眼應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ).ppt

1、眼應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ),第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識,幾何光 學(xué),光的直線傳播,光的反射,光的折射,分類,定律,條件,規(guī)律,應(yīng)用,凸透鏡成像,一、光的傳播 1、光源 能夠 發(fā)光的物體叫光源。 如: 太陽、發(fā)光的電燈、熒火蟲都是光源。 月亮本身不發(fā)光，它不是光源。 2、光在同一種均勻物質(zhì)中是沿直線傳播的。 光在不同物質(zhì)中傳播的速度是不同的， 在真空中傳播的速度最大，為3108 m/s。,自身,影子,由于光沿直線傳播，在光的傳播過程中，遇到不透明的物體時，在物體后面就形成一個光不能到達的區(qū)域，從而形成一塊陰影，這個陰影就是物體的影子。,日食、月食的形成,太陽,月球,地球,日食的形成,二、光的反射現(xiàn)象 1、

2、光的反射現(xiàn)象 光射到兩種介質(zhì)的分界面時，有一部分光被 反射回去的現(xiàn)象叫光的反射。 例如：我們能看到不發(fā)光的物體，就是由于物體 反射的光緣故。,2、光的反射定律 反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)， 反射光線和入射光線分別位于法線兩 側(cè)， 反射角等于入射角。 （可簡記為“三線共面、法線居中、兩角相等”）,入射角,反射角,入射光線,反射光線,1)求作反射光線,2)已知物像，求作鏡面,3）（如圖）太陽光與水平面成60角，要用一平 面鏡把太陽光反射到豎直的井底，畫出平面鏡放置的位置.,60O,4)從S發(fā)出的光經(jīng)平面鏡過A點。,A,三、光的折射 1、光的折射現(xiàn)象 光由一種物質(zhì)進入另一種物質(zhì)時傳播方向發(fā)

3、生改變的現(xiàn)象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子變彎折了，就是由于光的折射的緣故。 2、折射規(guī)律 折射光線、入射光線、法線在同一平面時，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。 光從空氣斜射到水或其他介質(zhì)時，折射角小于入射角；光從水或其他介質(zhì)斜射到空氣時，折射角大于入射角。,空氣,水,水池變“淺”了；插入水中的筷子變彎了；海市蜃樓等。,習(xí)題,入射光線,入射光線,折射光線,折射光線,入射角,入射角,折射角,折射角,畫出下圖中的折射光線。,玻 璃,玻 璃,凸透鏡對光起會聚作用：,凹透鏡對光起發(fā)散作用：,光的折射定律 折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正

4、弦與折射角的正弦成正比 折射率 (1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率 （2）表達式：n= 折射率可記憶為 折射率可記憶為,基礎(chǔ)知識梳理,物理意義 折射率是表示光線從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，發(fā)生偏折程度的物理量，與入射角i及折射角大小無關(guān) 折射率和光速的關(guān)系 折射率和光在介質(zhì)中傳播的速度有關(guān)，當(dāng)c為真空中的光速，v為介質(zhì)中的光速時n=c/v,式中c 3.0108 m/s，n為介質(zhì)的折射率，總大于1，故光在介質(zhì)中的傳播速度必小于真空中的光速 在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的,基礎(chǔ)知識梳理,二、全反射 1光密介質(zhì)與光疏介質(zhì),

5、光密,光疏,全反射現(xiàn)象： 光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)的分界面上時，光全部反射回光密介質(zhì)的現(xiàn)象 臨界角：折射角等于90時的入射角叫做臨界角用公式表示sinC=1/n 發(fā)生全反射的條件 (1)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) (2)入射角 臨界角,第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像 一、單折射球面的成像,單球面近軸區(qū)的物像關(guān)系,引言,由第七章的內(nèi)容可知，當(dāng)物體通過折射球面成像時，除 位于近軸區(qū)內(nèi)的物體外，均不能成完善像。但近軸區(qū)的成像 范圍和光束寬度均很小，實用意義不大。 如果能把近軸光學(xué)系統(tǒng)成完善像的范圍擴大到任意空間， 即空間任意大的物體以任意寬的光束通過光學(xué)系統(tǒng)時均能成 完善像，則這樣的光學(xué)系統(tǒng)成

