《光學》優質課程多媒體課件緒論第一章光的干涉第二章光的衍射第三章幾何光學的基本原理第四章光學儀器的基本原理第五章光的偏振第七章光的量子性《光學》優質課程多媒體課件緒論1緒論§0-1光學的研究內容和方法一、光學的重要性二、光學的研究內容1、光的發射、傳播和接收等規律2、光和其他物質的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。光的機械作用和光的熱、電、化學和生理作用（效應）等。3、光的本性問題4、光在生產和社會生活中的應用三、研究方法——實驗實驗——假設——理論緒論§0-1光學的研究內容和方法一、光學的重要性二、2§0-2光學發展簡史

一、萌芽時期

世界光學的（知識）最早記錄，一般書上說是古希臘歐幾里德關于“人為什么能看見物體”的回答，但應歸中國的墨翟。從時間上看，墨翟（公元前468～376年），歐幾里德（公元前330～275年），差一百多年。墨翟（公元前468～376年）春秋末戰國初期魯國人（今山東省滕州市）

墨子是我國戰國時期著名的思想家、教育家、科學家、軍事家、社會活動家，墨家學派的創始人。創立墨家學說，并有《墨子》一書墨子傳世。節儉、非攻、兼愛、尚鬼§0-2光學發展簡史一、萌芽時期世界光學的3從內容上看，墨經中有八條關于光學方面的：第一條，敘述了影的定義與生成；第二條說明光與影的關系；第三條，暢言光的直線傳播，并用針孔成像來說明；第四條，說明光有反射性能；第五條，論光和光源的關系而定影的大小；第六、七、八條，分別敘述了平面鏡、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關系。歐幾里德在《光學》中，研究了平面鏡成像問題，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同時反映了對光的錯誤認識——從人眼向被看見的物體伸展著某種觸須似的東西。

從內容上看，墨經中有八條關于光學方面的：第一條，敘述了影的定4克萊門德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研究了光的折射現象，最先測定了光通過兩種介質分界面時的入射角和折射角。羅馬的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充滿水的玻璃泡具有放大性能。阿拉伯的馬斯拉來、埃及的阿爾哈金（公元965～1038年）認為光線來自被觀察的物體，而光是以球面波的形式從光源發出的，反射線與入射線共面且入射面垂直于界面。克萊門德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研究了光5

沈括（1031～1095年）所著《夢溪筆談》中，論述了凹面鏡、凸面鏡成像的規律，指出測定凹面鏡焦距的原理、虹的成因。培根（1214～1294年）提出用透鏡校正視力和用透鏡組成望遠鏡的可能性。沈括（1031～1095年）培根（1214～1294年）阿瑪蒂（1299年）發明了眼鏡。波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。特點：只對光有些初步認識，得出一些零碎結論，沒有形成系統理論。沈括（1031～1095年）所著《夢溪筆談》中，論述了凹面鏡6二、幾何光學時期

菲涅耳和迪卡爾提出了折射定律這一時期建立了反射定律和折射定律，奠定了幾何光學基礎。李普塞（1587～1619）在1608年發明了第一架望遠鏡。延森（1588～1632）和馮特納（1580～1656）最早制作了復合顯微鏡。1610年，伽利略用自己制造的望遠鏡觀察星體，發現了木星的衛星。二、幾何光學時期

菲涅耳和迪卡爾提出了折射定律這一時期建立了7三、波動光學時期

1865年，麥克斯韋提出，光波就是一種電磁波1801年，托馬斯·楊做出了光的雙縫干涉實驗托馬斯·楊惠更斯牛頓

1808年，馬呂發現了光在兩種介質界面上反射時的偏振性。1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理通過以上研究，人們確信光是一種波動。1845年，法拉弟發現了光的振動面在強磁場中的旋轉，揭示了光現象和電磁現象的內在聯系。三、波動光學時期

1865年，麥克斯韋提出，光波就是一種電磁8四、量子光學時期光的電磁理論不能解釋黑體輻射能量按波長的分布和1887年赫茲發現的光電效應1900年普朗克提出輻射的量子理論1905年愛因斯坦提出光量子假說；1923年康普頓和吳有訓用實驗證實了光的量子性。至此，人們認識到光具有波粒二象性。愛因斯坦四、量子光學時期愛因斯坦9五、現代光學時期1960年，梅曼制成了紅寶石激光器，激發的問世，使古老的光學煥發了青春，光學與許多科學技術領域相互滲透，相互結合，派生出許多嶄新的分支。主要包括：激光、全息照相術、光學纖維、紅外技術。激發、原子能、半導體、電子計算機被稱作當代四大光明。[美]機載激光系統近年又產生了付立葉光學和非線性光學。付立葉光學：將數學中的付立葉變換和通訊中的線性系統理論引入光學。五、現代光學時期1960年，梅曼制成了紅寶石激光器，激發的問10要求：1、看教材和參考書，培養自學能力。2、作業要認真做，講究格式，字跡工整，按時交送，作業分占20%，一學期缺5次以上取消考試資格。3、不遲到、早退，有事請假，無事不曠課。教材說明：按大綱要求，附錄原則上不講，帶“*”號不講。要求：11光的干涉第一章光的干涉第一章12一、光的電磁理論按照麥克斯韋電磁場理論，變化的電場會產生變化的磁場，這個變化的磁場又產生變化的電場，這樣變化的電場和變化的磁場不斷地相互激發并由近及遠地傳播形成電磁波。平面簡諧電磁波§1-1光的電磁理論一、光的電磁理論按照麥克斯韋電磁場理論，變化13特點1、任一給定點上的E和H同時存在，同頻率、同相位并以同一速度傳播；2、E和H相互垂直，并且都與傳播方向垂直，E、H、u三者滿足右螺旋關系，E、H各在自己的振動面內振動，具有偏振性．3、在空間任一點處4、電磁波的傳播速度決定于介質的介電常量和磁導率，為在真空中u=5、電磁波的能量特點1、任一給定點上的E和H同時存在，同頻率、同相位并以同214

光是電磁波，把電磁波按波長或頻率的次序排列成譜，稱為電磁波譜。可見光是一種波長很短的電磁波，其波長范圍為400nm~760nm頻率范圍為7.5

1014Hz~3.9

1014Hz，它是能引起視覺的電磁波。在真空中，光的不同波長范圍與人眼不同顏色感覺之間的對應關系如下紅

760nm~630nm橙630nm~590nm黃590nm~570nm綠570nm~500nm青500nm~460nm藍460nm~430nm紫430nm~400nm光在不同媒質中傳播時，頻率不變，波長和傳播速度變小。折射率二、光是電磁波光是電磁波，把電磁波按波長或頻率的次序排列成15《光學》課件全集16光波是電磁波。光波中參與與物質相互作用（感光作用、生理作用）的是A

