应用光学习题解析 期中复习

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1、应应 用用 光光 学学期期 中中 复复 习习第一章第一章 小结小结 几何光学的基础：几何光学的基础：1、基本概念基本概念：可见光、单可见光、单/复色光、光线、光束、波面、法线等复色光、光线、光束、波面、法线等2、基本定律基本定律：直线传播、折射与反射直线传播、折射与反射 、独立传播、可逆性原理、独立传播、可逆性原理3、费马原理、马吕斯定律、费马原理、马吕斯定律（了解内容）（了解内容） 成像：成像：1、完善像的定义及完善成像条件完善像的定义及完善成像条件2、光路中的基本概念与符号规则光路中的基本概念与符号规则 光路计算及公式光路计算及公式a. 球面球面平面平面b.宽光束实际光线宽光束实际光线近轴

2、光线近轴光线 （球差）（球差） （高斯像、物像共轭）（高斯像、物像共轭）c. 折射折射反射反射（反射（反射-折射定律；成像公式、放大率公式、拉赫不变量）折射定律；成像公式、放大率公式、拉赫不变量）d. 单个球面单个球面共轴系统：共轴系统： 过渡公式（近轴过渡公式（近轴宽光束）、成像放大率宽光束）、成像放大率()r nn 1、光路计算的思路：、光路计算的思路：近轴条件近轴条件阿贝不变量阿贝不变量拉赫不变量拉赫不变量( ,)L L Usintgiiic. 近轴区域近轴区域：单个球面成像单个球面成像l uluh 近轴条件：近轴条件：nn 利用三种放大率分析成像特性：利用三种放大率分析成像特性： 。如

3、折射球面镜折射球面镜拉赫拉赫不变量不变量nnnnllrynlyn l2220dlnlndlnln1ulnulnnuyn u yJ 阿贝阿贝不变式不变式反射球面反射球面112llrylyl 2220dlldll1uu Juyuy d. d. 共轴球面系统的共轴球面系统的过渡公式过渡公式 对整个系统，对整个系统，拉拉赫不变量始终是恒定值赫不变量始终是恒定值1 1 1222.kkkkkknu yn u yn u yn u yJ 1iinn1iiuu1iiyy1iiilld 1iiiihhdu(1,2,1)ik 共轴系统的反射成像放大率（近轴区）共轴系统的反射成像放大率（近轴区）1212112.kkk

4、kyyyyyyyy 1212112.kkkkdldldldldldldldl1212112.kkkkuuuuuuuu 1 211 2kkkl llnnl ll 11kkn un u 21knn11knn第二章第二章 小结小结 理想光学系统理论：理想光学系统理论：1、基本概念基本概念：理想光学系统、共轭、共线成像等理想光学系统、共轭、共线成像等2、共轴理想光学系统成像性质共轴理想光学系统成像性质3、基点与基面基点与基面：焦点焦点/面、主点面、主点/面、节点（包括物像两方）面、节点（包括物像两方） 物像关系：物像关系：1、图解法求像图解法求像：典型光线、基点基面性质（课上例题）典型光线、基点基面性

5、质（课上例题）2、解析法及应用解析法及应用：牛顿公式、高斯公式牛顿公式、高斯公式 理想光学系统的组合（两光组）理想光学系统的组合（两光组）解析法公式解析法公式2）高斯公式：）高斯公式：yf lyfl 1ffll1）牛顿公式：）牛顿公式：xxffyfxyxf fnfn 系统两焦距之间的关系：系统两焦距之间的关系： 物像空间介质相同：物像空间介质相同：ff nn1nn2nn1nn111llfll21fnfn 系统两焦距之间的关系：系统两焦距之间的关系： 物像空间介质相同：物像空间介质相同：ff nn111llfll21两光组的组合公式两光组的组合公式1112dff 1 1、各光组间相对位置的表示：

6、、各光组间相对位置的表示：22Ff fx 11Ff fx12f ff 12f ff 2、两光组组合的参数计算：、两光组组合的参数计算：1(1)Fdlff2(1)Fdlff2Hdlff1() ()()HFFlfxffl 1Hdlff 2()()HFFlfxflf 像方焦点：像方焦点： 物方焦点：物方焦点： 像方像方主主点：点： 物方主点：物方主点：1112dff 1 1、各光组间相对位置的表示：、各光组间相对位置的表示：12f ff 12f ff 典型光学系统典型光学系统： （了解（了解基本的基本的光路特点、成像特性光路特点、成像特性等等） 照相系统：照相系统：远摄型、反远距型（筒长、工作距离、