6、為理想光學(xué)系統(tǒng)。,理想光學(xué)系統(tǒng)具有以下基本特性：, 點成點像 物空間的每一點，在像空間必有一個點與之對應(yīng)，且只有一 點與之對應(yīng)，這兩個對應(yīng)點稱為物像空間的共軛點。, 線成線像 物空間的每一條直線在像空間必有一條直線與之對應(yīng)，且只有 一條直線與之對應(yīng)，這兩條對應(yīng)直線稱為物像空間的共軛線。, 平面成平面像 物空間的每一個平面，在像空間必有一個平面與之對應(yīng)，且只 有一個平面與之對應(yīng)，這兩個對應(yīng)平面稱為物像空間的共軛面。,推廣：, 對稱軸共軛 物空間和像空間存在著一對唯一的共軛對稱軸。當(dāng)物點A繞物 空間的對稱軸旋轉(zhuǎn)一個任意角時，它的共軛像點A也繞像空間 的對稱軸旋轉(zhuǎn)同樣的角度，這樣的一對共軛軸稱為光軸

7、。, 物空間的任一個同心光束必對應(yīng)于像空間中的一個同心光束。, 若物空間中的兩點與像空間中的兩點共軛，則物空間兩點的 連線與像空間兩點的連線也一定共軛。, 若物空間任意一點位于一直線上，則該點在像空間的共軛點 必位于該直線的共軛線上。,上述定義只是理想光學(xué)系統(tǒng)的基本假設(shè)。在均勻透明介質(zhì)中， 除平面反射鏡具有上述理想光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)外，任何實際的光學(xué) 系統(tǒng)都不能絕對完善成像。,研究理想光學(xué)系統(tǒng)成像規(guī)律的實際意義是用它作為衡量實際光 學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的標準。通常把理想光學(xué)系統(tǒng)計算公式（近軸光 學(xué)公式）計算出來的像，稱為實際光學(xué)系統(tǒng)的理想像。另外，在 設(shè)計實際光學(xué)系統(tǒng)時，用它近似表示實際光學(xué)系統(tǒng)所成像的

8、位置 和大小，即實際光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的初始計算。,理想光學(xué)系統(tǒng)的基本特性很重要，它是推導(dǎo)幾何光學(xué)許多重 要定律的基礎(chǔ)。在今后學(xué)習(xí)中注意領(lǐng)會其思想。,理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面是指表征理想光學(xué)系統(tǒng)特性的 焦點、焦平面、主點、主平面。利用這些特殊的點和面來討論 光學(xué)系統(tǒng)的成像特性，可使討論的問題大為簡化。,物方焦平面 通過物方焦點F且垂直于光軸的平面。,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面 通過像方焦點F且垂直于光軸的平面。,物方焦平面的共軛像面在無窮遠處，物方焦平面上任何一點發(fā)出 的光束，經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后必為一平行光束。同樣，像方焦平面的 共軛面也在無窮遠處，任何一束入射的平行光，經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后 必會

9、聚于像方焦平面的某一點。,注意：焦點和焦平面是理想光學(xué)系統(tǒng)的一對特殊的點和面。 焦點F和F彼此之間不共軛，兩焦平面彼此之間也不共軛。,如圖，平行光線AE1和FO1 的交點與像方共軛光線 和 的交點F共軛，所以 F是物方無窮遠軸上點的像， F點稱為理想光學(xué)系像方焦 點。由此，任一條平行光軸 的入射線經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后， 出射線必過F點。,同理，有一物方焦點F，它與像方無窮遠軸上點共軛。任一條 過F點的入射線經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后，出射線必平行于光軸。,F,A,E1,F,O1,像方焦點,物方焦點,Gk,Ok,物方焦平面 通過物方焦點F且垂直于光軸的平面。,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面 通過像方焦點F

10、且垂直于光軸的平面。,物方焦平面的共軛像面在無窮遠處，物方焦平面上任何一點發(fā)出 的光束，經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后必為一平行光束。同樣，像方焦平面的 共軛面也在無窮遠處，任何一束入射的平行光，經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后 必會聚于像方焦平面的某一點。,注意：焦點和焦平面是理想光學(xué)系統(tǒng)的一對特殊的點和面。 焦點F和F彼此之間不共軛，兩焦平面彼此之間也不共軛。,Q,Q,H,H,如圖，入射光線AE1和出射光線GkF 的 延長線相交于點Q，F(xiàn)G1和 EkB的延長線交于點Q，設(shè)AE1和EkB具有同樣的高度，則光線AE1和GkF 共軛， FG1和EkB共軛，則共軛線的交點Q和Q必共軛。由此推得，過Q和 Q點作垂直于光軸的平面Q