矢量，稱為光矢量。

A

矢量的振動稱為光振動。3、光強光強：在光學中，通常把平均能流密度稱為光強，用I

表示。光波是電磁波。3、光強光強：在光學中，通常把平均能流密17機械波的獨立性和疊加性發生干涉的條件：1、頻率相同2、觀察時間內波動不中斷3、相遇出振動方向幾乎在同一直線上干涉現行的特性：機械波的獨立性和疊加性發生干涉的條件：18§1.1.5

相干與不相干疊加矢量合成方法§1.1.5相干與不相干疊加矢量合成方法19一、光源§1-2

光源

光的相干性光源的最基本發光單元是分子、原子

=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射普通光源：自發輻射獨立(不同原子發的光)··獨立(同一原子先后發的光)發光的隨機性發光的間隙性波列波列長L=

c1、光源的發光機理一、光源§1-2光源光的相干性光源的最基本發光單元是20二、光的相干性兩頻率相同，光矢量方向相同的光源在p點相遇二、光的相干性兩頻率相同，光矢量方向相同的光源在p點相遇211、非相干疊加獨立光源的兩束光或同一光源的不同部位所發出的光的位相差“瞬息萬變”疊加后光強等與兩光束單獨照射時的光強之和，無干涉現象1、非相干疊加獨立光源的兩束光或同一光源的不同部位所發出的光222、相干疊加滿足相干條件的兩束光疊加后位相差恒定，有干涉現象若干涉相長干涉相消2、相干疊加滿足相干條件的兩束光疊加后位相差恒定，有干涉現象23《光學》課件全集24§1-2

光程與光程差干涉現象決定于兩束相干光的位相差兩束相干光通過不同的介質時，位相差不能單純由幾何路程差決定。光在介質中傳播幾何路程為r，相應的位相變化為§1-2光程與光程差干涉現象決定于兩束相干光的位相差兩25光程差光在真空中的波長若兩相干光源不是同位相的兩相干光源同位相，干涉條件光程差光在真空中的波長若兩相干光源不是同位相的兩相干光源同位26光程表示在相同的時間內光在真空中通過的路程即：光程這個概念可將光在介質中走過的路程，折算為光在真空中的路程光程表示在相同的時間內光在真空中通過的路程即：光程這個概念可27楊氏干涉條紋D>>d波程差：干涉加強明紋位置干涉減弱暗紋位置楊氏干涉條紋D>>d波程差：干涉加強干涉減弱28(1)明暗相間的條紋對稱分布于中心O點兩側。干涉條紋特點：(2)相鄰明條紋和相鄰暗條紋等間距，與干涉級k無關。兩相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。若用復色光源，則干涉條紋是彩色的。(1)明暗相間的條紋對稱分布于中心O點兩側。干涉條紋特點：29方法一：方法二：(3)

D,d一定時，由條紋間距可算出單色光的波長。方法一：方法二：(3)D,d一定時，由條紋間距可算出單色30二、其他分波陣面干涉裝置1、菲涅耳雙面鏡虛光源、平行于明條紋中心的位置屏幕上O點在兩個虛光源連線的垂直平分線上，屏幕上明暗條紋中心對O點的偏離

x為：暗條紋中心的位置光欄二、其他分波陣面干涉裝置1、菲涅耳雙面鏡虛光源、平312洛埃鏡光欄當屏幕E

移至E'處，從S1和S2

到L點的光程差為零，但是觀察到暗條紋，驗證了反射時有半波損失存在。2洛埃鏡光欄當屏幕E移至E'處，從32問：原來的零級條紋移至何處？若移至原來的第k

級明條紋處，其厚度

h為多少？例：已知：S2

縫上覆蓋的介質厚度為h，折射率為

n

，設入射光的波長為

.

解：從S1和S2發出的相干光所對應的光程差當光程差為零時，對應零條紋的位置應滿足：所以零級明條紋下移問：原來的零級條紋移至何處？若移至原來的第k級明條紋處，33原來

k

級明條紋位置滿足：設有介質時零級明條紋移到原來第

k

級處，它必須同時滿足：原來k級明條紋位置滿足：設有介質時零級明條紋移到原來第34利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束。一、薄膜干涉擴展光源照射下的薄膜干涉a1a2a在一均勻透明介質n1中放入上下表面平行,厚度為e

的均勻介質n2(>n1)，用擴展光源照射薄膜，其反射和透射光如圖所示

§1-7薄膜干涉利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和折射，可35光線a2與光線a1的光程差為：半波損失由折射定律和幾何關系可得出：a1a2a光線a2與光線a1的光程差為：半波損失由折射定律和幾何關系36干涉條件薄膜aa1a2n1n2n3額外程差的確定n1<n2>n3(或n1>n2<n3)

產生額外程差n1>n2>n3(或n1<n2<n3)

不存在額外程差對同樣的入射光來說，當反射方向干涉加強時，在透射方向就干涉減弱。干涉條件薄膜aa1a2n1n2n3額外程差的確定n1<n2>37《光學》課件全集38二、增透膜和增反膜增透膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強。增反膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強。二、增透膜和增反膜增透膜-----增反膜-----39《光學》課件全集40《光學》課件全集41問：若反射光相消干涉的條件中取

k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內有沒有增反？例

已知用波長，照相機鏡頭n3=1.5，其上涂一層n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。解：因為，所以反射光經歷兩次半波損失。反射光相干相消的條件是：代入k和n2

求得：問：若反射光相消干涉的條件中例已知用波長42此膜對反射光相干相長的條件：可見光波長范圍400~700nm波長412.5nm的可見光有增反。問：若反射光相消干涉的條件中取

k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內有沒有增反？此膜對反射光相干相長的條件：可見光波長范圍400~700n43d增大，條紋內陷還是外涌？

干涉圓環內部級次是高還是低？d增大，條紋內陷還是外涌？

干涉圓環內部級次是高還是低？44等厚干涉條件劈尖干涉討論1）劈尖為暗紋.（實心）為亮紋.（空心）2）等厚干涉條件劈尖干涉討論1）劈尖為暗紋.（實45劈尖干涉2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差3）條紋間距（明紋或暗紋）劈尖干涉2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差3）條紋間距（明紋或暗46在入射單色光一定時，劈尖的楔角

愈小，則b愈大，干涉條紋愈疏；

愈大，則b愈小，干涉條紋愈密。當用白光照射時，將看到由劈尖邊緣逐漸分開的彩色直條紋。在入射單色光一定時，劈尖的楔角愈小，則b愈大，干涉條紋愈疏47《光學》課件全集48空氣3）檢驗光學元件表面的平整度4）測細絲的直徑空氣3）檢驗光學元件49單色光源反射鏡反射鏡與成角補償板分光板移動導軌

§1-9邁克耳遜干涉儀單色光源反射鏡反射鏡與50反射鏡反射鏡單色光源光程差的像反射鏡反射鏡單色光源光程差的像51當不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源當不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條52干涉條紋移動數目邁克爾孫干涉儀的主要特性

