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光学总复习

光学总复习. 主要内容. 5. 光 学. 几何光学（ h ~0, l ~0 ）. 光波与物质的电磁相互作用. 1. 4. 电磁性. 横波性. 光的偏振. 波动光学 ( h ~0, l ≠0 ). 线性介质. 光波的叠加 1. 线性叠加原理 ２ . 独立传播原理. 波动性. 量子光学（ h ≠0, l ≠0 ）. 6. 无限束 光波相干叠加. 有限束 光波相干叠加. 2. 3. 光的干涉. 光的衍射. 1.1 几何光学. 主要内容. 球面镜成像. 基本规律 1. 直线传播定律 2. 折、反射定律

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Presentation Transcript

  1. 光学总复习 主要内容 5 光 学 几何光学（h ~0, l~0） 光波与物质的电磁相互作用 1 4 电磁性 横波性 光的偏振 波动光学 ( h ~0, l≠0 ) 线性介质 光波的叠加 1. 线性叠加原理 ２. 独立传播原理 波动性 量子光学（h≠0, l≠0） 6 无限束光波相干叠加 有限束光波相干叠加 2 3 光的干涉 光的衍射

  2. 1.1几何光学 主要内容 球面镜成像 基本规律 1.直线传播定律 2.折、反射定律 3.光路可逆原理 费马原理 几 何 光 学 高斯光学 薄透镜成像 光具组成像 纤维光学 光度学

  3. 复习要点及主要公式： 1. 基本实验定律（3个） 几何光学的基础 2.费马原理： 几何光学的理论基础 3. 符号法则 —— 新笛卡儿符号法则 4.基本公式： （基本方法是逐次成象法）条件： I.普遍公式： II.球面折射：

  4. III.球面反射： IV.薄透镜： V. 光具组： VI . 放大率： VII.作图成像法：凸、凹透镜、光具组.

  5. P S Q M 相对程差 A B C D E F G H I J K L M 应用波动观点分析、理解平面反射问题： 平面反射： 1:1 成像，完善成像，无色散. A B C D E F G H I J K L M

  6. B B A A 1 234 5 678910 12345 678910 8 9 7 5 6 1 10 2 4 1 5 3 s 2 4 p 3 反射光栅原理

  7. i1 i2 例: 试证双镜两次反射定理：光线被交角等于q的两镜面反射时，反射光线和入射光线的交角（偏向角）等于两个镜面交角q 的两倍。 解：根据几何学外角公式，由图可知 而： 故： 经常要用!

  8. 双镜两次反射定理 两镜面间的反射问题： 出射光线 1. 最大反射次数: 2. 最多成像个数: 3. n次反射光走过的路径长度: 由正弦定理求解 BC ：

  9. 球面折、反射成清晰像的条件： 一级近似理论 1. 近轴光线 2. 近轴物点 近轴物点: y << s 近轴光线: h << r

  10. 近轴光线的限制 近轴物点的限制 • 亥姆霍兹 — 拉格朗日定理 由: 横向放大率 或: 得: 角放大率光束会聚比 对多个共轴球面系统: 亥姆霍兹 — 拉格朗日恒等式

  11. 费马原理的应用： 费马原理 光波的叠加原理 取决于相位差 取决于光程 费马原理与几何三定律等价 i. 费马原理可证明折射、反射定律 ii. 费马原理可证明直线传播定律和光路可逆原理 ii. 实际应用中，直接用折、反定律更方便

  12. O’ B O A O” 光程为常数 光程为极大值 光程为极小值 结 论 联结空间两点之间的光线,不论是直线、折线或者曲线,其所经历的光程与邻近光程相比，是极值,即遵守费马原理． 例1: 距岸3 公里的小船A海上速度 4km/h,小船上的人岸上步行速度 5km/h,为尽快到达岸上9公里的B点，问：小船上的人如何办？ 例2:海岛（O点）距两岸分别为a和b，为在两岸各设一个码头A和B，并使OgAgBgO运转周期最短，如何办？ 解：如图。为什么？

