掃一掃
關注中圖網
官方微博
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
工程光學(第3版普通高等教育十一五國家級規劃教材) 版權信息
- ISBN：9787030725981
- 條形碼：9787030725981 ; 978-7-03-072598-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
工程光學(第3版普通高等教育十一五國家級規劃教材) 內容簡介
本書系統地介紹了幾何光學和波動光學的基礎理論。全書共13章，～9章以幾何光學為基礎，介紹幾何光學的基本定律和物像概念、共軸球面光學系統和平面系統的成像規律、高斯光學的基本理論及像差的基本概念，并介紹典型和實用光學系統及部分特殊結構光學透鏡的原理和特性；第10～13章以波動光學為基礎，介紹光的電磁理論，光的干涉、衍射、偏振等波動性質及應用。這兩部分內容構成了經典光學的完整體系。本書精心編排了有代表性的例題和習題，側重對關鍵知識的理解和應用能力的訓練，便于讀者掌握。 本書可作為高等院校光電信息工程、測控技術與儀器、電子信息工程等相關專業的本科生和研究生的專業基礎課教材，也可作為考研及有關工程技術人員的參考書。
工程光學(第3版普通高等教育十一五國家級規劃教材) 目錄
目錄
第1章 幾何光學的基本定律和物像概念 1
1.1 幾何光學的基本定律 1
1.1.1 幾何光學的點、線、面 1
1.1.2 幾何光學的三大定律 2
1.1.3 費馬原理 4
1.2 光學系統的物像概念 5
習題 7
第2章 共軸球面光學系統 8
2.1 符號規則 8
2.1.1 光路方向 8
2.1.2 線量的正負號 8
2.1.3 角度的正負號 9
2.1.4 符號規則的意義 10
2.1.5 光路圖中的符號標 10
2.2 物體經單個折射球面的成像 10
2.2.1 單球面成像的光路計算 10
2.2.2 近軸區域的物像關系 13
2.2.3 近軸區域的物像放大率 15
2.3 單個反射球面的成像 17
2.4 共軸球面系統的成像 18
習題 22
第3章 理想光學系統 23
3.1 理想光學系統的基本理論 23
3.2 理想光學系統的基點與基面 24
3.2.1 無限遠的軸上物點與像方焦點 24
3.2.2 無限遠的軸上像點與物方焦點 25
3.2.3 主平面 25
3.2.4 光學系統的焦距 26
3.2.5 理像光學系統的節點 27
3.2.3 理像光學系統的物像關系 27
3.3.1 作圖法求像 27
3.3.2 解析法求像 30
3.4 理想光學系統的多光組成像 35
3.4.1 多光組成像的一般過程 35
3.4.2 多光組系統的等效系統 37
3.4.3 雙光組組合 40
3.4.4 雙光組組合的應用實例 43
3.5 實際光學系統的基點和基面 45
3.5.1 實際系統的基點和基面 45
3.5.2 透鏡的基點和基面 46
習題 50
第4章 平面系統 54
4.1 平面鏡 55
4.1.1 單平面鏡的成像特性 55
4.1.2 雙面鏡的成像特性 56
4.2 反射棱鏡 58
4.2.1 反射棱鏡的類型 58
4.2.2 棱鏡系統成像的物像坐標變化 59
4.2.3 反射棱鏡的等效作用與展開 60
4.3 平行平板 62
4.3.1 平行平板的成像特性 62
4.3.2 平行平板對光線位移的計算 63
4.3.3 平行平板的等效空氣層 65
4.3.4 共軸球面系統和平面棱鏡系統的組合 67
4.4 折射棱鏡和光楔 68
4.4.1 折射棱鏡 68
4.4.2 光楔 70
習題 71
第5章 光學系統的光束限制 74
5.1 概述 74
5.2 孔徑光闌 76
5.2.1 孔徑光闌的判斷 76
5.2.2 入射光瞳和出射光瞳 79
5.3 視場光闌 80
