像差与色差

引言要正确地讨论光通过光学系统的成像情形必须用波动光学,波动光学的理论考虑到干涉、衍射等情形,它比几何光学更符合于客观事实。不过,如果一贯地用波动光学的理论来讨论光学系统的成像,则其过程将极为繁杂而不合于实用。适当的办法是利用简单得多的几何光学中光作直线进行的概念,根据几何光学的定律,算出通过光学系统后光线位置变化的情形,然后再利用波动光学的原理来考虑成像的质量。我们先从几何光学出发,并且只限于考虑同轴的球面折射或反射系统,因为实际上只有这一类系统得到广泛的应用。先来考虑光线通过一个折射球面的情形。     

几何光学的现代理论—光线力学

本文介绍了几何光学的最新发展，系统论述了经典光线力学和量子光线力学的基本概念，讨论了光线力学对传统几何光学和波动光学的影响及其发展前景．     

似几何光学

一、引 言 众所周知,基于光线概念的几何光学基本定律是人类最古老的科学知识的一部分.到十九世纪末,光的电磁理论为波动学说奠定了牢固的基础之后,如何把几何光学与波动光学统一起来就成为一个很自然的问题.在这方面,至今仍广为采用的方法是在麦克斯韦(Maxwell)方程组中令λ→     

光程与光程差概念在波动光学教学中的应用

 光学是物理学的重要组成部分，波动光学又是光学中更为重要的部分，其内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等。这部分内容，无论是在理论上还是在应用上，都在物理学中占有重要的地位。正因为此，光学，特别是波动光学，是大学物理专业的主干课程。学生在学习这门课程时，往往感到内容抽象、公式繁杂、不易掌握。究其原因，主要是因为学生在学习这些内容时常常将每个知识点孤立起来学习和应用。实际上，以“光程与光程差”为主线，将波动光学的主要内容--光的干涉、衍射和偏振等贯穿起来进行讲解，具有简洁、直观和逻辑性强的特点，便于学生掌握相关知识、提高学习效率。下面，我们先引入光程、光程差和位相差等概念，然后讨论它们在波动光学教学中的应用，最后指出为什么作为几何光学物理量的光程与光程差可用来描述原本只能用光的“波动说”才能解释的物理现象。     

弱限制波导的光线量子力学分析方法

根据光线量子理论验证了弱限制波导条件等效于光学中傍轴近似，可将量子理论方法移植到光波导中，并对光线量子力学方法在光波导中应用的物理意义进行了分析和讨论。     

球面折射系统对高斯光束的变换和传输模拟

为研究高斯光束在厚透镜中的传输特性,由几何光学处理傍轴光线的方法,理论上推导了高斯光束的物像束腰位置以及物像束腰半径间的关系,并由高斯光束传输光线就是单叶双曲面直母线的假设,光线追迹模拟了高斯光束在透镜系统的传输过程.模拟结果表明,当物高斯光束束腰位置与透镜系统物方焦点的距离远大于高斯光束的共焦参数时,用几何光学傍轴光线方法所得到的高斯光束束腰位置和半径的理论结果与光线追迹得到的高斯光束束腰位置和半径模拟结果一致,否则,光线追迹模拟结果不正确.     

折射率跃变的一般光学界面上光折射的代数关系

根据几何光学中的光线方程,推导出了折射率跃变界面处光折射的代数方程,依据该方程讨论了球面界面的"焦点"、"焦距"问题并用计算机进行了模拟.该方法对学生理解光的传播行为及提高几何光学的教学效果有帮助.     

像面上的夫琅和费衍射图

对于像面上获得的夫琅和费衍射图 ,给出了一个基于几何光学理论和一个基于波动光学理论的解释。     

问与答

<正> 什么是近代物理光学? 什么是近代光学? 答:众所周知,光学分为两部分,其一是以光线光学为基础的几何光学,其二是以电磁波和光量子理论为基础的物理光学。而物理光学由于理论基础的不同,又分为波动光学和量子光学。近年来光学发展的很快,总的说来不外两方面的原因。其一是采用了近代数学工具和有关的先进科学技术来研究光学问题;另一是自六十年代激光出现以后导致发现了许多新的光     

理想光组的位相变换性质

一、前言将几何光学的一些概念经过充实直接应用到傅里叶光学中,可以简化问题的论证。这对于熟悉几何光学的光学工程技术人员是很方便的,能收到事半功倍的效果。二、理想光组的位相变换公式理想光组、主平面等是几何光学的概念,几何光学不考虑位相的问题,因此对纯几何光学的理想光组无法讨论位相变换     

奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图分析

基于几何光学理论利用光线追迹方法得到了适用于任意面型相位板的大视场平行光入射情况下的光线像差近似表达式,并在此基础之上分析了奇对称型相位板波前编码系统的点列图的大小、边界以及光线结构等特性,研究了大视场角平行光入射下的光线像差增强及点列图形变等现象,并且给出了相应的近似数学解析式来描述这些特性。通过对奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图特性分析,有助于进一步的理解波前编码技术并且指导实际系统的设计。     

光的本性

近年来,我们收到许多讨论光学方面问题的来信,其中有很大一部分是对光的本性问题,提出一些疑问和看法.本文对光的本性问题,根据现代物理学知识,作出简要的叙述和解释;并对来信中的几个典型问题,进行一些讨论. 一 光的本性理论的发展 有关光的本性的理论发展情况,主要分为三个阶段,分述如下:1微粒理论 人们在生活实践中,很早就注意到光的一些基本现象,例如光的直线传播和反射、小孔成象以及光线交错时彼此不发生干扰等.因此在十八世纪以前,长期以来,形成了光是微粒的概念.牛顿(Isaac　Newton)在十七世纪末提出了光的微粒理论,在整个十八世纪…     

光的直线传播定律

几何光学的基本定律之一。光在匈匀煤质中是沿直线传征的，针扎成象、物体在点光源照射下产生影子等都是直线传播的例证。严格说来，由于光具有波动性，当光在传活过程中遇到障碍物时，将们高直线传播而出现拐弯现象，此即光的衍射。由衍射理论可知，光波波长贪长，衍射意明显，只有在波长比起障碍物（或通光孔径）的几何线度要小得多的条件下，衍射现象才能忽略不计，直线传播定律才成立。因此，以光的直线传播定律为基础的几何光学，是在波长A～0的极限情形下来讨论光的传播问题的。光的直线传播定律     

矩形腔的等倾干涉原理

依据波动光学关于光的干涉的原理,具体而详细地分析了一种能产生等倾干涉现象的矩形腔干涉装置,推导并讨论了该结构发生等倾干涉的条件及干涉条纹的分布规律。理论推导与实验结果相互印证,文中讨论了这一等倾干涉原理在光学技术的各领域,尤其是在二维微位移光学传感方面的应用前景,并强调了其对光学干涉理论的教学实践与教研内容的扩充与辅助作用。     

费马原理在球面界面理想成像中的应用——主轴外物点

费马原理是几何光学的一个基本原理.其物理意义是:光在空间中实际传播路径是以光程取极值的路径传播.本文给出了运用费马原理直接推导得到主轴外物点的球面反射和球面折射的实际光线方程的新方法,并使用近轴条件得到了相应的物像公式.     

带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.     

费马原理在球面界面理想成像中的应用——虚像

费马原理是几何光学的一个基本原理.本文运用费马原理直接推导得到球面界面的发散光线方程,并使用近轴条件得到了相应的虚像物像公式.结果表明发散光线方程与会聚光线方程不同,而物像公式均相同.     

傅里叶变换光学基本原理讲座 第八讲 点扩展函数与光学传递函数

一、关于光学系统的象质评价问题 对于显微镜、望远镜、照相机一类光学仪器,人们要求它们尽可能完善地成象,即要求象面上的光强分布尽可能准确地反映物面上的光强分布.怎样评价象质的优劣,这是一个很复杂的问题.在几何光学中,人们用光线追迹的手段,研究各种几何象差.但在实际成象过程中,即使是较简单的三级象差理论给出的五种象差,也是同时并存的.人们又曾在波动光学中根据衍射的理论讨论过仪器的象分辨本领,用能分辨测试板上两条刻线的最小极限距离来衡量镜头的好坏.然而实际问题是复杂的,镜头某一两个简单的指标都不足以全面地评价它的性…     

光在单轴晶体内表面上的反射

基于电磁波边界条件，从几何光学的角度，对单轴日 体内表面上光的反射规律进行了分析和讨论，给出了寻常光和非常光波法线和光线反射的公式，同时指出了上述结果与由费马原理导出的结果是一致的。     

全反射现象及其在集成光学中的应用

当光从光密介质nl射向光疏介质n2(n1>n2),入射角θ1。逐渐增大到临界角θc=arc sinn2/n1时,继续增大θl,使θ1>θc,光线将全部被反射回入射光所在的介质,此时,光疏介质中完全没有折射光产生.这就是我们所熟知的光的全反射现象. 全反射是一种普通常见的光学现象.由于全反射时,入射光的全部能量完全被反射而没有折射损失,所以许多光学仪器都利用全反射来改变光线的传播方向和使象倒转;在新兴的光学领域──纤维光学和集成光学中也利用全反射来传导光能量. 然而,全反射现象的实际过程是相当复杂的,远非几何光学中所描述的那么简单.尽管全反射时…