兩相干光束在空間完全分開，并可用移動反射鏡或在光路中加入介質片的方法改變兩光束的光程差.移動距離移動反射鏡干涉條紋移動數目邁克爾孫干涉儀的主要特性兩相干53干涉條紋的移動當與之間距離變大時，圓形干涉條紋從中心一個個長出,并向外擴張,干涉條紋變密;距離變小時，圓形干涉條紋一個個向中心縮進,干涉條紋變稀.干涉條紋的移動當與之54插入介質片后光程差光程差變化干涉條紋移動數目介質片厚度光程差插入介質片后光程差光程差變化干涉條紋移動數目介質片厚度光程差55一、邁克耳遜干涉儀光束2′和1′發生干涉若M

1、M2平行

等傾條紋若M

1、M2有小夾角

等厚條紋若條紋為等厚條紋，M1平移d時，干涉條移過N條，則有：M

122

11

S半透半反膜M2M1G1G2應用：微小位移測量測折射率一、邁克耳遜干涉儀光束2′和1′發生干涉若M1、M2平行56

長的玻璃管，其中一個抽成真空，另一個則儲有壓強為的空氣,用以測量空氣的折射率.設所用光波波長為546nm，實驗時，向真空玻璃管中逐漸充入空氣，直至壓強達到為止.在此過程中，觀察到107.2條干涉條紋的移動，試求空氣的折射率.例

在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入解長的玻璃管，其中一57例.在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長的玻璃管A、B，其中一個抽成真空，另一個在充以一個大氣壓空氣的過程中觀察到107.2條條紋移動，所用波長為546nm。求空氣的折射率？例.在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長的玻璃管58解：設空氣的折射率為n相鄰條紋或說條紋移動一條時，對應光程差的變化為一個波長，當觀察到107.2條移過時，光程差的改變量滿足：邁克耳遜干涉儀的兩臂中便于插放待測樣品，由條紋的變化測量有關參數。精度高。解：設空氣的折射率為n相鄰條紋或說條紋移動一條時，對應光程59光在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進這種偏離直線傳播的現象稱為光的衍射現象。光的衍射第二章光在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進這種偏離直60圓孔衍射單縫衍射*一光的衍射現象*圓孔衍射單縫衍射*一光的衍射現象*61二惠更斯—菲涅爾原理：波陣面上面元(子波波源)菲涅爾指出衍射圖中的強度分布是因為衍射時，波場中各點的強度由各子波在該點的相干疊加決定.點振動是各子波在此產生的振動的疊加.子波在點引起的振動振幅并與有關.：時刻波陣面*二惠更斯—菲涅爾原理：波陣面上面元菲涅爾指62三菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射夫瑯禾費衍射光源、屏與縫相距無限遠縫在實驗中實現夫瑯禾費衍射菲涅爾衍射縫光源、屏與縫相距有限遠三菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射夫瑯禾費衍射光源、63光源障礙物接收屏光源障礙物接收屏衍射的分類菲涅耳衍射夫瑯禾費衍射光源—障礙物—接收屏距離為有限遠。光源—障礙物—接收屏距離為無限遠。衍射系統由光源、衍射屏、接收屏組成。光源障礙物接收屏光源障礙物接收屏衍射的分類菲涅耳衍射夫瑯禾費64C----比例常數K(

)----傾斜因子惠更斯-菲涅耳原理解釋了波為什么不向后傳的問題，這是惠更斯原理所無法解釋的。P點的光振動（惠更斯原理的數學表達）為：C----比例常數K()----傾斜因子惠更65圖二、半波帶面積計算OPRR

圖二、半波帶面積計算OPRR66復習復習67《光學》課件全集68結論：分成偶數半波帶為暗紋。分成奇數半波帶為明紋。正、負號表示衍射條紋對稱分布于中央明紋的兩側對于任意衍射角，單縫不能分成整數個半波帶，在屏幕上光強介于最明與最暗之間。結論：分成偶數半波帶為暗紋。正、負號表示衍射條紋對稱分布于中69討論1.光強分布當

角增加時，半波帶數增加，未被抵消的半波帶面積減少，所以光強變小；另外，當：當

增加時,為什么光強的極大值迅速衰減？討論1.光強分布當角增加時，半波帶數增加，70中央兩側第一暗條紋之間的區域，稱做零極（或中央）明條紋，它滿足條件：2.中央亮紋寬度中央兩側第一暗條紋之間的區域，稱做零極（或中712.3夫瑯禾費單縫衍射在實驗中實現夫瑯禾費衍射2.3夫瑯禾費單縫衍射在實驗中實現夫瑯禾費衍射72

1.實驗裝置*S

ff

a

透鏡L

透鏡L·pAB縫平面觀察屏01.實驗裝置*Sffa透鏡L透鏡L·pAB縫73《光學》課件全集74夫瑯禾費單縫衍射衍射角（衍射角：向上為正，向下為負.）菲涅爾波帶法夫瑯禾費單縫衍射衍射角（衍射角：向上為正，751、當BC等于半波長的奇數倍時，單縫處的波陣面可分為奇數個半波帶；2、當BC等于半波長的偶數倍時，單縫處的波陣面可分為偶數個半波帶。為什么要分成半波帶呢？由于各個波帶在P點的振幅近似相等，而相鄰兩帶對應點上發出的光線的光程差總是半個/2，即位相差是，結果任何兩相鄰波帶所發出的光在P點完全相互抵消。1、當BC等于半波長的奇數倍時，單縫處為什么要分成半波帶呢？76《光學》課件全集77

暗條紋中心：明條紋中心（近似）：中央條紋中心：

當平行光垂直于單縫平面入射時，單縫衍射形成的明、暗條紋的位置用衍射角表示，由下式決定：暗條紋中心：明條紋中心（近似）：中央條紋中心：78干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）（介于明暗之間）（個半波帶）個半波帶個半波帶中央明紋中心干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）（介于明暗之間）（79二光強分布干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）二光強分布干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）80當較小時，當較小時，81干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）討論（1）第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）討論（1）第一暗紋距中心的82一定，越大，越大，衍射效應越明顯.光直線傳播增大，減小一定減小，增大衍射最大第一暗紋的衍射角角范圍線范圍中央明紋的寬度（2）中央明紋（的兩暗紋間）一定，越大，越大，衍射效應越明顯.光直線傳播增83單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？84越大，越大，衍射效應越明顯.入射波長變化，衍射效應如何變化?越大，越大，衍射效應越明顯.入射波長變化，衍射效應如85（3）條紋寬度（相鄰條紋間距）干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）除了中央明紋外的其它明紋、暗紋的寬度（3）條紋寬度（相鄰條紋間距）干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋86（5）入射光非垂直入射時光程差的計算（中央明紋向下移動）（中央明紋向上移動）（5）入射光非垂直入射時光程差的計算（中央明紋向下移動）（中87

