應用光學知識點

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第一章 幾何光學基本定律與成像概念1、 波面：某一時刻其振動位相相同的點所構成的等相位面成為波陣面，簡稱波面。光的傳播即為光波波陣面的傳播。2、 光束：與波面對應的所有光線的集合。3、 波面分類：a) 平面波：對應相互平行的光線束（平行光束）b) 球面波：對應相較于球面波球心的光束（同心光束）c) 非球面波4、 全反射發(fā)生條件：a) 光線從光密介質向光疏介質入射b) 入射角大于臨界角5、 光程：光在介質中傳播的幾何路程l與所在介質的折射率n的乘積s。光程等于同一時間內光在真空中所走的幾何路程。6、 費馬原理：光從一點傳播到另一點，期間無論經過多少次折射和反射，其光程為

2、極值。7、 馬呂斯定律：光線束在各向同性的均勻介質中傳播時，始終保持著與波面的正交性，并且入射波面與出射波面對應點之間的光程均為定值。8、 完善像：a) 一個被照明物體每個物點發(fā)出一個球面波，如果該球面波經過光學系統(tǒng)后仍為一球面波，那么對應光束仍為同心光束，則稱該同心光束的中心為物點經過光學系統(tǒng)后的完善像點。b) 每個物點的完善像點的集合就是完善像。c) 物體所在空間稱為物空間，像所在空間稱為像空間。10、 完善成像條件：a) 入射波面為球面波時，出射波面也為球面波。b) 或入射光為同心光束時，出射光也為同心光束。c) 或物點A1及其像點之間任意兩條光路的光程相等。11、 物像虛實：幾個光學系

3、統(tǒng)組合在一起時，前一系統(tǒng)形成的虛像應看成當前系統(tǒng)的實物。12、 子午面：物點和光軸的截面。13、 決定光線位置的兩個參量：a) 物方截距：曲面頂點到光線與光軸交點A的距離，用L表示。b) 物方孔徑角：入射光線與光軸的夾角，用U表示。14、 符號規(guī)則a) 沿軸線段：以折射面頂點為原點，由頂點到光線與光軸交點或球心的方向于光線傳播方向相同時取證，相反取負b) 垂軸線段：以光軸為基準，在光軸上方為正，下方為負。c) 夾角：i. 優(yōu)先級：光軸光線法線。ii. 由優(yōu)先級高的以銳角方向轉向優(yōu)先級低的。iii. 順時針為正，逆時針為負。15、 球差：單個折射球面對軸上物點成像是不完善的。球差是固有缺陷。16

4、、 高斯像：軸上物點在近軸區(qū)以細光束成像是完善的，這個像稱為高斯像。a) 通過高斯像點且垂直于光軸的平面稱為高斯像面。b) 這樣一對構成物象關系的點稱為共軛點。17、 阿貝不變量Q：物空間與像空間的阿貝不變量相等，僅隨共軛點的位置而變。18、 垂軸放大率：為像的大小與物體大小之比a) 由此可知，垂軸放大率僅取決于共軛面位置，在一堆共軛面上，為常數，故像與物相似。b) 成像特性：i. >0，成正像，虛實相反；<0，成倒像，虛實相同。ii. |>1，成放大的像，反之成縮小的像。19、 軸向放大率：物點沿光軸做微笑移動dl時，引起的像點移動量dl'與物點移動量之比。a)b)

5、 折射球面的軸向放大率恒為正20、 角放大率：在近軸區(qū)內，一對共軛光線與光軸的夾角u'與u的比值，用表示。a)b) 角放大率表示折射球面將光束變寬或變細的能力c) 角放大率只與共軛點的位置有關，與孔徑角無關21、 三個放大率的關系：22、 由得。該式表明實際光學系統(tǒng)在近軸區(qū)成像時，在物象共軛面內，物體大小y、成像光束的孔徑角u和物體所在材質折射率n的乘積為一常數。該常數J稱為拉格朗日-赫姆霍茲不變量，簡稱拉赫不變量。23、 球面反射鏡的情況：a) 物像位置關系：b) 成像放大率： c) 球面鏡的拉茲不變量：24、 共軸球面系統(tǒng)過渡公式a) 第二章 理想光學系統(tǒng)1、 理想光學系統(tǒng)：將一般

6、僅在光學系統(tǒng)近軸區(qū)存在的完善成像，拓展成在任意大的空間中以任意寬的光束都成完善像的理想模型。性質：a) 位于光軸上的物點對應的共軛像點也必然位于光軸上；位于過光軸的某一個截面內的物點對應的共軛像點必位于該平面的共軛像面內；過光軸的任意截面成像性質都是相同的。b) 垂直于光軸的平面物所稱的共軛平面像的幾何形狀完全與物相似。c) 如果已知兩對共軛面的位置和放大率，或者一對共軛面的位置和放大率以及軸上兩對共軛點的位置，則其他一切物點的像點都可以根據這些已知的共軛面和共軛點來表示。這些已知的共軛面和共軛點分別稱為共軸系統(tǒng)的“基面”和“基點”。2、 無限遠軸上物點和它對應的像點F'a) 無限遠軸