5.3.1 視場范圍的計算 81
5.3.2 漸暈及其相關計算 81
5.3.3 入射窗和出射窗 84
5.4 漸暈光闌與場鏡 84
5.4.1 漸暈光闌 84
5.4.2 場鏡 87
5.5 景深和焦深 88
5.5.1 景深 88
5.5.2 焦深 89
5.5.3 遠心光路 90
習題 93
第6章 像差概論 95
6.1 軸上點球差 95
6.1.1 球差的概念和形成 95
6.1.2 單個折射球面的齊明點 97
6.1.3 單透鏡的球差 98
6.2 彗差 99
6.2.1 彗差的概念和形成 99
6.2.2 孔徑光闌對彗差的影響 102
6.3 細光束像散 103
6.4 細光束場曲 105
6.5 畸變 107
6.6 色差 109
6.6.1 位置色差 110
6.6.2 倍率色差 113
習題 115
第7章 光度學與色度學 116
7.1 視敏函數與顏色視覺 116
7.1.1 視敏函數 116
7.1.2 顏色視覺 117
7.2 光度學中的量及其基本規律 119
7.2.1 光通量 119
7.2.2 發光強度 119
7.2.3 光照度 120
7.2.4 光亮度 121
7.2.5 光度學中的基本規律 122
7.3 色度學基礎 125
7.3.1 顏色匹配實驗 126
7.3.2 CIE標準色度系統 126
7.3.3 CIE色度計算 130
7.3.4 均勻顏色空間與色差計算 132
7.3.5 光源 135
習題 139
第8章 實用光學系統 140
8.1 人眼光學系統 140
8.1.1 眼睛的結構 140
8.1.2 眼睛的調節和適應 142
8.1.3 眼睛的視力缺陷與校正 143
8.1.4 人眼的分辨力和對準精度 145
8.1.5 雙眼立體視覺 146
8.2 放大鏡 148
8.2.1 視覺放大率 148
8.2.2 光束限制和線視場 150
8.2.3 放大鏡用做目鏡 150
8.3 顯微鏡系統 151
8.3.1 顯微鏡工作原理與視覺放大率 151
8.3.2 顯微鏡的光束限制 152
8.3.3 顯微鏡的分辨力和有效放大率 154
8.3.4 顯微鏡的應用舉例 157
8.4 望遠鏡系統 160
8.4.1 望遠系統的視覺放大率 160
8.4.2 望遠系統的分辨力和有效放大率 161
8.4.3 望遠鏡的光束限制 162
8.4.4 望遠鏡的轉向系統 165
8.5 攝影系統 166
8.5.1 攝影物鏡的光學特性 166
8.5.2 攝影物鏡的景深 168
8.5.3 變焦距物鏡 169
8.6 投影系統 170
8.6.1 光學性能 171
8.6.2 光度特性 171
8.6.3 投影物鏡的結構形式 172
8.6.4 變形物鏡 172
8.7 照明系統 174
習題 176
第9章 特殊結構光學透鏡 178
9.1 雙液體變焦透鏡 178
9.2 菲涅耳透鏡 182
習題 186
第10章 光的電磁理論基礎 187
10.1 光波的特性 187
10.1.1 麥克斯韋方程組 187
10.1.2 物質方程 189
10.1.3 電磁波動方程 190
10.2 幾種簡單的光波場 192
10.2.1 簡諧平面波 192
10.2.2 球面波和柱面波 196
10.2.3 電磁場的能量和能流 197
10.3 光波的疊加 198
10.3.1 波的疊加原理 198
10.3.2 同頻率、同振動方向單色光波的疊加 199
10.3.3 頻率相同、振動方向相互垂直的光波的疊加 200
10.3.4 不同頻率單色光波的疊加 201
10.4 光在兩種介質分界面上的反射和折射 203
10.4.1 電磁場的邊界條件 203
10.4.2 反射定律和折射定律 203
10.4.3 菲涅耳公式 204
10.4.4 菲涅耳公式的討論 207