例1

設有一單色平面波斜射到寬度為的單縫上（如圖），求各級暗紋的衍射角.解由暗紋條件例1設有一單色平面波斜射到寬度為88

例2如圖，一雷達位于路邊15m處，它的射束與公路成角.假如發射天線的輸出口寬度，發射的微波波長是18mm，則在它監視范圍內的公路長度大約是多少？解將雷達天線輸出口看成是發出衍射波的單縫，衍射波能量主要集中在中央明紋范圍內.例2如圖，一雷達位于路邊15m處，它89根據暗紋條件根據暗紋條件90二、光柵的衍射規律光柵每個縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍射條紋是單縫衍射與多縫干涉的總效果。光柵縫與縫之間形成的多縫干涉圖樣。1、光柵公式任意相鄰兩縫對應點在衍射角為

方向的兩衍射光到達P點的光程差為(a+b)sin

光柵公式光柵衍射明條紋位置滿足：

(a+b)sin=k

k=0,±1,±2,±3···

二、光柵的衍射規律光柵每個縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍射912、暗紋條件暗條紋是由各縫射出的衍射光因干涉相消形成的。在兩個相鄰主極大之間，分布著N-1條暗條紋和N-2條次級明條紋。2、暗紋條件暗條紋是由各縫射出的衍射光因干涉相消形成的。在兩924、缺級現象asin

=k'

k'=0,±1,±2,···缺極時衍射角同時滿足：(a+b)sin

=k

k=0,±1,±2,···即：

k=(a+b)/a·k'

k

就是所缺的級次缺級由于單縫衍射的影響，在應該出現亮紋的地方，不再出現亮紋縫間光束干涉極大條件單縫衍射極小條件4、缺級現象asin=k'k'=0,±1,±293

白光投射在光柵上，在屏上除零級主極大明條紋由各種波長混合仍為白光外，其兩側將形成由紫到紅對稱排列的彩色光帶，即光柵光譜。三、光柵光譜白光投射在光柵上，在屏上除零級主極大明條紋由各種94例、波長為6000?的單色光垂直入射在一光柵上，第二級明紋出現在sin

2=0.2處，第4級為第一個缺級。求(1)光柵上相鄰兩縫的距離是多少？(2)狹縫可能的最小寬度是多少？(2)狹縫可能的最小寬度是多少？(3)按上述選定的a、b值，實際上能觀察到的全部明紋數是多少？解:(1)例、波長為6000?的單色光垂直入射在一光柵上，第二級明紋出95在-900<sin

<900范圍內可觀察到的明紋級數為k=0,1,2,3,5,6,7,9,共15條明紋在-900<sin<900范圍內可觀察到的明紋級數為96例、一束平行光垂直入射到某個光柵上，該光束有兩種波長

1=4400?,

2=6600?實驗發現，兩種波長的譜線(不計中央明紋)第二重合于衍射角

=600的方向上，求此光柵的光柵常數d。解：第二次重合k1=6,k2=4例、一束平行光垂直入射到某個光柵上，該光束有兩種波長1=497討論：1.如果晶格常數已知，可以用來測定X射線的波長，進行倫琴射線的光譜分析。2.如果X

射線的波長已知，可以用來測定晶體的晶格常數，進行晶體的結構分析。符合上述條件時，各層晶面的反射線干涉后將相互加強。討論：1.如果晶格常數已知，可以用來測定X射線98第三章幾何光學的基本原理1、闡明光線、折射率、光程、光學系統、理想成象、實物、虛物、實象、虛象和物、象空間等物理概念。2、闡明平面反射、折射成象的規律。重點闡明球面鏡反射成象、球面折射成象、薄透鏡成象的構象公式以及平行光線和任意光線的成象作圖法，培養學生的計算和作圖的能力。3、了解費馬原理的物理思想，用費馬原理推導反射或折射定律。4、著重敘述基點、基面的物理意義。了解薄透鏡的組合成象。闡明全反射的物理規律。扼要介紹光導纖維的構造和應用。教學基本要求：第三章幾何光學的基本原理1、闡明光線、折射率、光程、光學99§3-1光線的概念

1、光線：“光線”是數學概念，表示光的傳播方向。認為是從實際光束中借助有孔光闌分出的狹窄部分是錯誤的，考慮衍射作用，分出任意狹窄的光束不可能。

一、光線與波面2、波面：在波的傳播過程中，位相相同的點的軌跡稱波面。平面波的波面是一個平面；點光源發出的光在各向同性介質中傳播時，波面是球面，波的傳播方向與波面垂直。§3-1光線的概念1、光線：“光線”是數學概念，表示光的100二、幾何光學的基本實驗定律1、光的直線傳播定律：

光在同一種均勻媒質中沿直線傳播。非均勻媒質，光線彎曲。沙漠幻影、海市蜃樓。2、光的反射、折射定律3、光的獨立傳播定律和光路可逆原理。波動光學主要考慮波長以及振幅和位相；幾何光學主要考慮光線和波面。二、幾何光學的基本實驗定律1、光的直線傳播定律：2、光的反射101§3-2費馬原理

一、費馬原理內容=極值（極小值、極大值、恒定值）“胡不歸”問題:光在指定的兩點間傳播，實際的光程總是一個極值。§3-2費馬原理一、費馬原理內容=極值（極小值、極大值、102古老的“胡不歸”傳說，說的是：從前有一個身在A地當學徒的小伙子，當他得悉在家鄉B地的年老父親病危的消息后，便立即向掌柜告了假借了些錢啟程趕路，由于思念心切，他挑選了全是沙礫地帶的直線路徑AB（如圖1所示），他認為走近路必定最省時，因此，他放棄了沿驛道AC先走一程的想法.當他氣喘吁吁地來到父親跟前時，老人剛剛咽了氣，小伙子不覺失聲痛哭.鄰舍聞聲前來勸慰，有人告訴小伙子，老人在彌留之際，還不斷喃喃地叨念“胡不歸？胡不歸？……”.古老的“胡不歸”傳說，說的是：從前有一個身在A地當學徒103由上述古老的傳說，引起人們的思索，若小伙子要提前抵達家門，這是否有可能呢？倘若有可能，則又應該選擇一條什么樣的路線呢？這就是曾經風靡千年的“胡不歸”問題.費馬在解決“胡不歸”問題時，把小伙子看作光粒子，光粒子就是其物理模型，然而，根據光的折射定律建立其數學模型，非常巧妙地解決了“胡不歸”問題.由上述古老的傳說，引起人們的思索，若小伙子要提前抵達家門，這104我們設想從A點發出的一束光（代替小伙子）先與兩媒質（驛道跟沙礫地帶）界面AC（即驛道）成一很小的角度入射到D點，此時光速為v1，然后折射入第二種媒質（沙礫地帶）到達B點，此過程中光速為v2，假定此光束沿ADB路線傳播是符合折射定律的路徑，過入射我們設想從A點發出的一束光（代替小伙子）先與兩媒質（驛道跟沙105根據折射定律有：光束由A→D、D→B，總共所需時間為：根據折射定律有：106又若此束光從A點發出，沿AB直線，以速率v2傳播（即小伙子所走的實際路線），其所需時間為：為了比較t1與t2，先過A點作DB的平行線AL，再過D、B兩點作AL的垂線，分別交于D′點和B′點，如圖3所示.顯然在三角形△ADD′中，∠ADD′=r，∠DD′A=α，由正弦定律可得：又若此束光從A點發出，沿AB直線，以速率v2傳播（即小伙子所107《光學》課件全集1082、用費馬原理導出折射定律

