工程光學(xué)(幾何光學(xué)部分)第3章平面與平面系統(tǒng)課件

平面鏡能不能這樣成像?魔術(shù)破解

劉謙春晚鏡子魔術(shù)魔術(shù)師經(jīng)常利用平面鏡成像的特性進(jìn)行表演1出射光線不穩(wěn)定五角棱鏡兩反射面的夾角一定則出射光線穩(wěn)定掃描儀玻璃

手機(jī)鏡頭前面的藍(lán)寶石玻璃望遠(yuǎn)鏡顯微鏡分劃板2.

下圖為單反相機(jī)中使用反射棱鏡的情況。為什么不用反射鏡呢？1.不耐久2.光能損失3.裝校不便。反射棱鏡常用術(shù)語：棱——工作面的交線主截面——垂直于棱的截面光軸主截面——光學(xué)系統(tǒng)光軸所在的主截面光軸長度——光軸在棱鏡內(nèi)總的幾何長度入射面出射面反射面xyzz′y′x′

（a）等腰直角棱鏡，相當(dāng)于一個(gè)平面鏡。一次反射成鏡像，光軸轉(zhuǎn)90度。一次反射特點(diǎn)：指向光線傳播方向的坐標(biāo)軸始終沿光線出射方向，垂直于光軸主截面的坐標(biāo)方向不變，在主截面內(nèi)的坐標(biāo)方向改變，根據(jù)一次反射成鏡像判斷。（b）道威棱鏡yozxy'oz'x'yozxy'oz'x'yozxy'x'oz'潛望鏡反射棱鏡的作用之一潛望鏡光路圖1—旋轉(zhuǎn)直角棱鏡2—物鏡3—場鏡4—透鏡轉(zhuǎn)像5—道威棱鏡6—直角棱鏡7—分劃板8—目鏡

道威棱鏡90°旋轉(zhuǎn)后，像旋轉(zhuǎn)180°。道威棱鏡:繞光軸旋轉(zhuǎn)角，其對(duì)應(yīng)的反射像同方向2旋轉(zhuǎn)角。

1997年，跟蹤英國掃雷艦1996年跟蹤臺(tái)灣航渡潛艇1990年，跟蹤印度護(hù)衛(wèi)艦

印度護(hù)衛(wèi)艦xyz2、二次反射棱鏡—相當(dāng)于雙平面鏡系統(tǒng)z′x′y′(a)等腰直角棱鏡棱鏡兩反射面之間的夾角為：90°，使光線折轉(zhuǎn)180°。二次反射成像的特點(diǎn)：

成一致像；入射光線與出射光線之間的夾角取決于兩反射面之間的夾角。(b)五角棱鏡zxyy′z′x′棱鏡兩反射面之間的夾角為：45°，使光線折轉(zhuǎn)90°。（c）斜方棱鏡zxyz′x′y′

斜方棱鏡使光軸平移，多用于雙目鏡儀器中，調(diào)節(jié)目距。兩反射面之間的夾角為：180°，使光線折轉(zhuǎn)360°。3、三次反射棱鏡zxy斯密特棱鏡其特點(diǎn)是：光路在棱鏡中的光路很長，可以折疊光路，使儀器緊湊。入射光線與出射光線之間的夾角為45°z′y′x′

可用交線位于光軸主截面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的反射面來取代其中的一個(gè)反射面，使垂直于主截面內(nèi)的坐標(biāo)被這兩個(gè)相互垂直的反射面依次反射而改變方向，從而得到物體的一致像。（二）、屋脊面和屋脊棱鏡屋脊棱鏡直角棱鏡zxyz′x′y′zxyz′x′y′特點(diǎn)：指向光線傳播方向的坐標(biāo)軸始終沿光線出射方向，垂直于光軸主截面的坐標(biāo)方向反向，在主截面內(nèi)的坐標(biāo)方向根據(jù)一致像判斷。屋脊棱鏡的平面表示方法（三）、角錐棱鏡由立方體切下一個(gè)角而形成的。3、當(dāng)角錐棱鏡繞其頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，出射方向不變僅產(chǎn)生一個(gè)平移。2、當(dāng)光線以任意方向從底面入射，經(jīng)過三個(gè)直角面依次反射后，出射光線始終平行于入射光線。角錐棱鏡特點(diǎn)1、三個(gè)反射工作面相互垂直，底面是一等腰三角形，為棱鏡的入射面和出射面。