10.4.5 全反射與倏逝波 210
習題 213
第11章 光的干涉 215
11.1 光波干涉條件和楊氏干涉實驗 215
11.1.2 楊氏干涉實驗 216
11.2 干涉條紋的可見度 218
11.2.1 雙光束干涉時干涉條紋的可見度 219
11.2.2 光源的非單色性對干涉條紋可見度的影響 220
11.2.3 光源大小對干涉條紋可見度的影響 221
11.3 平板的雙光束干涉 223
11.3.1 干涉條紋的分類 223
11.3.2 等傾干涉 225
11.3.3 等厚干涉 228
11.4 平板干涉的應用 232
11.4.1 邁克耳孫干涉儀 232
11.4.2 泰曼-格林干涉儀和波面干涉技術 235
11.4.3 馬赫-曾德爾干涉儀 236
11.5 平行平板的多光束干涉及其應用 236
11.5.1 平行平板多光束干涉的原理 237
11.5.2 法布里-拍羅干涉儀 240
11.5.3 干涉濾光片 242
11.6 光學薄膜 242
11.6.1 單層膜 242
11.6.2 多層膜 244
習題 246
第12章 光的衍射 248
12.1 光波的標量衍射理論 248
12.1.1 衍射的基本概念 248
12.1.2 惠更斯原理 249
12.1.3 惠更斯原理-菲涅耳原理 249
12.1.4 兩種典型的衍射 250
12.2 菲涅耳衍射 252
12.2.1 菲涅耳半波帶法 252
12.2.2 菲涅耳波帶片 253
12.3 夫瑯禾費衍射 255
11.1.1 光波干涉條件 215
12.3.1 矩孔衍射 255
12.3.2 單縫衍射 256
12.3.3 單縫衍射因子的特點 256
12.3.4 多縫衍射 258
12.3.5 圓孔衍射 260
12.4 光學成像系統的衍射和分辨本領 262
12.4.1 成像系統的衍射現象 262
12.4.2 成像系統的分辨本領 262
12.4. 3 望遠鏡的分辨率 262
12.4.4 照相物鏡的分辨率 263
12.4.5 顯微鏡的分辨率 264
12.5 衍射光柵 264
12.5.1 衍射光柵概述 264
12.5.2 幾種典型衍射光柵 267
習題 269
第13章 光的偏振 272
13.1 偏振光的描述 272
13.1.1 光波的偏振態 272
13.1.2 偏振度 273
13.1.3 偏振態的表示法 274
13.2 各向異性介質中的光波傳播特性 277
13.2.1 晶體的光學各向異性 277
13.2.2 平面波在晶體中的傳播 278
13.2.3 平面波在晶體界面上的雙反射和雙折射 282
13.3 偏振器件 284
13.3.1 偏振器 284
13.3.2 波片 285
13.3.3 偏振器件的數學描述 287
13.4 偏振光的干涉 291
13.5 柱矢量偏振光 292
習題 294
簡明習題答案 295
參考文獻 300
附錄 302
第1章 幾何光學的基本定律和物像概念 1
1.1 幾何光學的基本定律 1
1.1.1 幾何光學的點、線、面 1
1.1.2 幾何光學的三大定律 2
1.1.3 費馬原理 4
1.2 光學系統的物像概念 5
習題 7
第2章 共軸球面光學系統 8
2.1 符號規則 8
2.1.1 光路方向 8
2.1.2 線量的正負號 8
2.1.3 角度的正負號 9
2.1.4 符號規則的意義 10
2.1.5 光路圖中的符號標 10
2.2 物體經單個折射球面的成像 10
2.2.1 單球面成像的光路計算 10
2.2.2 近軸區域的物像關系 13
2.2.3 近軸區域的物像放大率 15
2.3 單個反射球面的成像 17
2.4 共軸球面系統的成像 18
習題 22
第3章 理想光學系統 23
3.1 理想光學系統的基本理論 23
3.2 理想光學系統的基點與基面 24
3.2.1 無限遠的軸上物點與像方焦點 24
