,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,印刷应用光学,授课班级：印刷工程,授课学时：40学时,参考教材：印刷应用光学,主讲教师：杨玉春,第一章 几何光学的根本定律和物像概念,几何光学：用几何学中的点、线、面的概念争论光的传播及光学成像的规律。,根本概念,几何光学的根本定律,光学系统的物像概念,第一节 根本概念,1、发光点：本身发光或被其它光源照明后发光的几何点。,几何光学中，只有几何位置而不计大小；,实际中，发光体的大小与其辐射作用的距离相比可略去不计时，可认为是发光点；,任何成像物体都可以看作有很多发光点组成。,2、光线：携带能量并具有方向性的几何线条，其方向表示光的传播方向。,3、波面：等相面一样位相的点形成的曲面，在各向同性介质中，光线和波面是垂直的。,4、光路：每条光线的传播途径。,5、光束：有很多光线构成，与波面对应的全部光线的集合。,同心光束：发自一点或会聚于同一点的光束球面波。,平行光束：平行光线构成的光束平面波。,像散光束：光束中各光线既不平行又不相交于一点高次曲面。,球面波,波面,光线,波面,光线,平面波,同心光束,平行光束,其次节 几何光学的根本定律,1.光的直线传播定律,各向同性介质中，光沿直线传播；,现象：影子的形成、日食、月食等；,应用：天文测量、大地测量、光学测量及相应仪器；,2.光的独立传播定律,不同光源发出的光的空间某点相遇时，彼此互不影响，各自独立传播；,现象：两束手电筒的光线在空中相遇；,3.光的反射定律和折射定律,1反射定律,反射光线、入射光线和法线在同一平面内；,反射光线和入射光线居于法线的两侧；,反射角等于入射角。,i,1,i,2,i,1,=i,2,2反射的类型,镜面反射,漫反射,逆向反射：光线沿着原来的路径反射回去；交通道路反光膜,3折射定律,折射光线、入射光线和法线在同一平面内；,折射光线、入射光线居于法线的两侧；,入射角的正弦和折射角的正弦之比是一个常数。,i,1,i,2,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,s i n i,1,=n,2,s i n i,2,4折射率,常把介质相对与空气的折射率作为该介质确实定折射率，简称折射率。,折射率随介质的温度和密度变化而变化；,折射率随光波的波长变化而变化。,介质对不同波长的折射率不同色散试验,5全反射现象,肯定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，而没有折射光消失。,全反射现象条件：,光线从光密介质 射向光疏介质 ；,入射角大于临界角 。,应用：,光学仪器中使用的全反射棱镜；,光通讯中使用的光纤、光纤传感器等。,4、光路可逆定律,光沿反方向传播，必定沿原光路返回。,四条定律成立的条件,1必需是均匀介质，即同一介质的折射率处处相等，折射率不是位置的函数。,2必需是各向同性介质，即光在介质中传播时各个方向的折射率相等，折射率不是方向的函数。,5、费马原理,1光程L,光在介质中经过的几何路程s和该介质折射率n的乘积。,注：,在均匀介质中的传播速度；,光在均匀介质中经过几何路程s所需时间。,2费马原理,光沿光程取极值的路径传播。,极值：微小值光沿直线传播、极大值、稳定值。,数学表达：例如，光在非均匀介质中传播有A到B，n是位置函数n(s)。,注：光程取极值，上式的一阶导数为0,A,B,i,1,i,2,C,(x1,y1),(x2,y2),(x,0),n,1,n,2,x,y,光程(ACB)为：,例：用费马原理导出折射定律,光程取极值，只可能是微小值，光程对x求一阶导数,令其为0,有三角形几何关系可得:,第三节 光学系统的物像概念,光学设备一般都是由各种光学元件如透镜、棱镜、反射镜等按肯定的要求组合而成。这种光学元件的组合，称为光学系统或光组。光组的主要功能是成像。,球面光学系统,共轴球面光学系统,成像：发自某一物点的光线收敛于另一点时，就形成一个像。,注：物点是本身发光或受到光照的物体。,1.成像概念,物：光学系统入射光线会聚点的集合或入射光线延长线会聚点的集合，称该光学系统的物。,像：相应的，光学系统出射光线会聚点的集合或出射光线延长线会聚点的集合，称该光学系统的像。,实物像：实际光线的会聚点，能用接收器接收到，眼睛可以看到。,虚物像：实际光线的延长线的交点，不能用接收器接收到，眼睛可以看到。,注：,物和像是相对的；,物像共轭：把物放在像的位置，则其像就成在物原来的位置上。,物像的虚实关系,2.物空间和像空间,物空间物方：入射光线所在的空间；,像空间像方：出射光线所在的空间。,注：物空间和像空间是光学意义上的空间概念，不是几何位置的空间概念。,思考：物与像是否分别在物空间和像空间？,光学系统,实物成虚实象,光学系统,物空间,像空间,实物成实象,光学系统,虚物成实象,