11、H和QH也相互共軛。,圖中QH和Q H 具有同 樣的高度，且位于光軸 的同側(cè)（上側(cè)），故這 兩面的垂軸放大率 +1，稱這對垂軸放大率 為+1共軛面為主平面。,主平面,u,-u,h,像方焦距：像方主點到像方焦點F的距離，以 f 表示。,焦距的正負是以相應(yīng)的 主點為原點來確定，如果 由主點到相應(yīng)焦點的方向 與光線傳播方向一致，則 焦距為正，反之為負。如 圖，f 0，且：,物方焦距：物方主點到物方焦點F的距離，以 f 表示。,8.1 基本特性、基點和基面8.1.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面,物方焦平面 通過物方焦點F且垂直于光軸的平面。,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面 通過像方焦點F且垂直于光軸

12、的平面。,8.1 基本特性、基點和基面8.1.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面,物方焦平面 通過物方焦點F且垂直于光軸的平面。,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面 通過像方焦點F且垂直于光軸的平面。,8.1 基本特性、基點和基面8.1.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面,物方焦平面 通過物方焦點F且垂直于光軸的平面。,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面 通過像方焦點F且垂直于光軸的平面。,1圖解法求像 對于多個光組的圖解法求像，其求解過程與單個光組相似，需要注意的是前一光組的像就是后一光組的物。按照這一思路，利用追蹤典型光線的方法逐個光組圖解法求像，最后得到的像就是多個光組所成的像。 2. 解析法求像

13、第一種方法是逐個光組計算法，最后求出像的位置及成像性質(zhì)；第二種方法是等效光學(xué)系統(tǒng)法；第三種方法就是正切計算法。 2.1逐個光組計算法 該方法就是從第一個光組開始對每個光組利用牛頓公式或高斯公式，前一光組所成的像就是后一光組的物，所以，該方法需要確定出相鄰兩光組之間的過渡公式。每個光組的焦距和焦點、主點位置以及光組間的相互位置均為已知。,圖2-26 相鄰兩光組間的關(guān)系,看如圖2-26所示兩個光組的情況，物點 被第一光組成像于 ,它就是第二個光組的物 。兩光組的相互位置以距離 = 來表示。由圖可見有如下的過渡關(guān)系 = = 上式中， 為第一光組的像方焦點 到第二光組物方焦點 的距離，即 = ,稱為光

14、學(xué)間隔。它以前一個光組的像方焦點為原點來決定其正負，若它到下一個光組物方焦點的方向與光線的方向一致，則為正；反之，則為負。,光學(xué)系統(tǒng)的光闌 一、光闌的分類 1孔徑光闌(有效光闌)： 限制軸上物點成像光束立體角的光闌決定光軸上點發(fā)出的平面光束的孔徑角。 2視場光闌： 安置在物平面或象平面上限制成像范圍的光闌。 3消雜光光闌： 攔截部分雜光的光,（1） 保證近軸條件，改善成像質(zhì)量（像的清晰度），控制景深 （2） 控制成像物空間的范圍 （3） 控制像面的亮度,（1） 孔徑光闌：諸擋光孔中,最有效的控制成像光束光能量者，稱為孔徑光闌簡稱孔闌,1) 光闌的作用：,2) 光闌的種類：,瞳孔,（2）視場光闌

15、 ：諸擋光孔中,最有效的控制成像物空間范圍者，稱為視場光闌.簡稱場闌,人眼瞳孔：孔徑光闌，,窗,窗：視場光闌,物點,1、孔徑光闌的定義和作用,孔徑光闌 (Aperture Stops), 含義1：限制軸上物點成像光束孔徑角大小的光闌。, 含義2：孔徑光闌的位置不同，但都起到了對軸上物點成像光束寬度的限制作用；只需相應(yīng)的改變光闌大小，即可保證軸上物點成像光束的孔徑角不變。,含義3：孔徑光闌的位置不同，則對應(yīng)于選擇軸外物點發(fā)出光束的不同部分參與成像。, 孔徑光闌的定義： 1）限制軸上物點成像光束孔徑角的大?。▽挾龋?； 2）選擇軸外物點成像光束的位置。,2、入射光瞳與出射光瞳(Entrance an

