当前课程知识点:光学 > Chapter 4 Geometric optics(几何光学) > 4.2 Important Jargons(重要的术语) > 4.2 Important Jargons
那么在正式的介绍物像
它们之间的关系
以及它们要满足什么样的近似
和物像之间有名的那个关系式之前
有必要的先介绍一些所谓的jargon
就是专业术语
所以这一部分的话我们讨论的话
4.1
这个是一些所谓的术语
叫jargons
那么我们首先要讨论的话
第一部分的话
叫做实物和虚物
什么叫real object
当然还有一个虚的叫virtual
什么叫实什么叫虚
先介绍一下这个
这只是一些定义
那么最好是用图来表示了
这个地方比如说我有一个成像系统
先画出来这个成像系统的轴
或者说是对称中心的这条线
那么这是我一个成像系统
我画的是汇聚的一个透镜
你可以把它当成一个透镜
也可以看成一个广义的成像系统
那么所谓的一个实物而言
我们在画这个图的时候
我们的光都是从左往右的
这符合我们右手书写的习惯
所以我们以后在我作图的时候
我永远都是假设light from
从左往右
这样的一种习惯
那么如果我这边的话确确实实有真实的一个物
那么这个物可以发光
可以看成一个手电筒一个灯泡这个地方
它会发出一个光
这个光被我的这个成像系统所接收到
那么这样子一个物那当然叫做实物
这是显而易见的
所以对于一个实物而言的话
这个real object
它对于成像系统来讲的话
所发出来的光是什么样子的
是一个散开的
这种东西叫做divergent
所以我们是作为成像系统来看这个
入射的光线
假如说这是你的眼睛
你来看这个物
它所发出来的光线来讲的话
所以你的入射的光线
叫incoming light
是什么样子的是发散的
这个东西就叫做一个实物
这个就是一个real object
这个东西就叫做real object
那么另外的一个情况下
virtual的情况是什么呢
virtual是这个样子的
还是一样
我这边的话有一个成像体系
但现在来讲的话
我这边的光的话
入射的光而言的话
它不是一个发散的
它是一个汇聚到作为我这个成像体系而言的话
它是看起来是汇聚的
那么它汇聚的话
如果没有这个成像系统
它汇聚到某一个点上
这个点这叫O
这个地方也叫O
在这种情况下的话
这个O实际上因为你加进去
这个成像系统
这个O实际上是不存在的
但是我们可以把O看成一个什么
看成虚的一个物
所以这个东西是个virtual object
在这种情况下的话
作为我们所谓的virtual object
也就是说你可以发现
它已经在我成像系统
这个点不在我成像系统的左边
不在我入射边上
而是已经到了出射的边上
在我成像系统的右边
这样子的一个物来讲的话
我们称之为虚物
那么作为成像系统来看这个虚物来讲的话
这个光线实际上是incoming light
是汇聚的
这个就是我们判别作图
你来判别一个实物和虚物非常简单
以后我们会发现
实物和虚物的话
后面我们会发现这个So
叫做物的物距
比如说这一段物到我成像系统中心的一个距离
或者说我们定义的一个距离
这一段距离的话称之为So
这就是我们So
这叫做物距
我们以后会发现
我们的物距的正负
正的话对应real object
我们会定义这个物距的正负使得
正会对应着real object
负的会对应virtual object
后面会有提到
这个地方只是提一下
除了作图以外
我们也可以通过计算中
来看物距的正负
来判别这个物到底是实物还是虚物
所以这个首先介绍是
物的实虚
那么下面一个还有像的实虚
所以还有一个成像
既然我们讨论了物
还要讨论像
所以还有一个像的实虚
叫image
那么你可以想象的话还是一样
做一下图
作为一个实像来讲的话
我这有一个成像系统
这有一个物所发出来的光线
经过我成像系统
它确实汇聚到了一个像点上
比如说O'这一点上
那么这个时候O'就叫real image
它确实是汇聚到
换句话说形成像的这些光线的话是什么
是汇聚的
形成了这个像
这个就叫做实像
那么作为虚像而言是这个情况
那么经过了我这个成像系统以后
我的光线有可能是发散的
而没有汇聚成为一个实像
比如说我的光线变的发散了
变成这样子了
但是你做它的反向延长线而言的话
它有可能是
还是处在这样子一个
反向延长过来的话
它还汇聚在一个点上
那么这个O'就叫做virtual image
实像的话你这边放一个投影屏
你能够真实的投影在
比如说我们眼睛所看到的像都是实像
是真实有一个像投影在我们的视网膜上
那么但是的话
作为有些成像系统的话
光线是发散的
但是这个地方光线反过去以后的话
这边会形成一个虚像
虚像的话当然你
在这放一个屏的话
你是看不到这个虚像的
但是如果你在这个地方放一个
你用眼睛或者其他的成像系统
这个虚像可以作为下一个成像的实物
然后再进一步的成像
所以这个的话我们也会碰到
像的实和虚的问题
同样的道理我们以后的话
我们说这个像的距Si
成像的这一点到我成像系统中心
或者我们定义一个点的这段距离的话
这叫像距
那么像距的话正负也是一样的话
会对应是实的像和我们虚的像
这就是像实和虚的介绍
那么下面我们在这个地方的话
可以稍微来看一下
这个是作为只是一个成像系统
我们再给一个例子给大家判别一下像的实虚
我们叫composite case
这是一个例子example
比如很简单
我这边的话有一个物叫O
那么我经过第一个成像系统
第一个成像系统我叫L1
这是个O
那么这个O作为L1来讲当然是一个实物
它发出来的光
比如说我们给它汇聚到这个地方
形成了一个实像
这很简单O和O'一个是实物一个是实像
那么现在我再给它插进来另外一个透镜
现在作为这一个透镜
这是实物这是实像
通过实和虚的定义予以判别
那么在这个地方我插进来一个透镜
我插进来一个透镜叫L2
或者第二个成像系统
那么在这种情况下
对于第二个成像系统
这个第一次成像所形成的这个像O'
可以作为L2的一个什么
L2的一个物
那么O'对于L2来讲是什么样一个物呢
是一个虚物
O' is virtual object
