几何光学的基本原理主讲,周自刚 （ Ph.D.)
苏州大学物理系西南师范大学光电所
§ 1,光线的概念
1.1 光线与波面光线,表示光传播途径的有向几何线称为光线,光是一种波动，在各向同性介质中,光线是垂直于波阵面的直线,
例如，从点光源发出的光，它的波阵面是以点光源为中心的球面，它的每条光线则是以点光源为中心的球的径线；在远离光源的地方，光在小范围内的波阵面趋于平面，每条光线近似于相互平行的线．
光束,具有一定关系的光线的集合，也就是光波波阵面的法线的集合，称为光束,
光线与光束区别,
光线只是一个数学抽象，是一个几何概念,光线不是光，表示光传播的方向，也是光能量传播的方向,
光束表示光，是光波波阵面的法线的集合 。
由同一相位构成的面 —— 波面（波动光学说明）
几何光学（光线光学）：以几何定律和基本实验定律为基础的光学。
波动光学：反映光的波动性（以波长、振幅和相位表征）的光学。
量子光学：反映光的粒子性（以随机、满足薛定鄂方程为表现）的光学。
几何光学的研究是波动光学的极限情况 。
1.2 几何光学的基本实验定律
（ 1）直线传播定律
（ 2）反射定律和折射定律
（ 3）独立传播定律
（ 4）光路可逆原理
§ 2,费马原理光程：光在介质传播过程中，光所经过的路程与所经过介质的折射率的乘积。
nds光程可认为等于相同时间光在真空中的通过的路程。
c d tn d s
光程差：光经过两个参考点的光程之差。
2211 dsndsn
费马原理：
光在指定的两点间传播时，实际的光程总是一个极值。
B
A
nds,恒定值）极值（极小值、极大值参考 P154
用费马原理证明几何光学的基本实验定律
§ 3,单心光束 实像和虚像
3.1 单心光束 实像和虚像单心光束：具有单个顶点的光束。
实像：光束中各光线实际上确实会聚一点所成的像。
虚像：光束中各光线的反向延长线会聚一点所成的像。
3.2 实物、实像、虚像的异同相同点,
都有一个顶点不同点?参看 P158 图 3-3
实物：客观存在的“物”，不需要任何光学元件就能实现。
实像：客观存在的像，需要光学元件。
虚像：光线反延成的假像，要光学元件
§ 4,光在平面界面上的反射和折射光学纤维
4.1 光在平面上的反射
4.2 光束单心性的破坏
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苏州大学物理系西南师范大学光电所
§ 1,光线的概念
1.1 光线与波面光线,表示光传播途径的有向几何线称为光线,光是一种波动，在各向同性介质中,光线是垂直于波阵面的直线,
例如，从点光源发出的光，它的波阵面是以点光源为中心的球面，它的每条光线则是以点光源为中心的球的径线；在远离光源的地方，光在小范围内的波阵面趋于平面，每条光线近似于相互平行的线．
光束,具有一定关系的光线的集合，也就是光波波阵面的法线的集合，称为光束,
光线与光束区别,
光线只是一个数学抽象，是一个几何概念,光线不是光，表示光传播的方向，也是光能量传播的方向,
光束表示光，是光波波阵面的法线的集合 。
由同一相位构成的面 —— 波面（波动光学说明）
几何光学（光线光学）：以几何定律和基本实验定律为基础的光学。
波动光学：反映光的波动性（以波长、振幅和相位表征）的光学。
量子光学：反映光的粒子性（以随机、满足薛定鄂方程为表现）的光学。
几何光学的研究是波动光学的极限情况 。
1.2 几何光学的基本实验定律
（ 1）直线传播定律
（ 2）反射定律和折射定律
（ 3）独立传播定律
（ 4）光路可逆原理
§ 2,费马原理光程：光在介质传播过程中，光所经过的路程与所经过介质的折射率的乘积。
nds光程可认为等于相同时间光在真空中的通过的路程。
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光程差：光经过两个参考点的光程之差。
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费马原理：
光在指定的两点间传播时，实际的光程总是一个极值。
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nds,恒定值）极值（极小值、极大值参考 P154
用费马原理证明几何光学的基本实验定律
§ 3,单心光束 实像和虚像
3.1 单心光束 实像和虚像单心光束：具有单个顶点的光束。
实像：光束中各光线实际上确实会聚一点所成的像。
虚像：光束中各光线的反向延长线会聚一点所成的像。
3.2 实物、实像、虚像的异同相同点,
都有一个顶点不同点?参看 P158 图 3-3
实物：客观存在的“物”，不需要任何光学元件就能实现。
实像：客观存在的像，需要光学元件。
虚像：光线反延成的假像，要光学元件
§ 4,光在平面界面上的反射和折射光学纤维
4.1 光在平面上的反射
4.2 光束单心性的破坏
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