N平面表示介質界面；M平面過A、B兩點與N平面垂直；M、N交OO′3、由費馬原理導出反射定律A和B最短，是實際光線所走路徑。（趙凱華p33）二、應用1、用費馬原理導出光的直線傳播定律從A→B，最小光程是（兩點間直線段最短）2、用費馬原理導出折射定律N平面表示介質界面；M平面過A、109三、舉例說明費馬原理（）1、光程為恒定值3、光程為極大值2、光程為極小值三、舉例說明費馬原理（）1、光程110折射定律證明設兩個均勻介質的分界面是平面，它們的折射率分別為和，光線通過第一介質中指定的點后經過界面而達到第二介質中指定的點，為了要確定實際光線的路徑，通過、兩點作平面垂直于界面，是它們的交線（圖3-1），則實際光線在界面上的折射點就可用費馬原理來確定。折射定律證明設兩個均勻介質的分界面是平面，它們的折射率分別為111《光學》課件全集112§3-3單心光束實象和虛象一、單心光束，實象和虛象

凡是具有單個頂點的光束叫單心光束。單心光束經反射或折射后，仍保持單心性，光束頂點叫象。光束頂點是實際光束的會聚點，稱實象。如上圖P’。光束頂點是光線反射（或折射）后，延長線交點，稱虛象。一個光束可以看作許多光線構成的，右圖入射光束和折射光束都只有一個頂點，（考慮色散，復色光作光源，不是單心光束，產生色差）§3-3單心光束實象和虛象一、單心光束，實象和虛象凡113二、實物、實象、虛象的聯系與區別二、實物、實象、虛象的聯系與區別114§3-4光在平面界面上的反射和折射

光學纖維

研究成象問題，不單是研究象的位置，而且要研究有沒有象差（光束單心性受到破壞），即光束的單心性問題。幾何光學的主要任務:§3-4光在平面界面上的反射和折射

光學纖維115P′點是P點的象，由幾何關系知（由反射角等于折射角）一、光在平面上的反射

△PNA1≌△P′NA1NP=NP′又△PNA2≌△P″NA2NP=NP″∴P″與P′重合，同理，第三條光線的反向延長線也交于P′平面反射，保持光束單心性，平面鏡成虛象，物和象關于鏡面對稱。P′點是P點的象，由幾何關系知（由反射角等于折射角）一、光在116二、光束單心性的破壞（平面折射問題）

從P點發出兩束靠很近的光PA1、PA2（考慮眼睛接收范圍），折射光分別交oy于P1、P2，P1A1和P2A2交于P′

A1(x1,o)A2(x2,o)P1(o,y1)P2(o,y2)P(o,y)P′(x′,y′)1．平面光束2、空間光束二、光束單心性的破壞（平面折射問題）從P點發出兩束靠很近的117三、全反射光學纖維

1、全反射

當時，沒有折射光線而光全部被反射，這種對光線只有反射而無折射的現象，叫全反射。2、倏逝波3、光學纖維三、全反射光學纖維1、全反射當118四、棱鏡

1、偏向角而出射光線與入射光線之間的夾角叫偏向角。四、棱鏡1、偏向角而出射光線與入射光線之間的夾角叫偏向角。1192、利用棱鏡改變光路①能量損失大（不鍍銀，反射4%）全反射為什么不用平面鏡改變光路？②表面易污染。2、利用棱鏡改變光路①能量損失大（不鍍銀，反射4%）全反射為120Thebendingofraysthroughinhomogeneousmedia.在非均勻介質中光線是彎曲的曲線Thebendingofraysthroughin121在均勻介質中的兩點間（直線傳播）、經平面反射的兩點間，以及經平面折射的兩點間的實際光路均是光程取極小值的情形。

成像系統的物點和像點之間為光程取穩定值的情形。物點像點在均勻介質中的兩點間（直線傳播）、經平面反射122PP’A等光程面(2)其他的反射等光程面都是旋轉二次曲面反射等光程面(1)平面鏡:對任何物點都是等光程面(Asphericalmirrors)對一特定的物點成完善像旋轉橢球面：兩焦點共軛，皆實或皆虛。可用于聚光，極特殊情況用于成像。PA+AP’=常數以P、P’為焦點的旋轉橢球面PP’AConcaveellipticalConvexellipticalPP’A等光程面(2)其他的反射等光程面都是旋轉二次曲面123Thissolar-thermalelectricplantintheMojaveDesertuseslongrowsofparabolicmirrorstofocusthesun’sraysonoil-filledpipes,whicharelocatedatthefocalpointofeachmirror.Thissolar-thermalelectricpl124The2.4m-diameterhyperboloidalprimarymirroroftheHubbleSpaceTelescopeAnoff-axisparabolicmirrorelementThe2.4m-diameterhyperboloida125SeveralhyperboliclensesseenincrosssectionAselectionofasphericallensesSeveralhyperboliclensesseen1262、物像的分類物點：發光點，或入射單心光束的頂點。

實物點：發散的入射光束的頂點。

實物：由實物點構成的物體。

虛物點：會聚的入射光束的頂點，或入射光束延長線的交點。

像點：光具組（光學系統）出射的單心光束的頂點。

實像點：會聚的單心出射光束的頂點。

虛像點：發散的單心出射光束的頂點。

物空間（物方）：包含入射光束及其延長線的空間。

像空間（像方）：包含出射光束及其延長線的空間。

2、物像的分類物點：發光點，或入射單心光束的頂點。實物點：127Thereflectedrayliesintheplaneformedbytheincidentrayandthenormal.實物、實像的意義在于有光線實際發自或通過該點，而虛物、虛像僅僅是由光的直線傳播性質給人眼造成的一種錯覺，實際上并沒有光線經過該點。