是一个虚的物
所以说物的实虚像的实虚
那是针对于我的成像系统来讲
对于这样一个我第一次成像的
所得到的实像
可以作为第二个成像系统的虚物来处理
那么另外一个例子是这样子的
我有一个发散的体系
这个符号代表发散的成像系统
那么我现在的光射到这个成像系统的话
更加发散
这个地方可以给它看成一个
就是我在这个地方所设的虚像的时候O'
是O的虚的一个像
但是现在还是一样
我在这个地方再插进来第二个成像系统
还是L2
那么显而易见
我第一次成像得到的O'
在这种情况下
O'对于L2是一个什么东西
是一个实物
所以像的实虚物的实虚
那么是要根据我具体的成像系统来进行分析的
所以这个是我们介绍的话
是像的实和虚
但是下面跟像的实虚紧密联系的话
有另外的一个
就是我们下面要谈到的
所以介绍了像的实虚物的实虚以后
那么有一对特殊的
special point
物像的共轭点
这个东西我们称之为焦距
或者叫焦点
focal point
是我们要介绍的
介绍物的实虚以后
那么focal point定义的话很简单
就是说如果我有一个成像系统
如果我的物放到无穷远
什么叫物放到无穷远
那也可以说对于我这个成像系统来讲
我这个物所发出来的光
可以看成是平行的光
所以这个叫物如果放到无穷远
那我成像系统的话
So是在无穷远
换句话说我的入射光
对于我的成像系统可以看成平行光
在这种时候
如果经过我的成像系统
它所成的像
我们还是有一一对应的关系
当然这是在满足我们的傍轴近似条件下才能够完成
但是在这种情况下
如果我的物距是无穷远
那么所形成的像
这一点的话
这是一个特殊的点
换句话说这是一对特殊的
物像之间的共轭
这一点会跟无穷远的一个点共轭
那么这一点我们称之为fi
这个fi之所以加一个i的话
这个地方我们定义为
这叫image focal point
这叫像方的焦点
所谓像方的焦点是这么定义的
对应物处在无穷远
那么这个像就叫像方的焦点
那么还有一个是我的
定义了像方焦点
还有一个是物方的焦点
它是这么定义的
我还是一个成像系统
那么对于我一个物
处在一个特殊的点上
那么这个物所发出来的光
经过我的成像系统以后
变成了平行光
换句话说跟这一点所对应的像点
是处于无穷远的
Si是处在无穷远的
那也可以说我经过成像系统以后
我这些光变成了平行光
那在无穷远的地方才能够汇聚
所以出来是平行光
在这种情况下
跟无穷远的像点所共轭的这个物点
我们称之为fo
这一点我们称之为object focal point
物方的焦点
所以这个地方是焦点的定义
那么焦点定义完了以后
当然还有一个焦距的问题
当然焦距的问题取决于这一点
相对于哪一点来进行测量的距离
比如说薄透镜或者说单个的折射面反射面来讲
都是这个点到这个中心的距离
但对于厚透镜来讲的话
这个焦距的定义会有另外一个
所以我们这个地方先只定义出来焦点
至于焦距这个问题
换句话说这一点相对于某一个面的距离的话
在后面我们会逐步来提到它
所以我希望这一部分的话
我们讲清楚了focal point
这样一个特殊的重要的点
那么下面还有一个
既然物有实虚
像也有实虚
我画的这个东西都是实的像方的焦点
或者实的物方的焦点
同样的话对于一些系统的话
也有虚的像方的焦点
虚的物方的焦点
比如说对于虚的这样子一个像方的焦点
就会是这样一个情况
所以我们再画一下
这个体系应该是发散的
那么如果无穷远的物点发出来的平行光
经过这个成像系统以后
我这边的光变成发散的
但是这些点的反向延长线可以看成从一个点发出来的
这个点的话这也是fi
这叫虚的
这叫virtual
虚的焦点focal point
image focal point
那么还有一个是
如果在这样一个系统的话
我的入射光是汇聚的
换句话说这是一个虚的一个物
但经过我的成像系统以后
我的出射光是平行光
换句话说是汇聚到无穷远
那么这个就按照我们的定义
这个当然是一个focal point
是叫物方的focal point
但是它是一个虚的物点
所以这是一个virtual object focal point
所以对于焦点来讲也是有实虚的
就跟物像有实虚一样
所以我们这一部分的话
是给大家介绍的话
物像的实虚以及
特殊的一个物像点焦点的定义
-1.0 History of Optics 光学的历史发展
-1.1 Why Classical Wave Theory is Correct 经典理论为何正确
--1.1 Why Classical Wave Theory is Correct
-1.2 Wave and Wave Equation 波和波动方程
-1.3 Harmonic Wave 简谐波
-1.4 Phase Velocity and Phase Difference 相速度与相位差
--1.4 Phase Velocity and Phase Difference
-1.5 Superposition Principle 叠加原理
--1.5.1 Superposition Principle Part I
--1.5.2.Superposition Principle Part II
-1.6 Example of Superposition and Reciprocal Relation 叠加例子与反比关系
--1.6 Example of Superposition and Reciprocal Relation
-1.7 Euler Formula and Phasor 波的复数表达和旋转矢量表示
--1.7 Euler Formula and Phasor
-1.8 Doppler Effect 多普勒效应
--1.8.2 Doppler Effect Part II
-1.9 Doppler Broadening 多普勒展宽
-1.10 Plane Wave and Spherical Wave 平面波与球面波
--1.10 Plane Wave and Spherical Wave
-第一章习题
--习题
-2.1 Maxwell Equations(Maxwell 方程组)