16、d Exit pupils), Pupils： The image of the Aperture Stops,入射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像（物空間） 出射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像（像空間）,照相機鏡頭中的孔徑光闌,孔徑光闌,孔徑光闌,物像關(guān)系,孔徑光闌,底片,孔徑光闌,視場光闌,底片,2.2 像差,非近軸成像,1. 球差,軸上物點發(fā)出的寬光束經(jīng)薄透鏡后不再交于一點,無論屏在何處都將出現(xiàn)彌散斑,度量球差大小,會聚透鏡,發(fā)散透鏡,可選取不同曲率的透鏡或復(fù)合透鏡消球差,單色像差,2. 彗差,軸外傍軸物點發(fā)出的寬光束經(jīng)透鏡折射后不再交于一點，而在高斯像面上形成彗星狀彌散斑

17、,注意：球差和彗差往往同時存在，消除球差后才明顯觀察到彗差。,已消除球差后傍軸物點寬光束成像的條件：一對共軛點,阿貝正弦條件,3. 像散,遠離軸上物點發(fā)出的窄光束經(jīng)透鏡后不再交于一點,引入子午平面和弧矢平面,子午光束和弧矢光束,4. 像場彎曲,垂直于光軸的平面物體只有在近軸區(qū)域才近似成像為 一個平面，對較大物面，像面不是平面而是曲面場曲,二.色差,光的顏色由光的頻率決定,顏色由波長決定,1.光的色視覺,理想單色光,多種單色光疊加在一起復(fù)色光,注意：白光為復(fù)色光，能形成白色光的兩種單色光稱為互補色：紅與青 綠與品紅 藍與黃,注意：復(fù)色光照在某種表面由于反射或吸收率對波長具有選擇性，同種復(fù)色光在不

18、同表面的反射得到的視覺效果是不同的。,2. 透鏡的色差,透明介質(zhì)折射率與入射波長相關(guān),位置色差,放大率色差,單個透鏡無法消除色差,用凹透鏡與凸 透鏡粘和起來，其系統(tǒng)主面與透鏡重合 可消放大率色差,要完全消除色差,必須使透鏡系統(tǒng)的焦距相等、焦點重合,光的干涉,S1,S2,水波的干涉,1.什么是波的 干涉？ 2. 波的干涉條 件是什么？ 相干波源 f1 = f2,S1,S2,相干光源,S1,SS1=SS2 S1、S2相干光源: 1.頻率相同 2.振動方向相同 3.相差恒定,演示:雙縫干涉,P1,S1,S2,S,P. 亮紋: r=r2-r1=n (n=0,1,2),光的干涉產(chǎn)生的原因,P,P1,Q1

19、,S1,S2,S,Q.暗紋: r=r2-r1=(2n-1)/2 (n=1,2),條紋間距的推導(dǎo),ld, r=r2-r1 =dsin x =ltan lsin r=r2-r1 dx/l 亮紋條件: dx/l =k (k=0,1,2) 亮紋中心位置: x =kl/d 條紋間距: x =l/d,雙縫干涉的條紋間距,條紋間距： X=L / d,測X、L、 d,雙縫干涉的條紋間距,1.增大雙縫間的距離， 條紋間距_ 2.增大像屏到雙縫的距離， 條紋間距_ 3. 增大光的波長， 條紋間距_,增大,增大,減小,各種色光在真空中的波長和頻率,光的顏色是由波長(頻率)決定的. 紅紫:波長減小,頻率增大.,鞏固1

20、,在雙縫干涉實驗中,以白光為光源,在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋,若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片，另一縫前放一綠色濾光片,這時 A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋 B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失,其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在,但屏上仍有光亮 D.屏上無任何光亮,【C】,O,如圖，SS1=SS2，S1O=S2O，用 白光作雙縫干涉實驗，屏上得 到的干涉條紋是 A.黑白的，O是亮紋 B.黑白的，O是暗紋 C.彩色的，O是亮紋 D.彩色的，O是暗紋,【C】,鞏固2,白光的干涉圖樣,鞏固4,利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時，有下面幾種說法,其中正確的是 ： A.將屏