平面鏡是一個最簡單的、不改變光束單心性的、能成完善像的光學系統3.2光在平面界面上的反射和折射光導纖維1、光在平面上的反射ReflectionThereflectedrayliesinthe128ThebundleofraysfromthetopoftheobjectappearstooriginatefromtheimagebehindthemirrorThereisanimagepointforeverysourcepointThebundleofraysfromtheto129Forthewomantoseeherfull-sizedimage,onlyahalf-sizedmirrorisneeded.Multiplereflectionscanbeobtainedwithtwoplanemirrors.Forthewomantoseeherfull-130Manyemergencyvehiclesarereversed-letteredsotheletteringappearsnormalwhenviewedthroughtherearviewmirrorofacarManyemergencyvehiclesarere131TheincomingraythatstrikespointAeventuallyemergesalongBD,paralleltotheincomingray.ThisarrayofcornerreflectorswasleftontheMoonbytheApollo14astronauts.Acornerreflector入射光線反射光線Theincomingraythatstrikes1322、光在平面上的折射RefractionAbeamoflightisrefractedasitentersatankofwater.2、光在平面上的折射RefractionAbeamof1333、光束單心性的破壞光線在折射時，除平行光束折射時仍為平行光束外，單心光束將被破壞。設物點出射光束不能保持單心性3、光束單心性的破壞光線在折射時，除平行光束折射時仍為平行光134當P所發出的光束幾乎垂直于界面時，，這時，P1、P2和P’三點方能幾乎合在一起，折射光束幾乎仍保持為單心的。當P所發出的光束幾乎垂直于界面時，，這時，P1、P2和P’135《光學》課件全集1364、全反射（TotalInternalReflection：TIR）光導纖維臨界角ic4、全反射（TotalInternalReflectio137臨界角(Criticalangle):臨界角(Criticalangle):138光導纖維Lightcantravelwithlittlelossinacurvedopticalfiber,becausethelightistotallyreflectedwheneveritstrikesthecore-claddinginterfaceandbecausetheabsorptionoflightbythecoreitselfissmall.Opticalfiber光導纖維Lightcantravelwithlitt139醫學應用Abronchoscope肺部Acolonoscope,showninuseinthisX-rayphotograph結腸鏡內窺鏡醫學應用Abronchoscope肺部Acolo140關節顯微手術Lightraysemanatingfromthebee’sbodyenterthetubeand,inpart,areguidedaroundthe90degreesturnviaTIR,eventuallyexitingthroughthefrontsurfaceandallowingyoutoseethebee.關節顯微手術Lightraysemanatingfro1415、棱鏡(Prisms)棱角

偏向角

色散裝校方便，反射率恒定，常可代替45°安放的平面反射鏡當時：

入射光線出射光線5、棱鏡(Prisms)棱角偏向角色散裝校方便，反射率142AdispersivedeviceAdispersivedevice143ToeffectachangeintheorientationofanimageorinthedirectionofpropagationofabeamToeffectachangeintheorie144RainbowsThecolorsofarainbowresultfromdispersioninthereflectionoflightfromindividualwaterdropletsintheair.RainbowsThecolorsofarainbo145AftertwointernalreflectionThedisksoverlap,soitisrelativelybrighterbelowtheprimaryrainbowandabovethesecondaryrainbow,butdarkerbetweenthem.AftertwointernalreflectionT146

§3-5光在球面上的反射和折射六、高斯公式和牛頓公式

五、近軸光線條件下球面折射的物象公式

四、球面折射對光束單心性的破壞

三、近軸光線條件下球面反射的物象公式

二、球面反射對光束單心性的破壞

一、符號法則

§3-5光在球面上的反射和折射六、高斯公式和牛頓公式五147一、符號法則

1、關于球面的一些概念頂點：球面的中心點曲率中心：球面的球心主軸：直線OC

主截面：過主軸的平面曲率半徑：連接球心到球面上任一點的線段一、符號法則1、關于球面的一些概念頂點：球面的中心點1482、符號法則（新笛卡爾法則）

1光線和主軸交點的位置從O點算起，凡在頂點右方者為正，左方者為負；物點和象點到主軸的距離，凡在主軸上方者為正，下方者為負。2光線方面的傾斜角度從主軸（或球面法線）算起，并取小于的角度，由主軸轉向有關光線時，順——正，逆——負。3在圖上出現的長度和角度是幾何量，只用正值。2、符號法則（新笛卡爾法則）1光線和主軸交點的位置從O1493-5光在球面上的反射和折射

光軸(opticalaxis)----光學系統的對稱軸光軸近軸光線(paraxialray)---- 與光軸夾角較小，并靠近光軸的光線紅線—近軸光線綠線—非近軸光線3-5光在球面上的反射和折射光軸(opticala-ss’hrQ-i-uu’-i’fMnn’PP’OC單個折射面成像系統的笛卡爾符號規則-ss’hrQ-i-uu’-i’fMnn’PP’OC單個折橫向線段

以光軸為起點，向上為正向下為負.縱向線段以球面頂點O為原點，以入射光線進行的方向為正方向，建立物空間坐標s和像空間坐標，物點坐標為物距，像點坐標為像距.線段??笛卡爾坐標規則補充橫向線段以光軸為起點，向上為正向下為負.縱向線段以球面圖中只標記角度和線段的絕對值．標記點用大寫字母,標記角度和線段用小寫字母.以光軸或法線為始邊，沿小于

的方向旋轉，順時針為正，逆時針為負．(順正逆負)角度圖中各量的表示方法物與像的一一對應關系稱為共軛.??圖中只標記角度和線段的絕對值．標記點用大寫字母,標記角度和線利用幾何知識可以得到單球面反射系統成像公式它的成像規律與介質無關．考慮近軸光線,進一步得到2單個球面的反射成像

利用幾何知識可以得到單球面反射系統成像公式它的成像規律與令得令得因此球面鏡物方焦點與像方焦點重合.凹面鏡凸面鏡球面反射物像公式：令得令得因此球面鏡物方焦點與像方焦點重合.凹面鏡MirrorMirrorA.用Fermat原理推導成像公式:-ss’hrMnn’PP’OChr出發點：P、P

為物像共軛點。從P發出的各同心光線都到P

點從Fermat原理可知P點到P

點的所有成像光線有相等的光程Q(習題)A.用Fermat原理推導成像公式:-ss’hrMnn-ss’hrQMnn’PP’OChr-ss’hrQMnn’PP’OChr-ss’hrQMnn’PP’OChr近軸光線

r<<-s、r、s

同理：光線PMP

的光程-ss’hrQMnn’PP’OChr近軸光線r<<-s等光程Fermat原理-ss’rMnn’PP’OCr-----折射成像公式等光程Fermat原理-ss’rMnn’PP’OCr----ss’rMnn’PP’OCAbbe不變式的另一種形式：成像公式定義光焦度(opticalpower)：r的單位為米時，D的單位稱為屈光度(diopter)-ss’rMnn’PP’OCAbbe不變式的另一種形式：n<n

-ff’rnn’FF’OC-f’frnn’FF’OC

n>n

D>0，會聚作用D<0，發散作用n<n-ff’rnn’FF’OC-f’frnn’FF-f’fnn’FF’On>n

F’-ff’nn’FOn<n

-f’fnn’FF’On>nF’-ff’nn’FOB.焦距公式從s’=

時同理：第一主焦距(firstfocallength)或物方主焦距：

物方焦點第二主焦距(secondfocallength)或像方主焦距:

像方焦點-ff’rnn’FF’OCB.焦距公式從s’=時同理：第一主焦距(firf、f’、D之間的關系:

-ff’rnn’FF’OC

n<n’f,f’符號相反，大小不等f、f’、D之間的關系:-ff’rnn’FF’OC4Gauss成像公式和Newton成像公式Gauss成像公式:

Abbe不變式:焦距公式：和4Gauss成像公式和Newton成像公式Gauss成-ff’nn’FF’OPP’-ss’分別以F和F’為基準點，量度物點P和像點P’的位置，物距和和像距分別用x和x’表示：-xx’-s=-x-fs’=x’+f’Newton成像公式-ff’nn’FF’OPP’-ss’分別以F和F’為基準§3-6光連續在幾個球面界面上的折射虛物的概念

§3-6光連續在幾個球面界面上的折射虛物的概念168多個曲面組成的光學系統，各個曲面之曲率中心都在同一條直線上，這個系統稱共軸光具組。為什么要求共軸？曲面大小有一定范圍，使得折射光束的張角受到一定限制，要使這個球面系統能最后成象，必須要求共軸。前一個球面之出射光線一定是后一個球面之入射光線，第一個球面的象是第二個球面的物。一、共軸光具組二、逐個球面成象法多個曲面組成的光學系統，各個曲面之曲率中心都在同一條直線上，169《光學》課件全集170《光學》課件全集171例1、一個折射率為1.5的玻璃球，半徑R，置于空氣中。在近軸成像時，問：（1）無窮遠處的物成像在何處？（2）物在球前2R處，成像在何處？PRO1O2P’-s1P1’s1’s2’s2n=1.5例1、一個折射率為1.5的玻璃球，半徑R，置于空氣中。在近軸RO1-s1P1’s1’解：O1面：s1=-

,r1=+R,n1=1,n1’=1.5s1’=3R(1).n=1.5O2面：s2=R,r2=-R,n2=1.5,n2’=1s2’=R/2P’O2s2’s2RO1-s1P1’s1’解：O1面：s1=-,r1=+RPRO1-s1s1’n=1.5(2).O1面：s1=-2R,r1=+R,n1=1,n1’=1.5s1’=

s2O2s2’P’O2面：s2=

,r2=-R,n2=1.5,n2’=1s2’=2RPRO1-s1s1’n=1.5(2).O1面：s1=-2R,3.5薄透鏡3.5薄透鏡例2.推導薄透鏡成像公式nOC2C1I1I2-r2r1證明：I面：II面：透鏡制造者公式I1面:s1,s1’,r1I2面:s2,s2’,r2s=s1,s’=s2’,s2

=s1’薄透鏡例2.推導薄透鏡成像公式nOC2C1I1I2-r2r1證明《光學》課件全集《光學》課件全集透鏡的會聚和發散性質

透鏡的會聚和發散性質4、光心和副軸薄透鏡，兩頂點重合成0點，當透鏡兩邊折射率相同時，通過0點的光不改變方向，這樣的點稱透鏡的光心（看作光通過折射平板，當板兩邊折射率相同時，出射光與入射光平行，發生側向位移；當厚度趨于0時，側向位移為0）注意兩點：1°薄，0、0′重合于0；2°n1=n2薄透鏡中，量度距離從光心0點量起，通過光心的任一直線稱為透鏡的副軸。

4、光心和副軸薄透鏡，兩頂點重合成0點，當透鏡兩邊1805、焦平面

過焦點垂直于主軸的平面稱為焦平面。性質：與副軸平行的光線射向透鏡，折射后會聚于象方焦平面上一點；而物方焦平面上任一點發出的光線，經透鏡折射后，將成為一束平行于副輻的光線。

5、焦平面過焦點垂直于主軸的平面稱為焦平面。性質：與副軸181三、薄透鏡作圖求象法

利用三條特殊光線作用求象，中學已學過。主要介紹利用副軸和焦平面作圖求象。

三、薄透鏡作圖求象法利用三條特殊光線作用求象，中學已學過。182四、橫向放大率四、橫向放大率183§3-8近軸物點近軸光線成象的條件

引言：以前研究物點在主軸上的成象情況。物體成象是物體上每一發光點成象。不在主軸上任意一發光點Q所發出的光束經球面反射或折射后是否仍保持單心性，在怎樣的條件下才能保持單心性？費馬原理推論：物體上任一發光點Q發出的光束經球面反射或折射后能成象于一點Q′的條件是：從Q點發出的所有光線到達Q′點時的光程都應該相等

§3-8近軸物點近軸光線成象的條件引言：以前研究物點在主184一、近軸物在近軸光線條件下球面反射的物象公式

1、根據費馬原理導出近軸物在近軸光線條件下球面反射的物象公式。2、保持單心性必須滿足的條件1°光線必須是近軸的2°物點必須是近軸的

一、近軸物在近軸光線條件下球面反射的物象公式1、根據費馬原185二、近軸物在近軸光線條件下球面折射的物象公式

二、近軸物在近軸光線條件下球面折射的物象公式186§3-9理想光具組簡介引言：理想光具組是一種簡化方法，把共軸系統作一個整體處理，以一個等效光具組代替整個共軸光具組的光學系統，不必考慮光在該系統中的實際路徑。理想光具組理論建立了點與點、直線與直線、面與面間的共軛關系的純幾何理論。物方的每個同心光束轉化成象方的一個同心光束，滿足這種理想成象要求的光具組，叫理想光具組。§3-9理想光具組簡介引言：理想光具組是一種簡化方法，把共187一、理想光具組的基點和基面。

3、節點光具組中總能找到兩個點，過K的入射光線，出射后必過且與入射光線平行，則稱為節點。理想光具組與單球面之對應關系一、理想光具組的基點和基面。3、節點188二、一般理想光組的作圖求象法和物象公式1、作圖求象法1°軸外一點情況2°軸上一點情況

2、光具組物象公式1°高斯公式2°牛頓公式3°推廣3、主平面和節點的性質二、一般理想光組的作圖求象法和物象公式1、作圖求象法1°高斯189第四章光學儀器的基本原理

教學基本要求：

闡明人眼的結構以及非正常眼形成的原因，矯正的方法。著重闡明放大鏡、目鏡、顯微鏡和望遠鏡的放大本領。敘述光闌在光學儀器中的重要作用。介紹光通量、發光強度、光照度和光亮度等基本概念。闡明助視儀器的分辨本領。