-2.2 Wave Equation for E-M Field(电磁场的波动方程)
--2.2 Wave Equation for E-M Field
-2.3.1 Index of Refraction(折射率)
-2.3.2 Understanding n from Dipoles(用偶极模型理解折射率)
--2.3.2 Understanding n from Dipoles
-2.4 E-M Wave is Transverse(电磁波是横波)
-2.5 Energy Flow of E-M Wave(电磁波的能流)
-2.6 Momentum and photo-Pressure(动量和光压)
--2.6 Momentum and photo-Pressure
-2.7.1 Dipole Oscillator 1(偶极振子1)
-2.7.2 Dipole Oscillator 2(偶极振子2)
-2.8 Radiation by Dipole Oscillator(偶极振子的辐射)
--2.8 Radiation by Dipole Oscillator
-第二章习题
--习题
-3.1 Reflection and Refraction (反射与折射)
--3.1 Reflection and Refraction
-3.2 Huygens Principle(惠更斯原理)
-3.3.1 Fermat Principle part1: Optical Path Length (费马原理第一部分:光程)
--3.3.1 Fermat Principle part1: Optical Path Length
-3.3.2 Fermat Principle part2: an Explanation (费马原理第二部分:一种解释)
--3.3.2 Fermat Principle part2: an Explanation
-3.4.1 Scattering Point of View 1 (散射图像1)
--3.4.1 Scattering Point of View 1
-3.4.2 Scattering Point of View 2 (散射图像2)
--3.4.2 Scattering Point of View 2
-3.5 Reflection and Refraction Rules Derived from Boundary Conditions of Maxwell Equations(利用Maxwell方
--3.5 Reflection and Refraction Rules Derived from Boundary Conditions of Maxwell Equations
-3.6.1 The Basic problem and Setup of Coordinates (基本问题和坐标系的建立)
--3.6.1 The Basic problem and Setup of Coordinates
-3.6.2 The Reflection and Transmission Coefficients (发射与透射系数)
--3.6.2 The Reflection and Transmission Coefficients
-3.6.3 Discussion on Amplitude of the Coefficients (对系数大小的讨论)
--3.6.3 Discussion on Amplitude of the Coefficients
-3.6.4 Discussion on Phase of the Coefficients (对系数位相的讨论)
--3.6.4 Discussion on Phase of the Coefficients
-3.7 Stokes Relation and Half Wavelength Difference (Stokes关系式和半波损)
--3.7 Stokes Relation and Half Wavelength Difference
-第三章习题
--习题
-4.1 Introduction(几何光学介绍)
-4.2 Important Jargons(重要的术语)
-4.3.1 Image formation by Spherical Surface and Paraxial Approxiamation(球面成像和傍轴近似)
--4.3.1 Image formation by Spherical Surface and Paraxial Approxiamation
-4.3.2 Image Formation Formula(成像公式)
--4.3.2 Image Formation Formula
-4.3.3 Example and Transverse Magnification(例题和横向放大率)
--4.3.3 Example and Transverse Magnification
-4.4 Thin Lens(薄透镜)
-4.5 Thick Lens(厚透镜)
-4.6.1 Matrix Treatment 1: Matrix for Propagation and Refraction(矩阵处理1:表示传播与折射的矩阵)
--4.6.1 Matrix Treatment 1: Matrix for Propagation and Refraction
-4.6.2 Matrix Treatment 2: Lens Matrix(矩阵处理2:透镜矩阵)
--4.6.2 Matrix Treatment 2: Lens Matrix
-4.6.3 Matrix Treatment 3: Relations between Matrix Elements and Cardinal Points(矩阵处理3:矩阵元与主点的联系)
--4.6.3 Matrix Treatment 3: Relations between Matrix Elements and Cardinal Points