7、焦距）远摄型、反远距型（筒长、工作距离、焦距） 望远系统：望远系统：无焦系统、工作原理无焦系统、工作原理 显微系统：显微系统：工作原理工作原理公式与习题应用最简单的应用：两薄透镜的组合：组合焦距取决于两薄透镜 各自的焦距，以及透镜的相对位置。1、单个折射球面：物像两方主面重合于球面顶点。2、光学系统：应用：透镜，看做两个折射球面的组合；利用单个折射球面的成 像公式，可求得每个折射球面的物像两方焦距；进而利用 光组组合公式求透镜的焦距、基点基面位置等。3、薄透镜： 厚度为零，即看做两折射球面的顶点非常接近，此时可以认为，整个透镜物像两方主面与顶点重合。薄透镜的光学性质取决于透镜的焦距。一一、平面

8、镜平面镜 唯一能成完善像的光学元件唯一能成完善像的光学元件1 1、平面镜成像特性：、平面镜成像特性： 物像相对于平面镜对称分布、虚实相反。物像相对于平面镜对称分布、虚实相反。 对称性：反射对称性：反射奇次奇次成成镜像镜像，反射，反射偶次偶次成成一致像一致像。2 2、平面镜的旋转特性：、平面镜的旋转特性：2反镜3 3、双平面镜、双平面镜 双平面镜的成像：双平面镜的成像：连续一次像连续一次像（一致像）（一致像）2 双平面镜对光线的双平面镜对光线的方向变换方向变换：第三章第三章 小结小结二、二、平行平板平行平板2121II21UU 1 1、成像特性：、成像特性：无焦系统无焦系统111cossin1c

9、osITdInI11tan1tanILdI11cos1cosILdnI侧向位移：侧向位移：轴向位移：轴向位移：（非完善成像）（非完善成像）位移位移成像成像：21LLLd2、等效光学系统、等效光学系统21lldl 实际实际像面的位置像面的位置dddln 等效空气平板等效空气平板的厚度的厚度1(1)ldn近轴条件近轴条件：（完善成像）（完善成像）三、三、反射棱镜反射棱镜1 1、基本概念基本概念：光轴、工作面、棱、主截面光轴、工作面、棱、主截面3 3、棱镜系统的成像方向判断棱镜系统的成像方向判断： 沿光轴（光传播）方向的坐标轴沿光轴（光传播）方向的坐标轴方向不变；方向不变； 垂直于主截面的坐标轴垂直

10、于主截面的坐标轴屋脊面个数；屋脊面个数； 平行于主截面的坐标轴平行于主截面的坐标轴反射面个数（屋脊反射面个数（屋脊* *2 2）。）。2 2、四类棱镜的基本特点四类棱镜的基本特点： 以简单棱镜、屋脊棱镜为主。以简单棱镜、屋脊棱镜为主。 复合棱镜：分光、分色棱镜复合棱镜：分光、分色棱镜4 4、反射、反射棱镜的等效作用：棱镜的等效作用： 平面镜平面镜 + 平行平板平行平板(等效厚度等效厚度L)四、折射棱镜与光楔四、折射棱镜与光楔1 1、折射棱镜的、折射棱镜的偏向角偏向角：12II12121cos()12sin()sin122cos()2IInII2 2、光楔的工作原理：、光楔的工作原理：12120

11、;II II(1)n 双光楔双光楔 1 1）测量微小角度：）测量微小角度：2(1)cosn2 2）测量微小位移：）测量微小位移：(1)yznz 偏向角取极值的条件：偏向角取极值的条件：12II12II2210ddI1sin()sin22mn一、一、光阑光阑1、孔径光阑：孔径光阑：入瞳、出瞳入瞳、出瞳（轴上物点的成像张角比较法）（轴上物点的成像张角比较法） *光学系统的物（像）方孔径角：光学系统的物（像）方孔径角： 轴上物（像）点轴上物（像）点-入瞳边缘连线，与光轴的夹角。入瞳边缘连线，与光轴的夹角。2、视场光阑：视场光阑：入射窗、出射窗入射窗、出射窗 *光学系统的物（像）方视场角：光学系统的物