7、上物點發(fā)出的光線都與光軸平行b) 無限遠軸上物點的像點F'稱為像方焦點。過F'作垂直于光軸的平面，稱為像方焦平面。c) 將入射光線(平行于光軸的)與出射光線反向延長，則兩光線必交于一點，設此點為Q'，過Q'作垂直于光軸的平面交光軸于H'，則H'稱為像方主點，Q'H'平面稱為像方主平面，從主點H'到焦點F'的距離稱為像方焦距，用表示。d) 將入射光線與出射光線(平行于光軸的)反向延長，則兩光線必交于一點，設此點為Q，過Q作垂直于光軸的平面交光軸于H，則H'稱為物方主點，QH平面稱為物方主平面，從主點H到焦點F

8、的距離稱為物方焦距，用表示。3、 圖解法求像a) 已知一個理想光學系統(tǒng)的主點（主面）和焦點的位置，利用光線通過他們之后的性質，對物空間給定的點、線、面，通過畫圖追蹤典型光線求出像的方法。b) 平行于光軸入射的光線，經過系統(tǒng)后過像方焦點。c) 過物方焦點的光線，經過系統(tǒng)后平行于光軸。d) 傾斜于光軸入射的平行光束經過系統(tǒng)后交于像方焦平面上一點。e) 自物方焦平面上發(fā)出的光束經系統(tǒng)后成傾斜于光軸的平行光束。f) 共軛光線在主面上的投射高度相等。4、 解析法求像a) 牛頓公式：物和像的位置相對于光學系統(tǒng)的焦點來確定，以物點到物方焦點距離為物距，用x表示；以像點到像方焦點距離為像距，用x'表示

9、。正負號以響應焦點為原點確定i. 公式：；垂軸放大率：b) 高斯公式：以表示物點到物方主點的距離，以表示像點到像方主點的距離；正負以相應主點為原點確定i. 公式：垂軸放大率：5、 多光組組成的理想光學系統(tǒng)的成像a) 光組：一個光學系統(tǒng)可由一個或幾個部件組成，每個部件可以由一個或幾個透鏡組成，這些部件被稱為光組。b) 過渡公式：前一光組的像即為后一光組的物，兩光組的相互位置以距離（前一光組的像方主點到后一光組的物方主點）表示。c) 過渡關系： 其中表示第一光組像方焦點到第二光組物方焦點的距離，稱為焦點間隔或光學間隔。正負以前一光組像方焦點為原點確定。d) 過渡公式一般形式：6、 理想光學系統(tǒng)兩焦

10、距之間的關系a) 由或代入和得 （近軸區(qū)中：）b) 用和拉茲公式比較得。c) 若光學系統(tǒng)中包括反射面，兩焦距間的關系由反射面?zhèn)€數決定：d) 理想光學系統(tǒng)的拉茲公式：7、 理想光學系統(tǒng)的放大率a) 軸向放大率i. ，微分牛頓公式得：即ii. 代入牛頓公式的垂軸放大率公式得b) 角放大率:代入拉茲公式得：c) 理想光學系統(tǒng)的三種放大率之間關系式：d) 光學系統(tǒng)的節(jié)點i. 光學系統(tǒng)中角放大率等于的一堆共軛點稱為節(jié)點。若物像空間戒指相同則，進一步當時，即考慮共軛面為主平面時，此時主點即為節(jié)點。物理意義：過節(jié)點(此處為主點)的入射光線經過系統(tǒng)后出射方向不變。ii. 物像方空間折射率不等時，角放大率的物像

11、共軛點不再與主點重合，而是和。e) 一對節(jié)點、一對主點、一對焦點，統(tǒng)稱光學系統(tǒng)的基點。8、 用平行光管測定焦距a) 一束與光軸成角入射的平行光束經系統(tǒng)以后會聚于焦平面上的一點，即無限遠軸外物點的像，像高y'是由這束平行光束中過節(jié)點的光線決定的，如果被測系統(tǒng)放在空氣中，則主點與節(jié)點重合，得：。b) 只要給被測系統(tǒng)提供一與光軸傾斜成已知角度的平行光束，測出其在焦平面上的像高，就可算出焦距。公式：9、 光焦度：通常用表示像方焦距的倒數，。雙光組情況下：。當兩光學系統(tǒng)主平面間距離為零是，即在密接薄鏡組情況下有：。表示密接薄鏡組總光焦度是兩個薄透鏡光焦度之和。10、 筒長：由物鏡頂點到像面的距離