-第四章习题
--习题
-5.0 What is Interference(什么是干涉)
-5.1.1 Superposition of Waves: General Case(波叠加的通式)
--5.1.1 Superposition of Waves: General Case
-5.1.2 Adding Wave with Same Frequency and Direction(同频同向波的叠加)
--5.1.2 Adding Wave with Same Frequency and Direction
-5.1.3.1 Standing Wave 1 (驻波(上))
-5.1.3.2 Standing Wave 2 (驻波(下))
-5.1.4.1 Adding Waves with Different Frequencies 1: Beat and Group Velocity(不同频率波的叠加(上):拍和群速度)
--5.1.4.1 Adding Waves with Different Frequencies 1: Beat and Group Velocity
-5.1.4.2 Adding Waves with Different Frequencies 2: Continuous Frequency Spectrum(不同频率波的叠加(中):连续的频谱)
--5.1.4.2 Adding Waves with Different Frequencies 2: Continuous Frequency Spectrum
-5.1.4.3 Adding Waves with Different Frequencies 3: property of Wave Packet and Reciprocal Relation(不
--5.1.4.3 Adding Waves with Different Frequencies 3: property of Wave Packet and Reciprocal Relation
-5.2.1 Interference of Two Point Sources and Coherent Condition(两个点源的干涉和相干条件)
--5.2.1 Interference of Two Point Sources and Coherent Condition
-5.2.2 Young's Double-Slits Experiment(杨氏双缝干涉实验)
--5.2.2 Young's Double-Slits Experiment
-5.2.3 Another Treatment of Young's Interference, Paraxial and Far-field Condition(杨氏干涉的另一种处理,傍轴和远场条
--5.2.3 Another Treatment of Young's Interference, Paraxial and Far-field Condition
-Chapter 5 Interference and Coherence(Part 1)--第五章习
-5.3.0 Interference by Thin Film(薄膜干涉)
--5.3.0 Interference by Thin Film
-5.3.1 Equal Thickness Fringe(等厚干涉条纹)
--5.3.1 Equal Thickness Fringe
-5.3.2 Equal Inclination Fringe(等倾干涉条纹)
--5.3.2 Equal inclination Fringe
-5.3.3 Michelson Interferometer(Michelson干涉仪)
--5.3.3 Michelson Interferometer
-5.4.0 Multibeam Interference(多光束干涉)
--5.4.0 Multibeam Interference
-5.4.1.1 Derivation 1(理论推导(上))
-5.4.1.2 Derivation 2(理论推导(下))
-5.4.2.1 Discussion(结论与讨论)
-5.4.2.2 Application: F-P Interferometer(应用:F-P 干涉仪)
--5.4.2.2 Application: F-P Interferometer
-5.5.0 Coherence Theory(相干理论)
-5.5.1 Spatial Coherence(空间相干性)
-5.5.2.1 Temporal Coherence(时间相干性)
-5.5.2.2 Coherent Time and Length(相干时间和相干长度)
--5.5.2.2 Coherent Time and Length
-5.5.3.1 Definition of Correlation Function(关联函数定义)
--5.5.3.1 Definition of Correlation Function
-5.5.3.2 Correlation Function and Coherence(关联函数与相干)
--5.5.3.2 Correlation Function and Coherence
-第五章习题(下)
--习题
-6.1 basic problem in diffraction(衍射的基本问题)
--6.1 basic problem in diffraction
-6.2.1 Huygens-Fresnel Principle and Kirchhoff Euation(惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫方程)
--6.2.1 Huygens-Fresnel Principle and Kirchhoff Euation