21、移近雙縫，干涉條紋間距變窄 B.將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬 C.將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬 D.換一個兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄 E.去掉濾光片后， 干涉現(xiàn)象消失,【ABD】,測量光的波長:條紋間距 x =l/d,薄膜兩表面的反射光的疊加,薄膜干涉,明,暗,薄膜兩表面的反射光的疊加,薄膜干涉,d1,d2,薄膜干涉,薄膜干涉的應(yīng)用等傾法檢查平整度,被測面,標準面,空氣薄膜,鞏固1,圖中所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平的裝置.所用單色光是用普通光源加濾光片產(chǎn)生的.檢查中所觀察到的干涉條紋是由下列哪兩個表面反射的光線疊加而成的? A.

22、a的上表面和b的下表面 B. a的上表面和b的上表面 C. a的下表面和b的上表面 D. a的下表面和b的下表面,【C】,鞏固2,劈尖干涉是一種薄膜干涉,其裝置如圖1所示.將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜.當(dāng)光垂直入 射后，從上往下看到的干涉條紋如圖2所示. 現(xiàn)若在圖1裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從 上往下觀察到的干涉條紋 A變疏B變密 C不變D消失,【A】,增透膜,照相機鏡頭上涂有一層增透膜,增強了綠光的透射能力,看上去呈淡紫色.以表示綠光的波長,則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為 A. /8 B. /4 C

23、. /3 D. ,【B】,牛頓環(huán),凸透鏡的彎曲表面是個球面,球表面半徑叫做這個曲面的曲率半徑.把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上,讓單色光從上方射入,從上往下看凸透鏡,可以看到亮暗相間的圓環(huán)狀條紋. 1.這些環(huán)狀條紋是怎樣產(chǎn)生的? 2.換曲率半徑更大的凸透鏡,觀察到的圓環(huán)半徑怎樣變化? 3.該波長更大的單色光照射,觀察到的圓環(huán)半徑怎樣變化?,變大,變大,光 的 衍 射,水波的傳播,S,水波的衍射,S1,光的直線傳播,S,光的衍射,S,光的衍射,光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象。衍射時產(chǎn)生的明暗條紋叫衍射圖樣。,光的衍射條件,障礙物或孔的尺寸小于 波長或者和波長差不多。,單縫衍射條紋,中央

24、條紋亮而寬， 兩側(cè)條紋較暗較窄,單縫衍射條紋,波長越大，衍射越明顯,白光的單縫衍射條紋,光直線傳播形成的影,圓屏衍射,S,泊松亮斑,圓孔衍射,S,圓孔衍射,比較:雙縫干涉與單縫衍射圖樣,比較:圓孔衍射與泊松亮斑（圓屏衍射）,練習(xí)1,用單色光照射雙縫，在像屏上觀察到明暗相間的干涉條紋，現(xiàn)用遮光板將其中的一個縫擋住，則像屏上觀察到 A、寬度均勻的明暗相間的條紋。 B、中央亮而寬，兩邊窄而暗條紋。 C、一條亮紋。 D、一片亮光。,【B】,練習(xí)2：觀察實驗回答下列問題,1.在觀察光的衍射現(xiàn)象的實驗中,通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫,觀看遠處的日光燈管或線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫),可以看

25、到 A.黑白相間的直條紋 B.黑白相間的弧形條紋 C.彩色的直條紋 D.彩色的弧形條紋.,【C】,2.某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點： A.若狹縫與燈絲平行，衍射條紋與狹縫平行 B.若狹縫與燈絲垂直，衍射條紋與狹縫垂直 C.衍射條紋的疏密程度與狹縫寬度有關(guān) D.衍射條紋的間距與光的波長有關(guān),【ACD】,3.如圖所示是用游標卡尺兩測腳間的狹縫觀察日光燈光源時所看到的四個現(xiàn)象.當(dāng)游標卡尺兩測腳間的狹縫寬度從0.8mm逐漸變小時,所看到的四個圖像的順序是 .,abcd,練習(xí)3,下列現(xiàn)象各屬于光的什么現(xiàn)象？ A、雨后的彩虹。 B、陽光下的肥皂泡

