应用光学课件

应用光学应用#01-1绪论刘欣光信息2013行远楼A1022015,09,10Appliedoptics2•刘欣•18335134062•[e-mail]•物理与光电工程学院•新型传感器与智能控制教育部山西重点实验室•明向物电学院北楼411室Appliedoptics3微纳光电器件实验室Appliedoptics4历史数字总成绩=平时成绩*100%+期末成绩*80%•平时成绩(20分)=作业+出勤•07级：[13-98],74.2,92.54%•08级：[43-95],74.4,93.44%•09级：[15-98],80.2,98.36%•10级：[38-97],74.3,88.54%•11级：[34-94],68.6,87.72%•12级：[42-96],74.5,96.46%Appliedoptics5参考资料《ModernOpticalEngineering》WarrenJ.Smith,SPIEpress《工程光学》（第二版）郁道银、谈恒英.机械工业出版社.2006《实用光学手册》王之江.机械工业出版社.2006《应用光学题解》李林黄一帆.北京理工大学出版社.2006光学公司的产品手册：()Appliedoptics6光的世纪Appliedoptics7研究光、利用光：需要精密的光学系统作为平台Appliedoptics8Appliedoptics9Appliedoptics10应用光学光学系统设计之基础Appliedoptics11就一光学系统而言，可简单分为三部分：以相机为例光源景物传输透镜接收底片能被拍摄的景物大小、清晰与否均依赖于相机的光学传输部分——本质上是一种成像。成像性质与传输结构的关系1.《应用光学》研究什么？Appliedoptics12光源景物传输透镜接收底片应用光学，主要解决光传输过程中需要的器件及其性质、作用和设计等问题。1.《应用光学》研究什么？哪些器件？Appliedoptics132.《应用光学》包含什么？球面透镜及其系统棱镜及其系统成像质量成像范围或成像光线选择典型光学系统，几何光学基础；辐射度学、光度学基础；色度学基础……Appliedoptics143.《应用光学》课程性质及意义实用基础，为光学设计铺垫基础和常识。工业应用光学设计应用光学几何光学Appliedoptics153.《应用光学》课程性质及意义•中国仍然缺少优秀的光学设计师Appliedoptics16Youwillbe！Appliedoptics17C1.一些基本概念Appliedoptics18§1.1光线•本课程主要以几何光学为理论基础，从光线角度研究光的传播规律和传播现象。•光线=波矢方向At时刻t+Δt时刻•光线⊥波面波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面，等相面Appliedoptics19光束：光源发出的光波包含无数光线典型的几种光束：（1）平行光束波面为平面Appliedoptics20（3）像散光束：不严格交于一点，波面为非球面（2）同心光束：由一点发出或交于一点的光束；对应的波面为球面Appliedoptics21§1.2光的传播传播的分类灯泡空气玻璃光的传播可以分类为：1、光在同一种介质中的传播——直线传播；2、光在两种介质分界面上的传播——反射与折射。Appliedoptics•课外阅读——光纤（光波导）光纤通讯之父---高锟参考《光波导原理与器件》清华大学22Appliedoptics23§1.3光学系统及成像的概念常见光学系统Appliedoptics24常见光学零件透镜棱镜平面镜…Appliedoptics25光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求。Appliedoptics26一、光学系统分类按介质分界面形状分：球面系统：系统中的光学零件均由球面构成非球面系统：系统中包含有非球面共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对称轴线主要研究:共轴球面系统和平面镜、棱镜系统按有无对称轴分：共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴非共轴系统：没有对称轴线Appliedoptics27AA’从物点A发出的光线经光学系统（e.g.透镜）后汇聚成新的点，---像点A’注：光学系统起到变换光线方向的作用，根据光路可逆原理，这种变换是共轭的（物像共轭）。二、成像基本概念Appliedoptics28物、像空间•像：出射光线的交点实像点：出射光线的实际交点虚像点：出射光线延长线的交点实像空间:实像所在的空间虚像空间:虚像所在的空间•物：入射光线的交点实物点：实际入射光线的交点虚物点：入射光线延长线的交点实物空间：实物所在的空间虚物空间：虚物所在的空间Appliedoptics29☆物像空间折射率确定物空间折射率：按实际入射光线所在的空间折射率计算x而非按照物所处位置空间计算像空间折射率按实际出射光线所在的空间折射率计算Appliedoptics30三、基本成像单元---透镜1、透镜类型正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转Appliedoptics312、透镜成像原理正透镜：正透镜中心比边缘厚，光束中心部分走的慢，边缘走的快。AOPQPQO’A’P’Q’Appliedoptics32负透镜:负透镜边缘比中心厚，所以和正透镜相反，光束中心部分走得快，边缘走得慢。AA’出射光是否保持球面波，或是否同心光束，取决于透镜结构。若不能，则像散：e.g.物“点”---像“线”Appliedoptics33§1.4理想成像及理想光学系统一个系统成像最理想的情况或结果？成像清晰，必须一个物点成像为一个像点Appliedoptics34如果一个物点对应唯一的像点则直线成像为直线如果一个物点对应唯一的像点则平面成像为平面符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为理想像。能够成理想像的光学系统称为理想光学系统。Appliedoptics35☆共轴理想光学系统的成像性质1.轴上点成像在轴上2.位在过光轴的某一截面内的物点对应的像点位在同一平面内3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面来代表4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴5.当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似，即同一对共轭面上放大率不变。6.如果已知两对共扼面的位置和放大率；或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共轭点的位置，则其他一切物电的想点都可以确定。