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介质折射率：
n = c / = / m
式中， 和 m分别是光经该介质时的波速和波长。 此式表明：
红光（C）： C C n C 蓝光（F ）： F F n F 即
nC nF n 值的大小表示了光学介质折光能力的强弱。
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The relationship between waves, wavefronts, and rays (1)
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2、光波与波面
光是一种横波，其波动方程为： E(t)=E0cos(2πt/T)
其中，波动周期为频率的倒数，即 T=1/ν
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光波与可见光谱
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可见光谱
• 可见光范围： 380 ~ 760 nm
红
橙
黄
绿
蓝
靛
紫
750
700
650
600
550
500
450
400 (nm)
其中l =νt，则 s = n l = nνt = c t
即光在某种介质中的光程等于同一时间内光 在真空中所走过的几何路程。
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三、费马原理
– 光线由点A传到点B，经过任意多次折射或 反射，其光程为极值（极大值或极小值）
B
ds dA ndl 0
– 即光线的实际路径上光程变分为零 – 又称极值光程定律
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The relationship between waves, wavefronts, and rays (2)
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3、光线与光束：
▪ 光线——无直径、无体积而有一定方向的几何直线， 代表光能传播的方向。
▪ 光束——有一定关系的无数条光线的集合。
光束
同心光束 非同心光束
激光技术——从20世纪六十年代初激光诞生以来，
建立形成了激光化学、激光生物学、
激光医学、激光光谱学、光全息学、
信息光学、集成光学等众多边缘学科
或交
叉学科。
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光学的几个重要基础分支
几何光学：以光线为基础来研究光在介质中 的传播。
波动光学（或物理光学）：以光的波动性质 来研究光在介质中的传播。
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三、费马原理
变分为零的四种情况:
横轴不同点表示不同的光线路径，纵轴表示光程
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三、费马原理
1. 自由传播：直线，光程最短
P 2. 透镜成像：物像等光程
P
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P' P'
三、费马原理
3. 椭圆面反射
费马原理又称光程（或时间）极值原理
全反射的应用
全反射从理论上说无光能损失，故优越于镜面反射。
▪ 常用全反射棱镜来转折光路；
▪ 利用光学纤维进行导光和传像。
I < sin–1Io= √ n12 – n22
I ＞ Im
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三、费马原理
光程： 光在介质中传播的几何路程与该介质的 折射率n的乘积，用字母s表示，即s = n l
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三、光路可逆原理：
任何一条光路都是可逆的。
A
N
B
P
Q
O
C
N'
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四、光的全反射
▪ 满足条件: (1)光线由光密介质进入光疏介质； (2)入射角须大于临界角。
▪ 临界角： I m = sin–1( n' / n)
I'
O1
I
光疏介质n'
O2
O3
Im
光密介质n
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量子光学：
由普朗克、爱因斯坦等人创立 以光的波粒二象性来研究光在介质中的传播。
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第一章 几何光学基本原理
一、基本概念： 1. 发光体与发光点：
发光点——即为一个无体积又无大小的几何 发光点。任何被成像的物体都是由 无数个这样的发光点所组成。
实际中，当一个发光体的直径大大小于 其光线直接传播的距离时，该发光体就可 近似认为一个发光点，如天上的星星。
会聚光束 发散光束 平行光束
像散光束
任意曲面波的光束
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同心光束
发散光束
会聚光束
平行光束
球面波
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平面波
像散光束
互为垂直的焦线
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二、几何光学的四个基本定律
1. 光的直线传播定律： 2. 光的独立传播定律： 3. 光的反射定律 4. 光的折射定律
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光是什么？
“光的微粒说”⇒ “光的波动说”⇒
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光的本性
光是一种电磁波，且具有波粒二象性。
➢ 光在传播过程中往往呈现出波动性较为明 显，如干涉、衍射等。 ➢ 光与物质互相作用时，其粒子性较为明显， 如光的吸收、发射、光电效应等。
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光学在各领域中的重要应用 （1）
《应用光学基础》
▪此是一门重要的专业基础课＞ ▪本课程的基本内容＞ ▪目的要求＞ ▪参考书目＞
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光学与视光学、眼科学的密切关系：
1. 眼球的屈光系统就相当于精密而复杂的照相机。 2. 眼视光学中，从角膜至眼底的大部分检查、诊断、
治疗仪器，如屈光、视野、眼压、眼底造影等方 面，都要应用到光学技术。 3. 还有许多提高视觉机能的“光学药物”，如眼镜、 接触镜、助视器、人工晶体等。
光经过两种介质界面时的折、反射现象：
入射光线
n n'
法线
I
-I"
反射光线
I ' 折射光线
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3、光的反射定律： 4、光的折射定律：
I = -I"
sinI/sinI' = n'/n
或
n sinI = n' sinI'
折射定律的推论：
若设n' = -n，则有I= -I' ，即反射定律是折射定律 在n' = -n 时的特例。因此，凡是由折射定律导出的 公式，只要代入n' = -n，便可应用于反射情况。
768.2
A
656.3
589.3 546.1 587.6
486.1
435.9
404.7
43
Na He
H
图1–2
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光波的波速：
=/T=ν
▪ 真空中的波速：c 3.0108 m/s ▪ 空气中的波速比真空中约慢 87 km/s ▪ 光在透明介质中的传播速度随波长不同 而改变；在同一介质中，波长长的波速 快，波长短的则波速慢。
望远镜——用于观察远处的物体； 显微镜——用于观察研究物质的微观结构； 照相机(或摄像机)——用来记录瞬间发生的现象 光谱技术和仪器——利用分析其光谱来研究物
质的分子和原子结构；
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光学在各领域中的重要应用 （2）
光学计量技术——各种物理量的高精度测量
光电技术——用于实现自动控制