需要解决2个问题
成像的坐标与原物一致 2. 像旋转的补偿—道威棱镜的作用 （道威棱镜只能在平行光路中应用）
1.
周视瞄准镜的用途


大方位观察搜索目标，采用光学方法使 望远镜视准轴在水平面内扫描，以实现 全方位观察—周视。 该系统可以用到潜望镜、坦克瞄准镜、 炮台镜、双反射镜式光电经纬仪中。
二次反射棱镜
传输频带极宽，通信容量大； 衰减小，传输距离远； 串扰小，信号传输质量高； 光纤抗电磁干扰，保密性好；
光纤尺寸小，重量 轻，便于运输和铺设；
由石英拉制而成，原材料丰富，节约大量金属。
光纤传感器

光波在光纤中传播时，表征光波的特征参量因外界因 素的作用可直接或间接地发生变化，从而可将光纤用 作传感元件来探测各种物理量。
本章的主要内容
§1 光线—用几何线的方法来研究光学成象 §2 几何光学的四大定律 §3 成像的基本分析方法和计算公式

理想光学系统—近轴系统 符号规则 物像关系的作图法 牛顿公式和高斯公式 光学系统的放大率
光的直线传播定律


几何光学的基础，多数精密的光学仪 器都是承认它的正确才成立的； 人的影子 日蚀、月蚀 当光束“挤过”很小的孔时，光就开 始“拐弯”了—产生了衍射。
a，半五角棱镜 b，30°直角棱镜 c，五角棱镜 d，直角棱镜 e，斜方棱镜
二次反射棱镜的特性


出射光线与入射光线的夹角取决于两反 射面的夹角，是两反射面夹角的2倍； 不存在镜像（偶次反射） 装调方便； 转向角与入射角的倾斜不敏感。
三次反射棱镜
斯密特棱镜：
1,奇次反射成镜像 2,折叠光路，使得
光的折射定律
sin I n 或n sin I n sin I sin I n
折射率：
描述光在介质中传播速度快慢的一个物理量
c n v
sin I m n n
全反射：
1，从光密到光疏 2，入射角大于临界角
sin I m n
n
全反射现象的应用
全反射棱镜 光纤
光纤的基本工作原理
首家。

70年代，西安光机所拉制出我国第一根玻璃光纤。 光学学会光学纤维专业委员会挂靠我所 以变折射率光纤器件、光纤传感器为主打产品的飞秒 公司是我所第一个上规模产业化的企业


光通信给光纤技术带来了巨大 发展空间

光纤通信正以惊人速度向更高级阶段发展，全光网络 是发展方向。
要实现全光网络则必须实现波分复用技术（特别是密 集波分复用DWDM）和全光节点技术，构成一个完整的 光纤传输系统，除了光源、光探测器及光纤外，还需 要众多无源或有源的光学器件。 光纤网络中所需各种光学器件有：光发射/接收器、光 波分复用/解复用器、波长转换器、光分插复用器、光 纤滤波器、光纤放大器以及高速通信系统中的色散补 偿器等。
b)普罗Ⅱ镜
c)别汉棱镜
反射棱镜展开以后相当于平行平板
棱镜的公差
1.
2.


角度偏差：影响成像质量（展开不是平行平板）、 读数精度等，一般可以在装配时摆动棱镜自行补偿。 面形误差： 透射面误差（相当于设计时未考虑到的一个透镜面） 反射面误差（双倍影响） 屋脊角误差产生色差和双像；屋脊面形误差对成像 质量具有4倍影响。 棱镜的塔差：棱镜的棱边与反射面的不平行度，展 开后不是平行平板。
反射棱镜


棱镜是一种典型的反射零件 在光学工程中用得很多，其作用主要是 折转光路、转像、倒像、分光和扫描等。 反射棱镜的种类：简单棱镜、屋脊棱镜、 立方角棱镜和复合棱镜等。
平面反射镜与棱镜




棱镜的各个固定角度稳定，而反射镜与 反射镜之间的角度容易变化； 棱镜反射面形成全反射，没有光能损失， 而反射镜面损失较大； 反射镜镀层容易损坏，而棱镜的镀层容 易保护； 棱镜容易安装与固定。


光通信中的典型器件



实现上述器件功能，需要研究更基本的器件单 元，通过这些单元的组合设计来实现较高一级 的功能。 典型器件：
光纤Bragg光栅 光纤面板 自聚焦透镜 微小透镜阵列
光纤光栅


FBG是在光纤纤芯内折射率周期调制的光学元件，利 用光纤材料的光敏感性在纤芯内形成空间相位光栅。 FBG是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一， 在光纤通信、光纤传感领域都有广阔应用前景。
光纤光栅作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤光器 或反射镜，反射的窄脉冲宽度达到纳米量级，正符合密集波分复用的要 求。由公式知，n与Λ 的改变均会引起反射光波长的改变。因而能导致n 与Λ 改变的物理量，均可以用FBG作为传感元件如应力、温度和压力等。 灵敏度和线性度也非常好。
输入宽谱光 纤芯 Bragg 光 栅 透射光
反射光
n
Λ
B
Z1
Z2
Z
均匀Bragg光栅结构原理示意图
光纤光栅的工作原理