26、呈現(xiàn)彩色條紋。 C、樹葉上的露珠在陽光照射下呈現(xiàn) 彩色的條紋。 D、光照射到圓屏后在其陰影中出現(xiàn) 亮點。,橫波的偏振現(xiàn)象,只有橫波才有偏振現(xiàn)象.,觀察思考,讓陽光或燈光通過偏振片P,在P的另一側(cè)觀察. 1.以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片P,透射光的強度是否發(fā)生變化? 2.在P的后面再放置另一個偏振片Q,以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片Q,通過兩塊偏振片的透射光的強度怎樣變化?,P-起偏器 Q-檢偏器,幾個結(jié)論,1.偏振光:在垂直于傳播方向的平面上,只沿一個特定的方向振動. 2.光是一種橫波. 3.太陽光是自然光(光振動沿各方向均勻分布). 4.自然光在介質(zhì)表面反射時,反射光和折射光都是偏振光.,偏振

27、現(xiàn)象的應(yīng)用,非球面鏡利用鏡片邊緣曲率與中央部份曲率的差異，將聚焦于前方的光線移后到正確的對焦點，令成像更加銳利,天空為什么是藍色的？這并不是一個充滿童稚的問題，直到1871年，瑞利（Lord John William Strutt Rayleigh 18421919,1904年獲得諾貝爾物理學(xué)獎）提出的瑞利散射理論才圓滿得解釋了這個問題。白天得時候太陽照射地球表面，太陽光在穿過大氣層時，各種波長的光都要受到空氣的散射，其中波長較長的波散射較小，大部分傳播到地面上，這些光綜合起來呈現(xiàn)出黃色。而波長較短的藍、綠光，受到空氣散射較強，天空中的藍色正是這些散射光的顏色，因此天空會呈現(xiàn)藍色。平日里，我們

28、看到大海所呈現(xiàn)出的藍色也是因為散射造成的。,我們在生活在地球上，有白天和晚上之分的原因也是大氣層的散射。如果沒有散射，我們在白天看到的天空將與晚上一樣，在散射粒子線度很小的情況下（主要發(fā)生瑞利散射），散射光是偏振光。因此我們在攝影時可以用偏振濾鏡來加強藍天白云的效果。,拉曼散射（Raman scattering），光通過介質(zhì)時由于入射光與分子運動相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射。又稱拉曼效應(yīng)。 光通過介質(zhì)時，因其無規(guī)則熱運動的彈性波引起的散射。 這是一種光與物質(zhì)作用后的一種光現(xiàn)象。很早人們就發(fā)現(xiàn)了光與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象，如瑞利散射，它使大氣顯藍色；如丁達爾散射在乳濁懸浮液中的表現(xiàn)為顆粒的米氏

29、散射。我們稱以上為彈性散射，其入射光頻率與反射光頻率一樣。從彈性反射的名稱中我們能夠體會到為其取名的人是何等自信光就是粒子。既然有彈性反射，那就應(yīng)該有非彈性反射，當(dāng)然是有的：在物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)中，光照射在分子、原子等微粒的轉(zhuǎn)動、振動、晶格振動及各種微粒運動參與的作用下，光的散射頻率不等同于入射頻率的現(xiàn)象叫非彈性散射。最典型的當(dāng)然要數(shù)拉曼、布里淵散射。布里淵散射的本質(zhì)是入射光與聲子相互作用。,當(dāng)一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現(xiàn)的一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象叫丁達爾現(xiàn)象，也叫丁達爾效應(yīng)（Tyndall effect）、丁澤爾現(xiàn)象、丁澤爾效應(yīng)。,能夠親自觀測到日食引起的絢麗神奇的

30、魔幻自然奇觀，固然是幸運的?？墒侨帐澈?，很多人因為裸眼觀日食，或者護目設(shè)備不合格，引發(fā)了觀日食“后遺癥”，醫(yī)學(xué)上稱之為“日蝕盲”，據(jù)了解如果裸眼觀測日食10秒鐘，視網(wǎng)膜就會灼傷，嚴重時候會導(dǎo)致永久失明。從有關(guān)專家了解到，這主要是由于雙眼直視太陽，產(chǎn)生了眩光，怕亮的癥狀，并引發(fā)了視力衰退。,認識眩光 眩光是讓人眼不舒服的光照現(xiàn)象，當(dāng)眼睛觀測的視野范圍內(nèi)，有光源的亮度極高或是環(huán)境背景與視野中心的亮度差較大時，就會產(chǎn)生眩光現(xiàn)象。除了百年難得一遇的日食，眩光其實在生活中無處不在。比如我們在夜晚開車時，突然眼睛被對面開遠光燈的車照射，夜晚在睡夢醒來突然眼睛被燈光照射，打開電視電腦顯示器高亮等都是眩光污染