  13. 凸双曲 面 凸抛物面 凹双曲面 凹抛物面 什么条件下非近轴光线也能成清晰象 ? 开放思路 非球面镜 凹椭圆面 凸椭圆面

  14. A C B 棱镜最小偏向角的证明： 有极值平衡对称性 最小偏向角入射时，棱镜内的折射光线与顶角对称

  15. 全反射中的隐失波问题： 隐失波 Evanescent Wave, P.165 例 3.2 什么是隐失波？ 古斯-汉森位移

  16. 隐失波原理 在入射平面（xoy）内，透射的折射波： 由折射定律： 全反射时： 如果： 所以：

  17. 隐失波光强与界面入射深度 dp的关系 令： 得：

  18. 实 验 进 展

  19. 扫描近场光学显微镜 光学听诊器 利用衰逝波可检测物体表面 100 nm范围内的原子,分子变化.

  20. L3 L1 L2 • 。 • 。 F1’ P P3’ F2 P1’ C P4’ P5’ P2’ 例：在制作氦氖激光管的过程中，往往采用内调焦平行光管粘贴凹面反射镜，其光学系统如例下图所示。图中F1’是目镜L1的焦点，F2 是物镜L2 的焦点，已知目镜和物镜的焦距均为2cm，凹面镜 L3的曲率半径为 8cm • 调节L2 ，使L1 与L2 之间的距离为 5cm, L2与L3之间的距离为10cm ,试求位于L2 前1cm的叉丝P经光学系统后所成像的位置. • * 当L1与L2的相对位置仍为5cm 时 ，若人眼通过 L1 能观测到一个清晰的叉丝像，L3与L2的距离应为多少？

  21. 解：已知： (1) P 对L1直接成像： 注意:光线从右向左成像时, 符号法则不变, 但 f ’是原公式中的 f （2）p 经L2、L3，L2、L1成象

  22. 再经过L2（光线：右左） s4 =10-6= 4cm 再经过L1 成象（光线：右左）s5 =5-4=1 cm

  23. 故: 通过目镜可观察到两象: s1’，s5’ (一实象, 一虚象) (b)*已知：|L1 L2|=5cm , s1’= s5’= - 4cm. 求: |L2 L3|=? 由：s5’=p1’ s5=s1= 4cm s4’= 4-5= -1cm s4= -2cm 又由：s2= -1cm  s2’= -2cm 即：s2’与 s4 重合 -s3’=|L2 L3|+ ( -s4 )=|L 2 L3 |+2 = r -s3=|L2 L3|+( -s2’ )=|L2 L3|+2 = r 1:1 成象：s3’ = r = - 8 cm, s3= r = - 8 cm ∴ |L2 L3| = 8-2 = 6 cm

  24. Q y F H N 一般理想光具组的物像公式： 注意：f , s 从 H 算起, f’ , s’ 从 H’ 算起, x , x’分别从 F, F’算起.

  25. 厚透镜的基点和基面

  26. A B C N G J d D E 复合光具组的基点和基面 定义：

  27. F’ F H’ H L1 L2 F1 F2 2a 3a a 则有： 例：P.205 惠更斯目镜

  28. 方法 2： 已知：

  29. 320cm 100cm 80cm L2 L1 5cm 5cm 16cm 20cm 20cm （变焦镜头原理） 例：摄远物镜 d小变 f 大变

  30. P O F A B B F P O O P 薄透镜的作图求像法

  31. B P F O B A A O F P O P F’

  32. P P’ F’ H H’ F P P’ F’ H’ H F 一般理想光具组的作图求像法 凸透镜组 H 与 H’ 互调时

  33. P P’ F H H’ F’ P P’ F H H’ F’ 凹透镜组 方法 一 方法 二

  34. B F A B A F 例:用作图法求物体AB 的像 （A） （B）

  35. （C） B F A （D） B A F

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