2025年学习笔记-应用光学第一章几何光学的基本定律

科技前沿 • 2025-02-26 21:32 • 阅读 45

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学习笔记-应用光学第一章几何光学的基本定律

发光点：本身发光或被照明后发光的几何点

波面：发光点在某一时刻发出的光形成波面

（在各向同性均匀介质中波面是球形）

光线：波面的法线即几何光学中所指的光线。

光束：波面的法线族

平行光束对应平面波，同心光束对应球面波

经过理想光学系统，发光点是点，同心光束还是同心光束。

经过实际光学系统，发光点变成一个斑，同心光束变为非同心光束。

1、光的直线传播定律：光在各项同性均匀介质中沿直线传播。

衍射： $sin(\alpha)=k\lambda/D$ .当 $\lambda$ 趋于零的时候，波动光学就趋于几何光学。

2、光的独立传播定律：以不同途径传播的光同时在空间某点相遇时，彼此互不影响，独立传播。相遇处的光强度是简单地相加，总是增强的。

（忽略了干涉）屏上被两发光点同时照亮区域的照度等于二发光点产生的照度之和。

3、反射定律与折射定律

反射定律：①入射光线、法线和反射光线在同一平面内。②入射光线和反射光线在法线两侧，且I’’=-I.

折射定律（斯涅尔定律）：①入射光线、法线和折射光线在统一平面内。②折射角和入射角的正弦之比在一定温度和压力下对一定波长的光线而言为一常量，与入射角的大小无关。即
$\frac{sin I\prime}{\sin I}=\frac{n}{n\prime}$
其中n=c/v,v为光在介质中的速度。

相对折射率是与空气比较的折射率。

4、光线传播的可逆性

全反射：
$\sin(Im)=\frac{n\prime}{n},当I>Im时将发生全反射$
全反射的应用：

①等腰直角棱镜。当入射的孔径角2U在某一范围内时，斜面上发生全反射，透明介质界面上不需要镀反射膜。
在这里插入图片描述

②光导纤维

在这里插入图片描述

矢量形式的折射定律和反射定律
$\vec{A_0}:沿入射光线的单位矢量\\ \vec{A_0}\prime:沿折射光线的单位矢量\\ \vec{N}:沿法线的单位矢量$