儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及成像系統(tǒng).ppt

儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及成像系統(tǒng).ppt

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1、儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1課程基本內(nèi)容第二章儀器光學(xué)設(shè)計(jì)基本理論第三章典型成像儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章非成像儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章儀器光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)理論及方法第一章幾何光學(xué)基本原理2第一章幾何光學(xué)基本原理3參考書籍《工程光學(xué)》-郁道銀、談恒英(工科經(jīng)典)《應(yīng)用光學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》-遲澤英(內(nèi)容全面)《幾何光學(xué)》-張以謨(使用廣泛)《應(yīng)用光學(xué)》-王文生(光學(xué)設(shè)計(jì)詳細(xì))《光學(xué)原理》-馬科斯.波恩(德);埃米爾.沃爾夫(美)(經(jīng)典,全面詳細(xì))4光學(xué)要解決的問題光的外在?光的內(nèi)在?·光的本性問題光的傳播規(guī)律量子光學(xué)

2、物理光學(xué)幾何光學(xué)波動(dòng)學(xué)說光線概念經(jīng)典物理學(xué)量子物理學(xué)·光子學(xué)說5第一節(jié)光波與光線研究光的意義:90%信息由視覺獲得,光波是視覺的載體光是什么?彈性粒子-彈性波-電磁波-波粒二象性1666年:牛頓提出微粒說,彈性粒子1678年:惠更斯提出波動(dòng)說,以太中傳播的彈性波1873年:麥克斯韋提出電磁波解釋,電磁波1905年:愛因斯坦提出光子假設(shè)20世紀(jì):人們認(rèn)為光具有波粒二象性6第一節(jié)光波與光線一般情況下,可以把光波作為電磁波看待,光波波長λ7光的本質(zhì)是電磁波光的傳播實(shí)際上是波動(dòng)的傳播物理光學(xué):研究光的本

3、性,并由此來研究各種光學(xué)現(xiàn)象幾何光學(xué):研究光宏觀的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象8可見光:波長在400-760nm范圍 紅外波段:波長比可見光長 紫外波段:波長比可見光短9可見光:400-760nm單色光:同一種波長 復(fù)色光:由不同波長的光波混合而成頻率和光速,波長的關(guān)系在透明介質(zhì)中,波長和光速同時(shí)改變,頻率不變10幾何光學(xué)的研究對(duì)象和光線概念幾何光學(xué)研究對(duì)象不考慮光的本性研究光的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象特點(diǎn)不考慮光的本性,把光認(rèn)為是光線11光線是能夠傳輸能量的幾何線,具有方向光波的傳播問題就變成了幾何的問題所以

4、稱之為幾何光學(xué)當(dāng)幾何光學(xué)不能解釋某些光學(xué)現(xiàn)象,例如干涉、衍射時(shí),再采用物理光學(xué)的原理光線是光學(xué)系統(tǒng)簡化設(shè)計(jì)的重要前提,是成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)12一、光的傳播現(xiàn)象的分類第二節(jié)幾何光線基本定律燈泡空氣玻璃13光的傳播可以分類為:1、光在同一種介質(zhì)中的傳播;2、光在兩種介質(zhì)分界面上的傳播。14二、幾何光學(xué)基本定律1、光線在同一種均勻透明介質(zhì)中時(shí):直線傳播定律·成分均勻透光2、光線在兩種均勻介質(zhì)分界面上傳播時(shí),反射定律3、折射定律15AO:入射光線OB:反射光線OC:折射光線NN:過投射點(diǎn)所做的分

5、界面法線I1:入射光線和分界面法線的夾角,入射角R1:反射光線和分界面法線的夾角,反射角I2:折射光線和分界面法線的夾角,折射角16全反射現(xiàn)象現(xiàn)象水空氣AI1R1I2O1O2O3O4I017發(fā)生全反射的條件必要條件:n1>n2由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)充分條件:I1>I0入射角大于全反射角1870年,英國科學(xué)家丁達(dá)爾全反射實(shí)驗(yàn)18全反射的應(yīng)用用棱鏡代替反射鏡:減少光能損失194、獨(dú)立傳播定律不同光源發(fā)出的光在空間某點(diǎn)相遇,彼此不發(fā)生影響,各自獨(dú)立傳播理解:獨(dú)立傳播定律與干涉現(xiàn)象區(qū)別不認(rèn)識(shí)的人(不共源

6、,性質(zhì)差異大)-相遇-各自回家-獨(dú)立傳播定律認(rèn)識(shí)的熟人(同源;性質(zhì)差異小(相位/振幅))-相遇-聊一會(huì)-相互影響-干涉現(xiàn)象20光路可逆光路可逆AB1、現(xiàn)象狙擊手最怕看到什么?門上貓眼?原因:光直線傳播定律(光線基本原理)物象共軛原理(光學(xué)系統(tǒng)基本原理)21應(yīng)用光路可逆:求焦點(diǎn)光學(xué)設(shè)計(jì)中,逆向計(jì)算:目鏡,顯微物鏡等焦距儀原理?225、費(fèi)馬原理費(fèi)馬原理:光從一點(diǎn)A傳播到另一點(diǎn)B,無論經(jīng)過多少介質(zhì),走過什么樣的路徑,其光程是穩(wěn)定的。(具有穩(wěn)定值或極值)廣義多元微分為零將四條基本定律進(jìn)行統(tǒng)一概括光程:幾

7、何路徑與折射率的乘積理解:揭示的是光傳播的穩(wěn)定性,即光程具有極值,光程是極大、極小還是其他定值可以通過變微分公式算出23馬呂斯定律:光線束在各向同性均勻介質(zhì)中傳播時(shí),始終保持與波面的正交性,并且入射波面與出射波面各對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的光程為定值6、馬呂斯定律理解:馬呂斯定律定義了光線傳播方向,同時(shí)從波前角度闡釋了光線傳播過程中光程的特征24第三節(jié)光學(xué)系統(tǒng)類別和成像的概念各種各樣的光學(xué)儀器顯微鏡:觀察細(xì)小的物體望遠(yuǎn)鏡:觀察遠(yuǎn)距離的物體各種光學(xué)零件——反射鏡、透鏡和棱鏡25光學(xué)系統(tǒng):把各種光學(xué)零件按一定方式

8、組合起來,滿足一定的要求26光學(xué)系統(tǒng)分類按介質(zhì)分界面形狀分:球面系統(tǒng):系統(tǒng)中的光學(xué)零件均由球面構(gòu)成非球面系統(tǒng):系統(tǒng)中包含有非球面共軸球面系統(tǒng):系統(tǒng)光學(xué)零件由球面構(gòu)成,并且具有一條對(duì)稱軸線按有無對(duì)稱軸分:共軸系統(tǒng):系統(tǒng)具有一條對(duì)稱軸線,光軸非共軸系統(tǒng):沒有對(duì)稱軸線27成像基本概念透鏡類型正透鏡:凸透鏡,中心厚,邊緣薄,使光線會(huì)聚,也叫會(huì)聚透鏡會(huì)聚:出射光線相對(duì)于入射光線向光軸方向折轉(zhuǎn)負(fù)透鏡:凹透鏡,中心薄,邊緣厚,使光線發(fā)散,也叫發(fā)散透鏡發(fā)散:出射光線相對(duì)于入射光線向遠(yuǎn)離光軸方向折轉(zhuǎn)28透鏡作用-

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