工程光學(xué)-第三章

工程光學(xué)-第三章1第一頁，共四十頁，2022年，8月28日主要用途：

改變光路方向轉(zhuǎn)像、倒像、分光產(chǎn)生色散用于光譜分析………………第三章平面與平面系統(tǒng)2第二頁，共四十頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容：

平面鏡成像平行平板反射棱鏡折射棱鏡與光楔光學(xué)材料3第三頁，共四十頁，2022年，8月28日一、平面鏡成像

它是唯一能成完善像的最簡單的光學(xué)元件。第一節(jié)平面鏡成像1、成像原理：

RAQPA’QP

AP=A’PA’點(diǎn)位置與入射角無關(guān),完善成像.4第四頁，共四十頁，2022年，8月28日2.成像性質(zhì):令r=,n’=-n,由球面成像公式可得y’=y正立的像;l’=-l分布在兩側(cè),成虛像;=1等大的像;因此，等大正立的像與物完全對(duì)稱于平面鏡。5第五頁，共四十頁，2022年，8月28日3、物理解釋：對(duì)稱性

這種對(duì)稱性，使一個(gè)右手坐標(biāo)系的物，變換成左手坐標(biāo)系的像。例如照鏡子時(shí)的右手只能與鏡中的你的左手重合。這種像稱為鏡像。6第六頁，共四十頁，2022年，8月28日（1）奇數(shù)次反射成鏡像，偶數(shù)次反射成與物一致的像。（2）當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，其像反方向旋轉(zhuǎn)相同的度數(shù)。

7第七頁，共四十頁，2022年，8月28日二、平面鏡旋轉(zhuǎn)特性

入射方向不變,旋轉(zhuǎn)平面鏡,反射光線的變化規(guī)律.(I1’’+)-(-I’’)根據(jù)反射定律:(I1+)-I=(I1-I)+=2I1-I1’’8第八頁，共四十頁，2022年，8月28日重要特性：當(dāng)入射光線方向不變而使平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，反射光線的方向改變2角。（偏轉(zhuǎn)角與入射角大小無關(guān)）應(yīng)用：測量微小角度或位移—光學(xué)杠桿9第九頁，共四十頁，2022年，8月28日LMFyf’xa2B測量微小角度:測量微小位移:其中,K為光學(xué)杠桿的放大倍數(shù).10第十頁，共四十頁，2022年，8月28日三、雙平面鏡成像PQRO1O2MN-I1I1’I2-I2’性質(zhì)：在雙平面鏡系統(tǒng)中，出射光線和入射光線的夾角與入射角無關(guān)，只取決于雙面鏡的夾角α。

公式:β＝2α

在O1O2M中,在O1O2N中,因此,11第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日上述性質(zhì)也可以結(jié)合單平面鏡旋轉(zhuǎn)成像特點(diǎn)，很容易論證。I1-I1’’=212第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日

根據(jù)這一性質(zhì)，如果雙面鏡的夾角固定，當(dāng)入射光線方向一定時(shí)，雙面鏡繞其棱邊旋轉(zhuǎn)時(shí)，出射光線方向始終保持不變。這一性質(zhì)用于雙面鏡折轉(zhuǎn)光路非常有利，其優(yōu)點(diǎn)在于，只需加工并調(diào)整好雙面鏡的夾角，而對(duì)雙面鏡的安置精度要求不高，不像單個(gè)反射鏡折轉(zhuǎn)光路時(shí)調(diào)整困難。13第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日連續(xù)一次像：連續(xù)一次成像可以認(rèn)為是由物體繞棱邊旋轉(zhuǎn)2角而形成的,旋轉(zhuǎn)方向由第一反射鏡到第二反射鏡.14第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日第二節(jié)平行平板定義：平行平板是由二個(gè)相互平行的折射平面構(gòu)成的光學(xué)元件，如分劃板、微調(diào)平板等。

dn15第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日一、平行平板的成像特性

n角度關(guān)系:成像特性:16第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日光線經(jīng)平行平板后方向不變；平板是個(gè)無光焦度元件，不會(huì)使物體放大或縮小，在系統(tǒng)中對(duì)光焦度無貢獻(xiàn)。

17第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日光線經(jīng)平行平板后，產(chǎn)生側(cè)向位移△T和軸向位移△L’：

PRQP’顯然,18第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日軸向位移△L’隨入射角I1，(即孔徑角U1)的不同而變化.這表明:軸上點(diǎn)發(fā)出的不同孔徑的光線經(jīng)平板后與光軸的交點(diǎn)不同。因此,平行平板不能成完善像。