1969年7月﹐美國進(jìn)行第一次載人登月飛行﹐宇航員在月面上安放了第一個(gè)后向反射器裝置。它的大小為46厘米見方﹐上面裝有100個(gè)熔石英材料的后向反射器﹐每個(gè)直徑為3.8厘米。這種反射器實(shí)際上是一個(gè)光學(xué)的四面體棱鏡。它有一個(gè)很有用的特性﹕當(dāng)一束光線從第四面射入﹐經(jīng)過三個(gè)直角面依次反射后﹐仍從第四面射出﹐這一特性能保證反射光訊號(hào)沿原發(fā)射方向返回地面測站﹐使回波強(qiáng)度大大增加。這樣﹐利用面積很小的反射器組合就可以使地球上收到激光回波﹐而且波形不會(huì)因此變寬﹐因而可以達(dá)到很高的測距精度。后向反射器的應(yīng)用﹐使月球激光測距的精度大大提高。目前﹐在月球上共安放了五個(gè)后向反射器裝置﹐地面測距系統(tǒng)也日趨完善。近年來測距精度已達(dá)到8厘米左右。月球激光測距月球激光測距系統(tǒng)中采用的激光器大多是脈沖紅寶石激光器﹐脈沖功率高達(dá)千兆瓦﹐脈沖寬度為2～4毫微秒。激光束經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直后的發(fā)散角僅2～4角秒﹐一般幾秒鐘發(fā)射一次。發(fā)射和接收可使用同一個(gè)望遠(yuǎn)鏡﹐其口徑一般要大于1米。回波光訊號(hào)極其微弱﹐通常在接收器的陰極面上僅能產(chǎn)生一個(gè)光電子﹐所以相應(yīng)地發(fā)展了一套單光電子接收技術(shù)。這項(xiàng)長期實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有了一些成果：月球與地球的距離以每年3.8厘米的速率不斷的逐漸增加，這種速率已經(jīng)被認(rèn)為異常的高。月球很可能有個(gè)液態(tài)的核心，大約是月球半徑的20%。宇宙中的萬有引力是非常穩(wěn)定的。從1969年迄今牛頓引力常數(shù)

G的變化上限值小于1*10-11。在高精度下已排除任何"諾特維特效應(yīng)"(使地球和月球朝向太陽，與組成相關(guān)的微分加速度)的可能性，強(qiáng)烈支援強(qiáng)等效原理的有效性。月球激光測距實(shí)驗(yàn)結(jié)果的月球軌道精確度在愛因斯坦引力理論(廣義相對(duì)論)預(yù)測的范圍內(nèi)。例：如圖所示的棱鏡系統(tǒng)判斷圖中所示各棱鏡系統(tǒng)的成像方向xxzyyz判斷圖中所示各棱鏡系統(tǒng)的成像方向xxzyyz平行光經(jīng)透鏡成像于焦點(diǎn)F’上F′F平行光經(jīng)透鏡成像時(shí)加一平面鏡棱鏡等效作用與展開方法三、棱鏡和棱鏡的展開把平面鏡換成直角棱鏡A′等效光路A′A

把棱鏡的光軸主截面沿著它的反射面展開，即：按入射光線的順序，以反射面為鏡面，求其對(duì)稱像，并依次畫出反射棱鏡的展開圖。LD平行平板的厚度就是反射棱鏡的光軸長度(L)，它與棱鏡的通光光束口徑

(D)之比為棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)1.直角棱鏡展開

一次反射時(shí)

L—棱鏡的光軸長度，D—入射光束口徑LDL=Dk=1幾種典型棱鏡的展開二次反射時(shí)，L—棱鏡的光軸長度，D—入射光束口徑LDL=2DK=22.道威棱鏡展開LD3.半五角棱鏡展開4.等腰棱鏡展開5.五角棱鏡展開B

A'CAB'D'6.斯密特棱鏡展開LD燈塔硇(náo)洲燈塔------坐落在廣東省湛江市硇洲島上，始建于1899年，由廣州灣法國公使署主持設(shè)計(jì)和建造，是世界僅有的二座水晶磨鏡燈塔之一，與倫敦?zé)羲秃猛菬羲⒎Q世界著名的三大燈塔。燈塔的中央底部設(shè)有一封閉式能轉(zhuǎn)動(dòng)的托盤，內(nèi)置水銀，承托著整個(gè)燈座架。座架由160多條弧形水晶三棱鏡片組成一個(gè)焦距2米的拋物面反射架體，座架兩邊各圓的中心相對(duì)處，各裝有凸透鏡一片，座架中央懸掛現(xiàn)兩盞400瓦的水銀燈。強(qiáng)大的光束通過水晶三棱鏡以不同的位置、不同的角度互相折射，最后分別匯集在兩片凸透鏡上，以水平方向出射，射程為26海里。折射棱工作面工作面折射角主截面偏向角

光的色散現(xiàn)象證明：光學(xué)材料對(duì)不同的波長具有不同的折射率，且波長越短，折射率越大。鉆石的火彩,鉆石為高色散度的寶石。1.透射材料的光學(xué)特性

透射光學(xué)材料：光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料譜線符號(hào)A'rCDdeFgG'h顏色紅黃綠青藍(lán)紫波長(nm)768.2706.5656.3589.3587.6546.1