几何光学的基本概念

发表于 2023-03-07 分类于光学

几何光学复/预习指南

几何光学：

[...]的概念为基础，用[...]的方法研究光在介质中的传播规律和光学系统成像特征．

光波与光线

光从本质上来就是[...]电磁波；光的传播实质上是[...]电磁波的传播．

红外线的波长比可见光[...]长；

紫外线的波长比可见光[...]短．

光速、频率与波长的关系：

\[\nu=\dfrac c \lambda.\]

（不能写成其他形式）

光源（发光体）是[...]能够辐射光能量的物体．

光线是[...]携带能量并带有方向的几何线．

[...]光线的方向代表光的传播方向．

[...]光线的传播途径称为光路．

光波向周围传播，在某一时刻，其振动位相相同的各点所构成的[...]等相位面称为波阵面，简称波面．可分为[...]平面波，球面波或任意曲面波．

在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以认为[...]光波波面法线就是几何光学中的光线．

波前（wavefront）: The surface reached by wave propagation at any time.

在[...]各向同性的均匀介质中，光线按直线传播．

光线的独立传播定律不符合[...]光的干涉现象．

折射率越大，介质对光线的折射能力越强。如，空气的折射率约为 \(1.00\)，水的折射率约为 \(1.33\)，则光线从空气射入水中时，入射角 \(\geq\) 折射角。

折射定律的公式：

\[n’\sin I’=n\sin I.\]

若在此式中令 \(n’=-n\)，则有 \(I’=-I\)，即反射定律．

由[...]光线转向法线，[...]顺时针方向旋转形成的角度为正，反之为负．

在反射定律中，反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角与入射角的绝对值相等，符号相反．

全反射现象发生的条件：

临界角 \(\sin I_m = \dfrac{n’\sin I’}{n} = \dfrac{n’}{n}\sin 90° = \dfrac{n’}{n}\)，其中 \(n \gt n’\)．

马吕斯定律（Theorem of Malus）是指光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终[...]保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的[...]光程为定值．

费马原理（Fermat’s principle）是指光是沿着光程为[...]极值（极大、极小或常量）的路径传播的．

[...]折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个，均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论．