3.2.2 無限遠的軸上像點與物方焦點 25
3.2.3 主平面 25
3.2.4 光學系統的焦距 26
3.2.5 理像光學系統的節點 27
3.2.3 理像光學系統的物像關系 27
3.3.1 作圖法求像 27
3.3.2 解析法求像 30
3.4 理想光學系統的多光組成像 35
3.4.1 多光組成像的一般過程 35
3.4.2 多光組系統的等效系統 37
3.4.3 雙光組組合 40
3.4.4 雙光組組合的應用實例 43
3.5 實際光學系統的基點和基面 45
3.5.1 實際系統的基點和基面 45
3.5.2 透鏡的基點和基面 46
習題 50
第4章 平面系統 54
4.1 平面鏡 55
4.1.1 單平面鏡的成像特性 55
4.1.2 雙面鏡的成像特性 56
4.2 反射棱鏡 58
4.2.1 反射棱鏡的類型 58
4.2.2 棱鏡系統成像的物像坐標變化 59
4.2.3 反射棱鏡的等效作用與展開 60
4.3 平行平板 62
4.3.1 平行平板的成像特性 62
4.3.2 平行平板對光線位移的計算 63
4.3.3 平行平板的等效空氣層 65
4.3.4 共軸球面系統和平面棱鏡系統的組合 67
4.4 折射棱鏡和光楔 68
4.4.1 折射棱鏡 68
4.4.2 光楔 70
習題 71
第5章 光學系統的光束限制 74
5.1 概述 74
5.2 孔徑光闌 76
5.2.1 孔徑光闌的判斷 76
5.2.2 入射光瞳和出射光瞳 79
5.3 視場光闌 80
5.3.1 視場范圍的計算 81
5.3.2 漸暈及其相關計算 81
5.3.3 入射窗和出射窗 84
5.4 漸暈光闌與場鏡 84
5.4.1 漸暈光闌 84
5.4.2 場鏡 87
5.5 景深和焦深 88
5.5.1 景深 88
5.5.2 焦深 89
5.5.3 遠心光路 90
習題 93
第6章 像差概論 95
6.1 軸上點球差 95
6.1.1 球差的概念和形成 95
6.1.2 單個折射球面的齊明點 97
6.1.3 單透鏡的球差 98
6.2 彗差 99
6.2.1 彗差的概念和形成 99
6.2.2 孔徑光闌對彗差的影響 102
6.3 細光束像散 103
6.4 細光束場曲 105
6.5 畸變 107
6.6 色差 109
6.6.1 位置色差 110
6.6.2 倍率色差 113
習題 115
第7章 光度學與色度學 116
7.1 視敏函數與顏色視覺 116
7.1.1 視敏函數 116
7.1.2 顏色視覺 117
7.2 光度學中的量及其基本規律 119
7.2.1 光通量 119
7.2.2 發光強度 119
7.2.3 光照度 120
7.2.4 光亮度 121
7.2.5 光度學中的基本規律 122
7.3 色度學基礎 125
7.3.1 顏色匹配實驗 126
7.3.2 CIE標準色度系統 126
7.3.3 CIE色度計算 130
7.3.4 均勻顏色空間與色差計算 132
7.3.5 光源 135
習題 139
第8章 實用光學系統 140
8.1 人眼光學系統 140
8.1.1 眼睛的結構 140
8.1.2 眼睛的調節和適應 142
8.1.3 眼睛的視力缺陷與校正 143
8.1.4 人眼的分辨力和對準精度 145
8.1.5 雙眼立體視覺 146
8.2 放大鏡 148
8.2.1 視覺放大率 148
8.2.2 光束限制和線視場 150
8.2.3 放大鏡用做目鏡 150
8.3 顯微鏡系統 151
8.3.1 顯微鏡工作原理與視覺放大率 151
8.3.2 顯微鏡的光束限制 152
8.3.3 顯微鏡的分辨力和有效放大率 154
8.3.4 顯微鏡的應用舉例 157
8.4 望遠鏡系統 160
8.4.1 望遠系統的視覺放大率 160
