浙江大学的工程光学教程

简介：
《浙江大学的工程光学教程》是一本由浙江大学资深教授编著的专业教材，系统介绍了工程光学的基本原理与应用技术，适合高校相关专业教学及科研人员参考使用。 ### 浙江大学工程光学教程知识点解析 #### 第一章 几何光学的基本定律 ##### §1-1 发光点、波面、光线和光束 - **发光点**：指自身能够发光或者被其他光源照射后发出光芒的几何点。在理想情况下，它没有大小也没有体积，但可以向外辐射能量。 - **波面**：由一个发光点产生的某一瞬间的光形成的波前称为波面。如果周围介质是各向同性的均匀介质，则该波面会形成以发光点为中心的球形或平面状波动。 - **光线**：在几何光学中，通常将描述某一波面前沿方向的直线称作光线。 - **光束**：一系列平行或者汇聚、发散的光线集合起来构成光束。根据其特性可以分为平行光束（对应于波面为平面）、发散或会聚光束等。 ##### §1-2 几何光学的基本定律 - **直线传播原理**：在各向同性的均匀介质中，光源发出的光线沿着直线路径行进。 - **独立传播原则**：不同路径上传播的不同光线即使相遇也不会相互干扰，各自保持原有的方向继续前进。这意味着，在它们相交的地方光强度是各个源贡献之和。 - **反射定律与折射定律** - 反射定律表明入射角等于反射角，并且三者（即法线）位于同一平面内。 - 折射定律描述光线从一种介质进入另一种时的行为，其角度关系遵循斯涅尔定律：两种不同透明材料的界面处，光在第一种物质中的传播速度与第二种中相比会发生改变。入射角和折射角之间的正弦值比是一个常数，该比例取决于两个介质的具体属性。 - **光线可逆性**：光线能够沿着特定路径从一点到另一点，并且可以沿相反方向返回原处。 ##### §1-3 费马原理 费马原理基于光程的概念来解释光传播的规律。其核心思想是，当一束光在两种不同介质间行进时会遵循使得总光程（即光线经过的距离乘以该路径所在材料的折射率）达到极值（最小或最大等特定条件下的最优状态）的原则。 #### 光学系统 - **理想光学系统**：在这种条件下，发光点将被完美成像为一个点，并且同心光束会保持其特性不变。然而，在实际应用中由于各种因素如衍射、色散的影响，这些理想的性质会发生改变。 - **全反射现象**：当光线从高折射率介质进入低折射率介质时如果入射角大于临界值（即使出射角度为90度的最小可能的角度），则不会发生透射而是被完全反射回原介质中。此原理在光纤通信等领域有广泛应用。 #### 应用实例 - **等腰直角棱镜**：利用特定条件下的全反射，斜面上不需要额外涂层就能实现光线转向。 - **光导纤维**：基于全内反射的特性设计而成，在医疗和通讯等多个领域被广泛使用以传输信息。 #### 矢量形式的折射定律与反射定律 通过引入矢量表示方法可以更直观地理解和描述这两个物理现象。例如，利用矢量运算可以直接表达出入射光线、折射或反射光线之间的关系。 浙江大学工程光学教程全面介绍了几何光学的基本概念和法则，包括发光点、波面等定义以及光的直线传播原理等内容，并进一步深入讲解了费马原理及其实际应用案例如全内反射与光纤通信技术。这些知识对于理解并掌握该领域的基础理论至关重要。