒的光线在空中相遇；现象：两束手电筒的光线在空中相遇；3.3.光的反射定律和折射定律光的反射定律和折射定律（1 1）反射定律）反射定律n反射光线、入射光线和法线
5、在同一平面反射光线、入射光线和法线在同一平面内；内；n反射光线和入射光线居于法线的两侧；反射光线和入射光线居于法线的两侧；n反射角等于入射角反射角等于入射角。i1i2i1 = i2（2 2）反射的类型）反射的类型n镜面反射镜面反射n漫反射漫反射n逆向反射：光线沿着原来的路径反射回逆向反射：光线沿着原来的路径反射回去；（交通道路反光膜）去；（交通道路反光膜）（3 3）折射定律）折射定律n折射光线、入射光线折射光线、入射光线和法线在同一平面和法线在同一平面内；内；n折射光线、入射光线折射光线、入射光线居于法线的两侧；居于法线的两侧；n入射角的正弦和折射入射角的正弦和折射角的正弦之比是一角的正弦之比
6、是一个常数。个常数。i1i2n1n2n1 n2n 1 s i n i1 = n 2 s i n i2（4 4）折射率）折射率n常把介质相对与空气的折射率作为该常把介质相对与空气的折射率作为该介质的绝对折射率，简称折射率。介质的绝对折射率，简称折射率。n折射率随介质的温度和密度变化而变折射率随介质的温度和密度变化而变化；化；n折射率随光波的波长变化而变化。折射率随光波的波长变化而变化。 介质对不同波长的折射率不同（色散介质对不同波长的折射率不同（色散实验）实验）（5 5）全反射现象）全反射现象n一定条件下，入射到介质上的光会全部一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，而没有折射光出
7、反射回原来的介质中，而没有折射光出现。现。n全反射现象条件：全反射现象条件： 光线从光密介质（光线从光密介质（ ）射向光疏介质）射向光疏介质（ ）；）； 入射角大于临界角入射角大于临界角 。 n应用：应用：光学仪器中使用的全光学仪器中使用的全反射棱镜；反射棱镜；光通讯中使用的光纤、光通讯中使用的光纤、光纤传感器等。光纤传感器等。4 4、光路可逆定律、光路可逆定律n光沿反方向传播，必定沿原光路返回。光沿反方向传播，必定沿原光路返回。四条定律成立的条件四条定律成立的条件 （1）必须是均匀介质，即同一介质的折射率处处）必须是均匀介质，即同一介质的折射率处处相等，折射率不是位置的函数。相等，折射率不是
8、位置的函数。 （2）必须是各向同性介质，即光在介质中传播）必须是各向同性介质，即光在介质中传播时各个方向的折射率相等，折射率不是方向的函时各个方向的折射率相等，折射率不是方向的函数。数。5 5、费马原理、费马原理（1 1）光程（）光程（L L）n光在介质中经过的几何路程光在介质中经过的几何路程s s和该介质折和该介质折射率射率n n的乘积。的乘积。注：注：n 在均匀介质中的传播速度；在均匀介质中的传播速度；n 光在均匀介质中经过几何路程光在均匀介质中经过几何路程s s所需所需时间。时间。（2 2）费马原理）费马原理n光沿光程取极值的路径传播。光沿光程取极值的路径传播。 极值：极小值（光沿直线传
9、播）、极大值、极值：极小值（光沿直线传播）、极大值、稳定值。稳定值。n数学表达：例如，光在非均匀介质中传播数学表达：例如，光在非均匀介质中传播有有A A到到B B，n n是位置函数是位置函数n(s)n(s)。注：光程取极值，上式的一阶导数为注：光程取极值，上式的一阶导数为0 0ABi1i2C(x1,y1)(x2,y2)(x,0)n1n2xy光程光程(ACB)(ACB)为：为：例：用费马原例：用费马原理导出折射定理导出折射定律律光程取极值，只可能是极小值，光程对光程取极值，只可能是极小值，光程对x x求一求一阶导数阶导数, ,令其为令其为0 0有三角形几何关系可得有三角形几何关系可得: :第三节
10、第三节 光学系统的物像概念光学系统的物像概念n光学设备一般都是由各种光学元件（如光学设备一般都是由各种光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）按一定的要求透镜、棱镜、反射镜等）按一定的要求组合而成。这种光学元件的组合，称为组合而成。这种光学元件的组合，称为光学系统或光组光学系统或光组。光组的主要功能是。光组的主要功能是成成像像。 球面光学系统球面光学系统 共轴球面光学系统共轴球面光学系统 n成像：发自某一物点的光线收敛于另成像：发自某一物点的光线收敛于另一点时，就形成一个像。一点时，就形成一个像。注：物点是本身发光或受到光照的物体。注：物点是本身发光或受到光照的物体。1.1.成像概念成像概念n物：光
11、学系统物：光学系统入射光线汇聚点的集合入射光线汇聚点的集合或或入射光线延长线汇聚点的集合入射光线延长线汇聚点的集合，称该光，称该光学系统的物。学系统的物。n像：相应的，光学系统像：相应的，光学系统出射光线汇聚点出射光线汇聚点的集合的集合或或出射光线延长线汇聚点的集合出射光线延长线汇聚点的集合，称该光学系统的像。称该光学系统的像。n实物（像）：实际光线的会聚点，能用接收器实物（像）：实际光线的会聚点，能用接收器接收到，眼睛可以看到。接收到，眼睛可以看到。n虚物（像）：实际光线的延长线的交点，不能虚物（像）：实际光线的延长线的交点，不能用接收器接收到，眼睛可以看到。用接收器接收到，眼睛可以看到。注
12、：注：n物和像是相对的；物和像是相对的；n物像共轭：把物放在像的位置，则其像就成在物像共轭：把物放在像的位置，则其像就成在物原来的位置上。物原来的位置上。n物像的虚实关系物像的虚实关系2.物空间和像空间物空间和像空间n物空间（物方）：物空间（物方）：入射光线所在的空间；入射光线所在的空间；n像空间（像方）：像空间（像方）：出射光线所在的空间。出射光线所在的空间。注：注：物空间和像空间物空间和像空间是光学意义上的空间概念，是光学意义上的空间概念，不是几何位置的空间概念。不是几何位置的空间概念。思考：物与像是否分别在物空间和像空间？思考：物与像是否分别在物空间和像空间？光光学学系系统统实物成虚实象实物成虚实象光光学学系系统统物空间物空间像空间像空间实物成实象实物成实象光光学学系系统统虚物成实象虚物成实象