31、在生活中的具體體現(xiàn)。如果眼睛長期承受眩光污染，會讓青少年容易患上近視，老年人得白內(nèi)障的幾率大幅度上升。,防眩光 可以采用防眩光鏡（偏光鏡） 反射光與強光無所不在，如汽車玻璃、水波、雪地及路面的眩光，或來自太陽直射之強光時干擾人類眼睛視力，使人無法看清楚物體，一般有色太陽眼鏡完全無法消除這些惱人光線，偏光鏡片卻能徹底消除各種眩光，反射光與強光，其鏡片中間層的薄膜偏光欄，有如窗戶的百葉窗，將各種雜亂無章的光線如回射反光、眩光或直射強光皆被細小密集的偏光欄阻隔于外，使光線變成平行光線進入您的眼睛。,前后表面均為球面，或一面為球面、另一面為平面的透鏡。,定義,球 面 透 鏡,F,F,物距大于2f成像規(guī)

32、律,成倒立、縮小的實像，像與物異側(cè)，物距大于像距,F,F,物距等于2f成像規(guī)律,成倒立、等大的實像，像與物異側(cè)，物距等于像距,F,F,物距小于2f、大于f的成像規(guī)律,成倒立、放大的實像，像與物異側(cè)，物距小于像距,F,F,物距小于f成像規(guī)律,成正立、放大的虛像，像與物同側(cè)，物距小于像距的絕對值,fv2f,v=2f,v2f,vu,倒立,倒立,倒立,縮小,等大,放大,實像,實像,不成像,虛象,正立,放大,照像機人的眼睛,測焦距,幻燈機放映機。,放大鏡、老花鏡。,實像,探照燈 測焦距,1、球鏡各子午線上屈光能力相等 則透鏡的屈光力公式為 F=1/f 例題1 凸透鏡的焦距為33cm，其屈光力為？ F=1

33、/f=1/+0.33m=+3.00D (m-1 例題2 凹透鏡的焦距為25cm，其屈光力為？ F=1/f=1/-0.25m=-4.00D(m-1,2、球鏡的面屈光力 光束從一種介質(zhì)通過單球面界面進入另一種介質(zhì)，光束的聚散度將發(fā)生改變。球面使光束聚散度改變的程度稱為此球面的面屈光力。 F=（n2-n1)/r 曲率半徑r需遵循符號原則，設(shè)光線從左到右傳播，如果r從界面向右衡量（即球面的光心在界面的右側(cè)）， r為正值；相反，如果r從界面向左衡量（即球面的光心在界面的左側(cè)）， r為負值。 r單位m,F的單位為屈光度(D)。,例題3 水和玻璃之間的界面為球面，水的折射率為1.33，玻璃的折射率為1.53

34、，球面的曲率半徑為10cm，光線從水進入玻璃，則此界面的屈光力為多少？ 解 ： F=(n2-n1)/r=（1.53-1.33）/-0.1m=-2.00D,例題4 光線從空氣經(jīng)過球面進入玻璃，空氣折射率為1.00，玻璃的折射率為1.50，界面曲率半徑為10cm，則此界面的屈光力為多少？ 解：公式 F=(n2-n1)/r=（1.50-1.00）/+0.1m=+5.00D,3、薄透鏡的屈光力 F1=(n2-n1)/r1 F2=(n1-n2)/r2 F=F1+F2,薄透鏡的屈光力公式,F1=(n2-n1)/r1 F2=(n1-n2)/r2,例題5 一塊凸新月形透鏡，折射率為1.5，前后表面曲率半徑分別為5cm和12.5cm，求透鏡的屈光力？,例題6 一雙凹新月形透鏡，折射率為1.6，前后表面曲率半徑分別為20cm和12cm，求透鏡的屈光力？,球面透鏡的屈光力表示及其測量,球鏡的屈光力以縮寫DS表示 屈光度表示方法通常以1/4DS為間距如0.25DS等或1/8DS為間距如0.12DS 平光為0.00DS或PL,球面透鏡的轉(zhuǎn)換和聯(lián)合,聯(lián)合： +1.50D