8.4.2 望遠系統的分辨力和有效放大率 161
8.4.3 望遠鏡的光束限制 162
8.4.4 望遠鏡的轉向系統 165
8.5 攝影系統 166
8.5.1 攝影物鏡的光學特性 166
8.5.2 攝影物鏡的景深 168
8.5.3 變焦距物鏡 169
8.6 投影系統 170
8.6.1 光學性能 171
8.6.2 光度特性 171
8.6.3 投影物鏡的結構形式 172
8.6.4 變形物鏡 172
8.7 照明系統 174
習題 176
第9章 特殊結構光學透鏡 178
9.1 雙液體變焦透鏡 178
9.2 菲涅耳透鏡 182
習題 186
第10章 光的電磁理論基礎 187
10.1 光波的特性 187
10.1.1 麥克斯韋方程組 187
10.1.2 物質方程 189
10.1.3 電磁波動方程 190
10.2 幾種簡單的光波場 192
10.2.1 簡諧平面波 192
10.2.2 球面波和柱面波 196
10.2.3 電磁場的能量和能流 197
10.3 光波的疊加 198
10.3.1 波的疊加原理 198
10.3.2 同頻率、同振動方向單色光波的疊加 199
10.3.3 頻率相同、振動方向相互垂直的光波的疊加 200
10.3.4 不同頻率單色光波的疊加 201
10.4 光在兩種介質分界面上的反射和折射 203
10.4.1 電磁場的邊界條件 203
10.4.2 反射定律和折射定律 203
10.4.3 菲涅耳公式 204
10.4.4 菲涅耳公式的討論 207
10.4.5 全反射與倏逝波 210
習題 213
第11章 光的干涉 215
11.1 光波干涉條件和楊氏干涉實驗 215
11.1.2 楊氏干涉實驗 216
11.2 干涉條紋的可見度 218
11.2.1 雙光束干涉時干涉條紋的可見度 219
11.2.2 光源的非單色性對干涉條紋可見度的影響 220
11.2.3 光源大小對干涉條紋可見度的影響 221
11.3 平板的雙光束干涉 223
11.3.1 干涉條紋的分類 223
11.3.2 等傾干涉 225
11.3.3 等厚干涉 228
11.4 平板干涉的應用 232
11.4.1 邁克耳孫干涉儀 232
11.4.2 泰曼-格林干涉儀和波面干涉技術 235
11.4.3 馬赫-曾德爾干涉儀 236
11.5 平行平板的多光束干涉及其應用 236
11.5.1 平行平板多光束干涉的原理 237
11.5.2 法布里-拍羅干涉儀 240
11.5.3 干涉濾光片 242
11.6 光學薄膜 242
11.6.1 單層膜 242
11.6.2 多層膜 244
習題 246
第12章 光的衍射 248
12.1 光波的標量衍射理論 248
12.1.1 衍射的基本概念 248
12.1.2 惠更斯原理 249
12.1.3 惠更斯原理-菲涅耳原理 249
12.1.4 兩種典型的衍射 250
12.2 菲涅耳衍射 252
12.2.1 菲涅耳半波帶法 252
12.2.2 菲涅耳波帶片 253
12.3 夫瑯禾費衍射 255
11.1.1 光波干涉條件 215
12.3.1 矩孔衍射 255
12.3.2 單縫衍射 256
12.3.3 單縫衍射因子的特點 256
12.3.4 多縫衍射 258
12.3.5 圓孔衍射 260
12.4 光學成像系統的衍射和分辨本領 262
12.4.1 成像系統的衍射現象 262
12.4.2 成像系統的分辨本領 262
12.4. 3 望遠鏡的分辨率 262
12.4.4 照相物鏡的分辨率 263
12.4.5 顯微鏡的分辨率 264
12.5 衍射光柵 264
12.5.1 衍射光柵概述 264
12.5.2 幾種典型衍射光柵 267
習題 269
第13章 光的偏振 272
13.1 偏振光的描述 272
13.1.1 光波的偏振態 272