12、。工作距：由系統(tǒng)最后一面到像面的距離。11、 雙光組分析：a) 平行于光軸入射的光線，通過第一個系統(tǒng)后，通過，再通過第二個系統(tǒng)后與光軸焦點即為組合系統(tǒng)的像方焦點。因此和共軛，應用牛頓公式得到的距離，原點為。與此相似：到的距離。b) 像方焦距： 物方焦距：。c) 代入上式得：當兩系統(tǒng)處于同種介質中時，有，令，得當主平面距離為零，即密接薄鏡組情況下：。12、 多光組組合計算a) 追跡一條投射高度為的平行于光軸光線，出射光線的孔徑角，則b) 組合系統(tǒng)的正切算法：13、 望遠鏡系統(tǒng)：a) 視角放大率：遠處物體經系統(tǒng)所成的像對眼睛張角的正切與該物體直接對眼睛張角正切之比：14、 顯微鏡系統(tǒng)：視角放大率1

13、5、 透鏡：a) 透鏡是由兩個折射面包圍一種透明介質所形成的光學零件。光焦度為正值稱為正透鏡，負值稱為負透鏡。b) 焦距公式：c) 當時 表明：薄透鏡光學性質僅由焦距或光焦度決定。第3章 平面與平面系統(tǒng)1、 平面鏡成像a) 它是唯一能成完善像的最簡單的光學元件，即物體上任一點發(fā)出的同心光束經過平面鏡后仍為同心光束。b) 實物成虛像，虛物成實像。2、 平面鏡旋轉和測微小角度和位移a) 平面鏡轉動角時，反射光線轉動角b) 若平面鏡轉動是由測桿移動引起，設測桿與光軸距離為，測桿移動量為，則，得反射點移動距離，其中為光學杠桿放大倍數。3、 雙平面鏡成像：出射光線與入射光線的夾角和入射角無關，只取決于雙

14、面鏡夾角。4、 平行平板：由兩個相互平行的折射平面構成的光學元件。（分劃板、測微平板、保護玻璃）a) 側向位移：b) 軸向位移：5、 平行平板等效系統(tǒng)近軸區(qū)軸向位移 等效位移： 6、 反射棱鏡：將一個或多個反射面磨制在同一塊玻璃上形成的光學元件。工作面之間的交線稱為棱鏡的棱，垂直于棱的平面稱為主截面，又稱光軸截面。7、 棱鏡系統(tǒng)成像方向判斷a) 坐標軸和光軸的初涉方向一致。b) 垂直于主截面的坐標軸視屋脊面?zhèn)€數定，奇數則與物坐標軸方向相反，偶數個則相同。c) 平行于主截面的坐標軸的方向視反射面?zhèn)€數決定，若物坐標系為右手坐標，反射面為偶數個時按右手坐標系確定，奇數時按左右坐標系確定。8、 棱鏡的

15、展開：用一等小玻璃平板來取代光線在反射棱鏡兩折射面之間的光路。a) 方法：在棱鏡主截面內，按反射面的順序，以反射面與主截面的交線為軸，依次做（棱鏡的）鏡像。b) 等效平行平板厚度與棱鏡口徑關系：。其中為棱鏡的結構參數。9、 折射棱鏡：光線光路對稱于折射棱鏡時，偏向角取最小值：10、 光楔：折射角很小的折射棱鏡。偏向角：。第4章 光學系統(tǒng)中的光闌與光束限制1、 光闌a) 孔徑光闌：限制軸上物點孔徑角或成像光束寬度、并有選擇軸外物點成像光束位置作用的光闌。光瞳：孔徑光闌的像。經前面光學系統(tǒng)所成像稱為入射光瞳（入瞳）；經后面系統(tǒng)所成像稱為出射光瞳（出瞳）。b) 視場光闌：限定成像范圍的光闌。與孔徑光

16、闌類似，視場光闌經前后光學系統(tǒng)所成像分別稱為入射窗（入窗）和出射窗（出窗）。2、 照相系統(tǒng)中的光闌a) 漸暈：像面邊緣部分比像面中心暗的現(xiàn)象。b) 漸暈系數：軸向光束口徑，視場角為的軸外光束在子午截面內光束寬度為，則與之比稱為漸暈系數，用表示。3、 望遠鏡系統(tǒng)a) 為什么選物鏡框為孔徑光纜：物鏡的通光口徑無論在何種光闌位置下都是最大的，出瞳距相差不大，且能滿足預定要求。所以選擇使物鏡口徑最小的光闌位置，即將物鏡框作為系統(tǒng)的孔徑光闌。第五章 光度學和色度學基礎1、 輻射量a) 輻射能：以電磁波形式發(fā)射、傳輸或接收的能量。單位：焦耳（J）b) 輻通量：單位時間內發(fā)射、傳輸或接收的輻射能稱之為輻通量。（瓦特W）c) 輻出度：輻射源單位發(fā)射面積發(fā)出的輻通量。（瓦特每平方米）d) 輻照度：輻射源單位受照面積接收的輻通量。（瓦特每平方米）e) 輻強度：點輻射源向各方向發(fā)出的輻射，在某一方向，在元立體角內發(fā)出的輻通量為，則輻強度為（瓦特每球面度）f) 輻亮度：表征具有有限尺寸輻射源輻通量的空間分布。元面積為的輻射面，在和表面法線N成角方向，在元立體角內發(fā)出的輻通量為，則輻亮度為（瓦特每球面度平方米）2、