由像的位置可知:19第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日二、平行平板的等效光學(xué)系統(tǒng):應(yīng)用

1.平行平板的傍軸成像在傍軸區(qū)以細(xì)光束成像時(shí),I1和I1’都很小,因此軸向位移為20第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日物理意義：在傍軸區(qū)，平行平板的軸向位移只與其厚度d和折射率n有關(guān)，與入射角無關(guān)。因此，平行平板在傍軸區(qū)以細(xì)光束成像是完善的。這時(shí),像可認(rèn)為是由物移動(dòng)一個(gè)軸向位移而得到的.

21第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日2.等效空氣平板作用:借助等效空氣平板的成像,結(jié)合軸向位移公式,來確定實(shí)際的平行玻璃平板的成像.優(yōu)點(diǎn):無需對(duì)平行玻璃平板進(jìn)行逐面成像計(jì)算.只需考慮平行玻璃平板的入射面和出射面的位置.等效厚度:22第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日第三節(jié)反射棱鏡反射棱鏡：將一個(gè)或多個(gè)反射面磨制在同一塊玻璃上的光學(xué)元件。作用：折轉(zhuǎn)光路、轉(zhuǎn)像、倒像和掃描等。

23第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日一、名詞解釋

棱鏡的光軸：光學(xué)系統(tǒng)的光軸在棱鏡中的部分.棱鏡光軸為折線。光軸的折射次數(shù)=棱鏡反射面數(shù)棱鏡的棱：工作面(反射面和折射面)間的交線。主截面：垂直于棱線的平面。光軸位于主截面內(nèi)——光軸截面

24第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日二、反射棱鏡的類型

大體分為四類：

簡單棱鏡屋脊棱鏡立方角錐棱鏡復(fù)合棱鏡

25第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日1.簡單棱鏡1)一次反射棱鏡:一個(gè)反射面26第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日2)二次反射棱鏡:兩個(gè)反射面相當(dāng)于一個(gè)雙面鏡:其出射光線與入射光線的夾角取決于兩反射面的夾角，像與物一致，不存在鏡像。27第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日3)三次反射棱鏡:三個(gè)反射面斯密特棱鏡:出射光線與入射光線夾角為45度,奇次反射成鏡像.優(yōu)點(diǎn):光線在棱鏡中的光路很長,可以折疊光路,使儀器結(jié)構(gòu)緊湊.28第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日屋脊棱鏡,立方角錐棱鏡,復(fù)合棱鏡(自學(xué))29第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日第四節(jié)折射棱鏡與光楔

折射棱鏡：通過兩個(gè)表面對(duì)光線的折射進(jìn)行工作的棱鏡.折射棱:兩折射面的交線稱折射棱.折射角:兩折射面間的二面角α稱為折射棱鏡的折射角。主截面:垂直于折射棱的平面稱為折射棱鏡的主截面。

30第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日一、折射棱鏡的偏轉(zhuǎn)1.偏向角δ，其符號(hào)規(guī)定為：由入射光線以銳角轉(zhuǎn)向出射光線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。nI131第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日2.偏向角δ的計(jì)算：對(duì)入射、出射兩面用折射定律兩式作差，使用和差化積公式在法線與折射光線構(gòu)成的三角形中在三條光線構(gòu)成的三角形中32第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日可求得偏向角δ為：上式表明，偏向角δ與α，n和I1有關(guān)，對(duì)于給定棱鏡，α，n是一定的，δ隨I1的變化過程中有一極小值δm。33第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日可以證明，當(dāng)I1=-I'2,I'1=-I2時(shí)，δm為極小值。

nI1常利用折射棱鏡的最小偏向角法測量玻璃的折射率。

34第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日二、光楔及其應(yīng)用

1.定義:折射角很小的棱鏡稱為光楔。2.偏向角公式:當(dāng)I1很小時(shí)，折射棱鏡偏向角公式簡化為35第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日結(jié)論：當(dāng)光線垂直入射或接近垂直入射時(shí)，所產(chǎn)生的偏向角僅由光楔的折射角和折射率所決定。36第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日3.將垂軸的微小位移y轉(zhuǎn)換為沿軸的大位移x進(jìn)行測量.37第三十七頁，共四十頁，2022年，8月28日三、棱鏡色散

1.色散：白光經(jīng)棱鏡后被分解為各種色光，在棱鏡后將看到各種顏色，這種現(xiàn)