13.1.2 偏振度 273
13.1.3 偏振態的表示法 274
13.2 各向異性介質中的光波傳播特性 277
13.2.1 晶體的光學各向異性 277
13.2.2 平面波在晶體中的傳播 278
13.2.3 平面波在晶體界面上的雙反射和雙折射 282
13.3 偏振器件 284
13.3.1 偏振器 284
13.3.2 波片 285
13.3.3 偏振器件的數學描述 287
13.4 偏振光的干涉 291
13.5 柱矢量偏振光 292
習題 294
簡明習題答案 295
參考文獻 300
附錄 302
展開全部
工程光學(第3版普通高等教育十一五國家級規劃教材) 節選
第1章幾何光學的基本定律和物像概念 光學是研究光的本性、光的傳播、光與物質的相互作用以及光的實際應用的科學。近代物理學的觀點認為，光具有波粒二象性。然而，除了在研究光的發射和吸收等與物質相互作用的情況下需要考慮光的粒子性并運用量子理論之外，光主要以波動的形式存在。光的本質是電磁波，波譜范圍通常從遠紅外到真空紫外，而其中的可見光波段僅處在。當光的外觀表現為波動性時，光以波的方式傳播，遵循波動理論。 研究光的傳播離不開光學系統，光學系統的主要作用是傳輸光能和對研究的目標成像，用波動光學理論能夠很精確地討論光經過光學系統的傳播規律和成像問題，但具有相當的復雜性。通常在解釋光學成像和設計光學系統時，采用幾何光學的研究方法。所謂幾何光學，就是把光的概念和幾何學中的點、線、面有機聯系起來，利用簡便和實用的幾何學方法來研究光的傳播以及目標經過光學系統后的成像規律。幾何光學撇開了光的波動本性，以某種近似來研究光的傳播，這種方法對于所研究對象的尺寸遠大于光的波長的場合是成立的。在工程應用中，大多數光學系統的結構尺寸都遠大于波長，用幾何光學得出的結果與宏觀現象非常吻合，因此，在這些情況下應用幾何光學來研究光學系統足夠精確。盡管用幾何光學對光的研究只是真實情況的某種近似，但由于研究和解決問題的方法較波動光學簡單得多，這一理論才得以廣泛應用和不斷發展。本書的前8章內容就是以幾何光學為基礎來討論光的傳播規律和光學系統的成像特性的。 1.1幾何光學的基本定律 1.1.1幾何光學的點、線、面 幾何光學把光源和物體看成幾何發光點，經過光學系統所成的像也為幾何點。當光源或物體有一定大小時，可以看成幾何發光點的集合，物體表面或像表面上的每一點都代表著該點附近的小面元，這些點的集合就代表了整個物面或像面。 在波動光學中，光波沿著波面的法線方向傳播。幾何光學將光波的傳播抽象成幾何線一樣的光線，這些光線相當于波面的法線，它代表了光的傳播方向。一個點光源發出的光波由一束光線（法線束）表示，根據光波的特點，平面波對應于平行光束，球面波對應于同心光束，像散波對應于像散光束，各類光束及對應的波面如圖1-1所示。 1.1.2幾何光學的三大定律 幾何光學的三大定律決定了光線在通常情況下的傳播方式，它是研究光學系統成像規律以及進行光學系統設計的理論依據。 1.光的直線傳播定律 在各向同性的均勻介質中，光沿著直線傳播，這就是光的直線傳播定律。根據這一定律，光在均勻介質和空氣中走的都是直線。這一定律忽略了光作為電磁波的衍射特性。用光的直線傳播定律可以解釋日食、月食等自然現象，也可以解釋光照射物體時為什么會出現影子等類似問題，小孔成像正是利用了光的直線傳播定律。 2.光的獨立傳播定律 當兩束或多束光在空間相遇時，各光線的傳播不會受其他光線的影響，這就是光的獨立傳播定律。按照這一定律，光束相交處的光強是一種簡單的疊加，這點忽略了光作為電磁波的相干特性。應用這一定律在分析光線的傳播時，不必考慮光線之間的相互影響。 3.光的反射定律和折射定律 當一束光線由折射率為n的介質射向折射率為^的介質時，在兩種透明介質的分界面上，一部分光線被反射，另一部分光線被折射，如圖1-2所示。反射光線和折射光線的傳播方向遵循反射定律和折射定律。 