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第10章 几何光学的近轴理论

10.2 几何光学的基本概念

1、几何光学是关于物体所发出的光线经光学系统成像的理论。

2、几何光学是建立在实验的基础之上的。

3、几何光学中，光的物理模型是几何学上的线，即”光线”。

4、“光线”模型来自于物理实验。

一、几何光学的实验定律

1、光的直线传播定律

        在均匀介质中，光沿直线传播。非均匀介质，光的传播发生偏折。

        几何光学的局限: a.几何光学是关于光的唯象理论；b.不涉及光的物理本质。c.对于光线，是无法从物理上定义其速度的;d.在几何光学领域，也无法定义诸如波长、频率、能量等物理量。

2、光的反射定律

        a.发射光在入射面内；b.反射角等于入射角。

3、光的折射定律（Snell定律）（法国笛卡尔定律）

        折射率：只与两种介质有关。

         光的色散：一束平行的白光（复色光） 从一种媒质（例如真空或空气）射入另一种媒质时只要入射角不等于0，不同颜色的光在空间散开来。说明不同颜色的光具有不同的折射角，即不同的折射率。

4、光路可逆原理

        光线如果沿原来反射和折射方向入看时，则相应的反射和折射光将沿原来的入射光的方向。（可以说是物像共轭）

二、费马（Fermat）原理

        光实际传播的路径，是与介质有关的。

        两点间光的实际路径，是光程平稳的路径。

        椭球面内两焦点间光的路径，光程是恒定的。 

        在椭球面上一点作相切的平面和球面，则经平面反射的光线中，实际光线光程最小，经球面反射的光线中，实际光线光程最大。

        抛物面焦点发出的光，反射后变为平行光，汇聚在无穷远处，光程为极大值。

        物像之间的等光程性

        物点Q与像点Q‘之间的光程总是平稳的，即不管光线经过何路径，凡是由Q通过同样的光学系统到达Q’的光线，都是等光程的。

三、几何光学定律成立的条件

1、光学系统的尺度远大于光波的波长。

2、介质是各向同性的。

3、光强不是很大

10.3 反射与折射的应用

10.3.1 光在平面上的反射

“虚光线”与“虚像”

         平面镜可以严格成像。

10.3.2 光在平面上的折射

1、折射光

        来自同一点光源的入射光，经平面折射后，其折射光线的反向延长线不再汇聚于同一点。因而严格说来，折射是不能成像的。

        不是不能成像，而是不能严格成像。

2、棱镜

3、全反射

4、全反射棱镜

5、光纤

        单根光纤不能传输图像