3.1几个基本概念和定律费马原理.pptVIP

几何光学的基本原理 几何光学理论是波动光学理论的一个近似，这个近似是在不考虑波长，相位等波动概念时，用光线的概念来处理光学问题 3.1.2 几何光学的基本实验定律 什么是几何光学 3.1.3 费马原理（Fermat’s Principle） 2 、费马原理 ? 由费马原理证明折射定律 反射定律和折射定律是费马原理中最短光程的例子。 3.1.4 单心光束 实像和虚像 成像问题是几何光学的核心问题之一 与成像有关的几个基本概念： 单心光束 实像 虚像 1、单心光束 2、实物，虚物，实像，虚像 像：发光点发出的光束，如果经过反射或折射后依具有单心 性，形成的新顶点就是 此发光点的像。 实 像：发光点的像是会聚光束中各光线实际的会聚点 （如P1′、 P3′、 P4′ ）。 虚 像：发光点的象是发散光束各光线反向延长线（虚光线） 的会聚点（如P2′ ）. 3.1 几个基本概念和定律 费马原理 光线——表示光波传播方向的带箭头的几何线 在几何光学中所提到的光线只表示光的传播方向，而光的能量，偏振方向，以及位相信息在光线的概念中不能得到体现。 波面——在同一波面上所有点的相位相同 3.1.1 光线与波面 1．直线传播定律：光在均匀介质中是直线传播 2．独立传播定律和光路可逆原理。 光的独立传播定律: 来自不同方向的光线在空间相遇后，各自保持自己的传播方向继续传播 光路可逆性原理：如果光线逆着反射光线入射，则这时的反射光线将逆着原来的入射光线方线传播 3．反射定律和折射定律：光通过介质分界面时，发生反射和折射 几何光学，又称为光线光学。不考虑光的波动性以及光与物质的相互作用，只以光线的概念为基础，根据以实验事实建立的基本定律，通过计算和作图来讨论物体通过光学系统的成像规律。 几何光学的适应条件：在光的传播方向上障碍物的限度D，必须远大于光波的波长λ。即D λ,或 λ/D→0 。 费马原理是一个描述光线传播行为的原理 1、 光程 在均匀介质中,光程[l ]为光在介质中通过的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积： （2.） 光程表示光在介质中通过真实路程所需时间内,在真空中所能传播的路程。 （1）. 直接用真空中的光速来计算光在不同介质中通过一定几何路程所需要的时间。 （1）如果光线从A点出发经过N种不同的均匀介质到达B点，则总光程可以表示为： （2）若A 和 B之间介质的折射率是缓慢改变的，以致折射率随空间的变化率 dn/dl在波长数量及内可近似看作常数，则总光程可表示为 1657年法国数学家费马用光程的概念把几何光学的基本定律归结为一个统一的基本原理，即费马原理。 费马原理：光线在A、B两点之之间的实际路经，与其他可能的邻近路程相比，其光程为极值。即 (1)、内容 换言之：在A、B两点间光线传播的实际路径，与任何其他可能路径相比其光程为极值，极值为极大或极小或恒定值。即光线的实际路径上光程变分为零： 两点之间光沿着所需时间为极值的路径传播 （2）、费马原理的应用 ?. 根据直线是两点间最短距离这一几何公理,对于真空或均匀介质,费马原理可直接得到光线的直线传播定律。 ?. 费马原理只涉及光线传播路径,并未涉及到光线的传播方向。若路径AB的路径取极值，则其逆路径BA的光程也取极值——包含了光的可逆性。 ?. 由费马原理导出光的反射定律和折射定律 通过空间两点A、B可以作无数个平面，其中必有一个平面垂直于两种介质 n1和n2 之间的界面，OO是它们的交线。通过A点的入射线交界面于C点，求C点的位置： 即证明通过空间 A 点的光线经界面折射后通过B点时，必定遵守折射定律。 C点在不在交界线OO？ i．C点必在OO上： 假设折射点C不在OO上，而是在其外的另一点C,则此时在OO必定有C的垂足C，若C是折射点，那么光程? ACB应是最小的。 所以假设C是折射点不成立，折射点必定在OO ii．确定C点在OO上的位置：通过A(x1, y1)和B(x2, y2)两点的入射和折射的光程 使 为极值的条件为 即 （3）、光程为极大和恒定值的例子？ 旋转椭球面反射的情况。 ① 通过一个焦点P的入射光线 被椭球面上的任一点A1反射 后总是通过另一焦点P，并且PA1+PA1=常量 所有通过P和P的实际光线光程为恒定值 ② 实际光线光程为最小值 ③ 实际光线光程为最大值 一个光束可看成由许多光线构成，凡是具有一个顶点的光束，叫单心光束。 单心光束经反射和折射后，若仍能在反射，或折射光束中找到一个顶点，它就是单心光束顶点的像 也就是说：光束的单心性在反射和折射后没有被破坏 　①发散光束：由一发光点发出的光束； 　②汇聚光束：向中心会聚的光束。 具