1）反射定律 反射定律指出，入射光線、光線在界面入射點處的界面法線以及反射光線三者共面，入射光線與反射光線分居于法線的兩側，且入射角I與反射角廣的絕對值相等，即 （1-1） 入射角與反射角的符號是這樣確定的：由光線以銳角轉向法線，順時針為正，逆時針為負。反射定律表明，入射光線與反射光線對稱于法線。 2）折射定律 折射定律指出，入射光線、光線在界面入射點處的界面法線以及折射光線三者共面，入射角I與折射角廣之間滿足下列關系式 （1-2） 折射定律說明，光線折射后將發生偏轉，當光線從低折射率介質射向高折射率介質（如從空氣射向玻璃）時，光線向靠近法線的方向偏轉（折射角小于入射角），反之則偏離法線（折射角大于人射角）。 在折射定律式（1-2）中，若令，則得到反射定律式（1-1），因此，可以將反射定律看作折射定律的一個特例。根據這一特點，在遇到光線反射時，只要令，則所有對折射光線傳播的計算也適用于反射光線。 根據以上幾何光學的基本定律，可以得出光線的傳播具有可逆性。如圖1-3所示，光線遵循幾何光學的基本定律從A點沿一定路徑（圖中實線）傳播到A，點。若此時從A，點沿到達光線的反方向射出一條光線（圖中虛線），那么按照光的直線傳播定律和折射定律，很容易判斷得出，光線將沿同一路徑的反方向到達A點，光線的這種傳播特性稱為光路的可逆性。利用這一特性，不但可以正向計算光線的傳播，也可以逆向計算光線的傳播。在光學系統的計算和設計中，沿光線的正向傳播可以確定物體經光學系統所成的像，沿光線的反向傳播可以由像來確定物體。光路的可逆性可以讓設計者從計算的方便性以及有利于提高計算精度來考慮選擇計算的方向。 3）全反射 按照折射定律，當光線從光密介質射向光疏介質時，即，折射角大于入射角，當入射角逐漸增大達到某一角度時，光線的折射角首先達到90°，這時光線經界面掠射出去。繼續增大入射角，折射光線消失，所有的光線將反射回原介質中，這種現象稱為全反射，如圖1-4所示。稱為全反射的臨界角，由折射定律可得 （1-3） 光線發生全反射必須同時具備兩個條件：①光線由光密介質射向光疏介質，即②光線的入射角大于臨界角。 全反射具有很重要的應用，下面列舉兩種全反射的應用實例。 （1）全反射棱鏡。圖1-5所7K為光學系統中的一直角棱鏡，光線從棱鏡的一個界面入射，折射后射向棱鏡的斜面，在該斜面上滿足全反射的兩個條件而發生全反射，再經棱鏡的另一個面出射，該直角棱鏡使垂直入射的光線傳播方向改變了90°。利用全反射棱鏡來反射光線較之用普通平面反射鏡有更高的反射率（一般認為全反射的反射率為1），并且反射面在玻璃內部受到保護不易被空氣中的化學成分腐蝕。 （2）全反射光纖。圖1-6所示為一光纖的截面，在一個折射率較高的玻璃纖維外包裹著一層折射率較低的介質，光線經光纖的一端射入，在玻璃纖維的邊界處受到全反射，連續不斷的全反射使光線從纖維的一端傳播到另一端。光纖細且柔軟，許許多多的光纖組成的光纖束能做成內窺鏡探入人體內部，用于傳播照明光、圖像和光信號。在通信系統中，光纖也替代了傳統的電纜廣泛應用于現代通信。 1.1.3費馬原理 費馬原理與幾何光學的基本定律一樣，也是描述光線傳播規律的基本理論。它以光程的觀點描述了光傳播的規律，涵蓋了光的直線傳播和光的折射、反射規律，具有更普遍的意義。 根據物理學，光在介質中走過的幾何路程與該介質折射率的乘積定義為光程。設介質的折射率為n，光在介質中走過的幾何路程為I，則光程s表示為 s=nl 在圖1-7中，如果光線從A點傳播到A，點，經過了個介質，走過的路徑各為，則光線經歷的光程為 若光線經歷的介質變化是連續的，則光程可用積分表示 費馬原理指出，光從一點傳播到另一點將沿極值光程路徑傳播。極值路徑包括光程為極大值、極小值或常量值，其數學形式表示為光程的一階變分為0，即 （1-4） 至于光程走的是極大值還是極小值，這要取決于折射表面的曲率及兩點之間的位置，大多數情況下是極小值。