第四章光學儀器的基本原理

教學基本要求：190引言1、復色光經透鏡折射，不同波長的光折射率不同，同一物點對應不同像點，產生色差。2、單色光作光源，s′=s′（u），非近軸物非近軸光線產生像差。像差和色差都嚴重破壞像之清晰程度。另外，如果從能量方面考慮，進入光具組的光束不宜過窄；而且為了使視場廣闊，物體也不宜限于近軸范圍以內，像之清晰程度與能量聚集程度和視場廣闊程度之間存在矛盾。3、光束受限制，產生衍射，一個物點成像一個光斑，不易分辨。清晰度與細節分辨程度之間存在矛盾。實際光學儀器放大本領聚光本領分辨本領兼顧引言1、復色光經透鏡折射，不同波長的光折射率不同，同一物點對191§4-1人的眼睛（自學）§4-1人的眼睛（自學）192§4-2助視儀器的放大本領一、放大本領（視角放大率）明視距離：睫狀肌處于正常狀態而能十分仔細地看清物體時，物體離眼睛的距離。視角：物體的長度對眼睛節點所張的角。二、放大鏡（凸透鏡）

§4-2助視儀器的放大本領一、放大本領（視角放大率）明視193§4-3目鏡（用來放大其他光具組所成的像）

通常由兩個不接觸的薄透鏡組成：場鏡、視鏡

考慮放大本領，像差的矯正目鏡的作用：放大物鏡所成像的視角一、惠更斯目鏡

1、構造特點2、光路及成像二、冉斯登目鏡

1、構造特點2、光路圖兩種目鏡區別：§4-3目鏡（用來放大其他光具組所成的像）通常由兩個不194§4-4顯微鏡的放大本領一、顯微鏡的構造及光路圖1、構造由物鏡和目鏡組成，物鏡、目鏡各相當于一個凸透鏡。2、光路圖3、物、像、鏡相對位置（1）

物在物鏡物方焦點稍外處（成放大實像）（2）

物鏡的像落在目鏡物方焦點內(成放大虛像)（3）

目鏡的像成在明視距離處二、顯微鏡的放大本領1、公式推導2、對公式的討論§4-4顯微鏡的放大本領一、顯微鏡的構造及光路圖195§4-5望遠鏡的放大本領觀察遠物增大視角一、開普勒望遠鏡

二、伽利略望遠望

1、構造特點物鏡和目鏡都相當于凸透鏡，與F2重合，≥2、光路圖3、放大本領§4-5望遠鏡的放大本領觀察遠物增大視角一、開普勒196§4-6光闌光瞳透鏡的邊框和開孔的屏，都起限制光束的作用，都叫光闌。一、有效光闌和光瞳二、有效光闌和光瞳的計算1°入射光瞳：有效光闌2°出射光瞳，有效光闌§4-6光闌光瞳透鏡的邊框和開孔的屏，都起限制光束的作用197§4—7光能量的傳播研究像之明亮程度。像之明亮程不僅與入射光束空間立體角大小有關，還與光源和被照表面有關。一、輻射通量和視見函數1、輻射通量定義：單位時間內從面元ds輻射出來的各種波長（λ從0—∞）的光能量，稱為面積元ds的輻射通量。用ε表示，單位瓦。2、分布函數3、視見函數定義：單位時間內通過光源表面面積元（ds）的某一波長附近的單位波長間隔的光能量。用e(λ)表示。§4—7光能量的傳播研究像之明亮程度。像之明亮程不僅與入198二、光通量表征光源表面的客觀輻射通量對人眼引起的視覺強度，用φ表示：——光譜光視效能其實是波長為λ的輻射的功光當量。km—最大光視效能，簡稱最大光效率，光通量單位：流明（λm）k(λ)——光譜光視效能二、光通量表征光源表面的客觀輻射通量對人眼引起的視覺強度，用199三、發光強度發光強度是表征光源在一定方向范圍內發出的光通量的空間分布的物理量。定義：點光源在單位立體角發出的光通量的數值單位：坎德拉（cd）：P2591979年第16屆國際計量大會規定坎德拉的定義為：“坎德拉是一光源的發光強度，該光源發出頻率為5.40×1014Hz（λ=5550?）的單色輻射，而且在此方向上的輻射強度為”三、發光強度發光強度是表征光源在一定方向范圍內發出的光通量的200四、照度1、定義：表明受照面照明程度的物理量。它可用落在受照表面單位面積上的光通量的數值表示。2、點光源照射下的照度α—光束的軸線方向與受照面法線間夾角r—點光源與dσ中心距離。四、照度1、定義：表明受照面照明程度的物理量。它可用落在受照201五、亮度（研究面光源發光）1、點光源：發光體的線度遠小于光源到觀察點的距離，這樣的光源看作點光源。2、朗伯定律對于許多發光體，主體角dΩ中發出的光通量dφ互正比于dΩ和發光體的表觀面積ds、cosθ。3、亮度上式比例系數L稱作光源亮度，表征發光面發光強弱。五、亮度（研究面光源發光）1、點光源：發光體的線度遠小于光源202§4—13助視儀器的分辨本領一、分辨本領1、瑞利判據按幾何光學，對于近軸物近軸光線，一個物點與一個像點對應，放大本領可以無限提高，接波動光學，光經過有效光闌發生衍射，一個特點成像一個圓斑，艾里斑半角寬度θ1=0.61兩個發光點在光屏上成像時，它們的各自衍射花樣有一部分落在屏上同一區域，在什么情況下分辨得開？總照度分布曲線中央有下凹部分，其強度不超過每一分布曲線最大值的80%是能否分辨得開的極限。§4—13助視儀器的分辨本領一、分辨本領1、瑞利判據兩個發2032、分辨本領U==0.61光具組分辨極限——分辨本領一個中央亮斑的最大值位置恰好和另一個中央亮斑最小值位置重合。2、分辨本領U==0.61光具組分辨204二、人眼的分辨本領和助視儀器的分辨本領1、人眼的分辨本領瞳孔（相當眼睛的有效光闌）半徑1mm，對黃綠光（λ=5550?）最小分辨角U0=θ1=0.61×觀察明視距離的物體，恰能分辨的最小距離（毫末刻度尺的最小刻度1mm）對視網膜上的像的恰能分辨張角眼球直徑2.2cm玻璃狀液二、人眼的分辨本領和助視儀器的分辨本領1、人眼的分辨本領瞳孔2052、助視儀器的分辨本領（1）望遠鏡物鏡的分辨本領望遠鏡物鏡分辨極限常以物鏡焦平面上剛能分辨的兩點之間距離表示--望遠鏡物鏡的分辨極限--相對孔徑（光源在無限遠，）目鏡：由于物鏡所成的像已有既定程度的細節，目鏡無論怎樣放大，也絲毫增添不了更多的細節，所以望遠鏡和顯微鏡的分辨本領，完全決定于物鏡。2、助視儀器的分辨本領（1）望遠鏡物鏡的分辨本領望遠鏡物鏡分206（2）顯微鏡物鏡的分辨極限（用剛能分辨的兩物點距離表示）（1）正弦定理∝