宽带光通过光纤光栅时，将反射回一窄带信号，窄带信号的波长与纤芯 折射率和光栅常数有关。

B＝2nΛ
式中： B 为Bragg中心反射波长，n为纤芯的有效折射率，Λ 光栅常数。

仪器紧凑
屋脊棱镜：
1）增加一个反射面 2）屋脊角加工精度要求很高
立方角锥棱镜：
１，正立方体斜切一角所成 ２，切面为底面，呈等腰三角形 ３，底面为入射面和出射面
立方角锥棱镜的外型：
立方角棱镜的特点与用途



特点是出射光与入射光平行 用于激光测距仪中当合作目标 在靶场中用于飞行目标表面的合作目标 自准直经纬仪中用于校准棱镜 月球表面的反射镜阵列
几何光学的理解


用几何点、线、面的方法来研究光的传播 及光学系统的成象特性的一门课程。 几何光学的主要内容是研究光学系统的成 像问题，系统地讨论物、像和光学系统的 基本参数之间的内在关系。
为什么要学几何光学？


光的本质是一种电磁波 几何光学是一门经典的课程 目前我所从事的光学工程（光学系统所 组成的光学仪器）绝大部分是用几何光 学的知识来完成的 光学仪器的设计还是采用几何光学方法 进行的
一次反射棱镜
直角棱镜
等腰棱镜
道威棱镜
像的旋转:
当绕光轴旋转ω时，反射像同方向旋转2ω
消旋仪
道维棱镜
Φ
Φ/2
双反射镜跟踪经纬仪的消旋补偿
w w
112 电 影 经 纬 仪
（小毒蛇）
应用 实例
周视瞄准仪
2w
周 视 瞄 准 仪 机 械 结 构 的 设 想
w
周视瞄准镜 结构图
采用差动齿轮系实 现直角棱镜与道威 棱镜同轴旋转，两 者速比为1：2，转 动过程中速比不变
M（，T）

900K
实现非接触式测量；响应速度快， 1ms左右；精度高、重复性好； 可进行高温测量（5000C－25000C）
800K 700K 600K
500K
黑体光谱亮度同波长与温度关系示意图
4 光纤传感器
GXW系列光纤温度传感器外形图
我所的光纤发展史

60年代龚祖同老所长带领开始光纤技术的研究，国内
光纤温度传感器、光纤位移传感器、光纤流量传感器、光纤压力 传感器、光纤速度传感器、光纤磁场传感器、光纤电流传感器、 光纤电压传感器等。
光纤温度传感器

根据普朗克黑体辐射定律，理想黑体辐射的光谱能量为：
M（，T）＝C1－5/（e C2 /T－1）
式中： M（，T）是光谱辐射亮度； C1、C2是辐射常数； 为光谱辐射波长； T为辐射温度
光纤 入射光波 振幅、相位 、 偏振态、 出射光波 耦合效率等
外界因素： 温度、压力、电 磁场、位移等 光纤传感原理示意图
光纤传感器分类

按光纤中的光被调制的原理分有：
光强度调制型、光相位调制型、光偏振态调制型、光频率调制 型（Doppler）、光波长调制型(Bragg grating)。

按测量参量分有：

光纤的应用

光纤传感：
光纤自身是一个敏感元件，光纤对外界参数有一定的效应， 因此可以利用这些效应实现对外界被测参数的“ 传” 和 “ 感”。

光纤通信：
损耗低，目前石英光纤的损耗已降至0.2dB/km以下； 带宽宽，光纤传输的是光，频率特别高，因而光纤具有极宽的频 带，是理想的信息传输介质。 这两个特性决定了光纤在通信中广泛应用。光纤通信对光纤 的要求主要是损耗、色散值。
阿波罗月球反射器
（宇航员正在安放）
阿波罗月球反射器
（宇航员正在安放）
阿波罗月球反射器
（安放在月球表面上）
阿波罗月球反射器
（安放在月球表面上）
“月球”号登月车 （俄罗斯）
月球表面 反射器
分光棱镜
分色棱镜:
a 面反蓝透红绿膜 b 面反红透绿膜
转向棱镜
a)普罗Ⅰ棱镜
1,出入光轴 2,平行完全倒像 3,折叠光路
几何光学的四大基本定律
1. 2.
3.
4.
光的直线传播定律（局限性：衍射） 光的独立传播定律（局限性：干涉） 光的反射定律 光的折射定律
第一章
几何光学
光的一些基本知识


光的本质是一种电磁波 可见光的波长范围：380-780nm 光波的传播速度：3×108 m/s 在可见光范围内，太阳光可分解成红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫 色度学中的三基色：R、G、B R、Y、B
校准棱镜 用于自准直经纬仪的调试中
自准直平行光管 人眼
立方角锥棱镜
二次反射直角棱镜 在导弹瞄准系统中的应用
LN
θ
HN