費馬原理可以用來證明光的直線傳播定律和光的折射、反射定律。例如，在均勻介質中，兩點間以直線距離為*短，故按照費馬原理，光線應當走直線，光的直線傳播定律即可得到證明。費馬原理同時也能說明光在非均勻的介質中走的是曲線，如圖1-8所示。 【例1-1】用費馬原理證明光的折射定律。 證明光線在兩透明介質表面的折射情況如圖1-9所示，從A點和B點分別作界面的垂線AP、BQ，并令其長度分別為和，則A點到B點的光程為 圖1-8光在非均勻介質中的曲線傳播路徑 圖1-9用費馬原理證明折射定律 光程為極值的條件為 將上式化簡，并注意到，代入上式并整理得 即得到證明。讀者可以自己證明光的反射定律。 1.2光學系統的物像概念 光學系統是由光學元件按照某種方式組合并能夠對光進行傳播和控制的系統。光學系統的主要功能之一是對目標物體成像。要掌握光學系統的成像規律就必須首先理解物和像的概念。 光學系統對目標物體成像，目標發出的光線在射入光學系統之前都稱為物方光線，物方光線的會聚點（不管是實際會聚還是虛線延長后的會聚）稱為物，經過光學系統作用之后的光線則稱為像方光線，像方光線的會聚點（不管是實際會聚還是延長后的會聚）稱為像。物體有實物和虛物之分，像也有實像和虛像之分。對于作用于該光線的光學系統而言，光線能夠實際相交的點為實點，光線延長后才能相交的點為虛點。因此，物方光線實際相交的點為實物點，物方光線延長后相交的點為虛物點。同樣，像方光線實際相交的點為實像點，延長后相交的點為虛像點。客觀存在的物體由于能實際發光（可以自身發光，也可以是受照后發光），都被看作物方光線的會聚點，因此都是實物；而虛物一般不會獨立存在，往往產生于前一光學系統所成的實像，這一實像相對于下一成像系統成為虛物，見例1-2。實像因為有實際光線相交，故可以用接收屏得到其圖像，如照相底片、電影銀幕等。而虛像得不到實際光線相交則無法用屏接收，但虛像可以用眼睛觀察，例如，人眼可以看見反射鏡所成的虛像，也可以看見望遠鏡所成的虛像。圖1-10所示分別為物體成像的四種不同情況。 光學系統在對物體成像過程中劃分了物空間和像空間。它們可以是相同的介質，也可以是不同的介質。在光學系統作用于光線之前，物方光線不會發生折射或反射，其任意延長線都認為是在物方空間，對應的是物方介質。當光學系統作用于光線之后，光線發生了折射或反射，作用后的光線的任意延長線都認為是在像方空間，對應的是像方介質。雖然每個空間的介質在形式上是以界面分隔的，但光線的延長也相當于延伸了空間。因此，如圖1-10（C）所示，虛物雖然延伸到了系統的右方，但所處的介質依然是系統物方（系統左側）的介質；同樣，如圖i-io（b）所示，虛像延長到了系統的左方，但所處的介質是系統像方（系統右側）的介質，在進行光線計算時，使用的折射率應與其所處的介質對應。 光學系統的物和像具有相對性，它們都是相對于特定成像系統而言的。如果一個物體依次經過幾個系統成像，則前一個系統所成的像便成為下一系統的物，如此不斷成像后得到*終的像。因此，物和像的概念并不是絕對的。對于連續成像的系統，物與像的角色在具體情況下發生變化，計算時應取相應空間介質的折射率。下面通過例題說明光學系統的物像關系。 【例1-2】光學系統由圖中四個子系統和組成，對A物體成像。根據圖中的成像光線，說明各子系統的物、像關系。 解 光學系統將物點A*終成像于，因此，分別是整個系統的物和像，而和分別是子系統和的物和像。其中，是系統的實物，也是整個系統的實物；是子系統的虛像，又是系統的實物
書友推薦
- >
小考拉的故事-套裝共3冊
- >
推拿
- >
人文閱讀與收藏·良友文學叢書:一天的工作
- >
月亮虎
- >
大紅狗在馬戲團-大紅狗克里弗-助人
- >
【精裝繪本】畫給孩子的中國神話
- >
月亮與六便士
- >
伊索寓言-世界文學名著典藏-全譯本
本類暢銷