-6.2.2 Fresnel and Fraunhoffer Diffraction(菲涅耳与夫琅和费衍射)
--6.2.2 Fresnel and Fraunhoffer Diffraction
-6.3.1 Fresnel Diffraction 1: Half Wavelength Plate(菲涅耳衍射1:半波带法)
--6.3.1 Fresnel Diffraction 1: Half Wavelength Plate
-6.3.2 Fresnel Diffraction 2: Phasor Method(菲涅耳衍射2:旋转矢量法)
--6.3.2 Fresnel Diffraction 2: Phasor Method
-6.3.3 Fresnel Diffraction 3: Opaque Disk and Babinet Principle(菲涅耳衍射3:圆屏衍射和Babinet原理)
--6.3.3 Fresnel Diffraction 3: Opaque Disk and Babinet Principle
-6.3.4 Fresnel Diffraction 4: Fresnel Zone Plate(an application)(菲涅耳衍射4:菲涅耳波带片(一个应用))
--6.3.4 Fresnel Diffraction 4: Fresnel Zone Plate(an application)
-6.4.0 Fraunhoffer Diffraction: General Expression(夫琅和费衍射1:普遍表达形式)
--6.4.0 6.4.0 Fraunhoffer Diffraction: General Expression
-6.4.1.1 Single Slit Fraunhoffer Diffraction(单缝夫琅和费衍射)
--6.4.1.1 Single Slit Fraunhoffer Diffraction
-6.4.1.2 Characteristic of Single Slit Case(单缝衍射的特点)
--6.4.1.2 Characteristic of Single Slit Case
-6.4.2 Fraunhoffer Diffraction for Rectangular Window(矩形窗口的夫琅和费衍射)
--6.4.2 Fraunhoffer Diffraction for Rectangular Window
-6.4.3.1 Fraunhoffer Diffraction for Circular Aperture(圆孔的夫琅和费衍射)
--6.4.3.1 Fraunhoffer Diffraction for Circular Aperture
-6.4.3.2 Diffraction Limit on Resolution(分辨率的衍射极限)
--6.4.3.2 Diffraction Limit on Resolution
-第六章习题(上)
--习题
-6.5.1 Fraunhoffer Diffraction for 2-slits Case(双缝夫琅和费衍射)
--6.5.1 Fraunhoffer Diffraction for 2-slits Case
-6.5.2.1 Multi-slits Dffraction 1: Intensity distribution(多缝衍射1:光强分布)
--6.5.2.1 Multi-slits Dffraction 1: Intensity distribution
-6.5.2.2 Multi-slits Diffraction 2: Interference between Slits and Principal maxima(多缝衍射2:缝间干涉和主极大)
--6.5.2.2 Multi-slits Diffraction 2: Interference between Slits and Principal maxima
-6.5.2.3 Multi-slits Diffraction 3: Missing Order and Examples(多缝衍射3:缺级与例题)
--6.5.2.3 Multi-slits Diffraction 3: Missing Order and Examples
-6.5.3.1 Grating Spectrometer(光栅光谱仪)
--6.5.3.1 Grating Spectrometer
-6.5.3.2 Dispersion Relation of Grating Spectrometer(光栅光谱仪的色散关系)
--6.5.3.2 Dispersion Relation of Grating Spectrometer
-6.5.3.3 Dispersion Power and Resolution(色散能力和分辨率)
--6.5.3.3 Dispersion Power and Resolution
-6.5.3.4 Free Spectral Range(自由光谱程)
-第六章习题(下)
--习题
-7.0 introducing Fourier expansion and transform(介绍傅里叶展开与变换)
--7.0
-7.1.1 Fourier transform for periodic functions(周期函数的傅里叶展开)
--7.1.1
-7.1.2 examples on Fourier expansion(傅里叶展开的例子)
--7.1.2
-7.2.1 Fourier transform for general functions(一般函数的傅里叶变换)
--7.2.1
-7.2.2 Fourier transforms of some typical functions and relation on width distribution(一些典型函数的傅里叶变换和分
--7.2.2
-7.3.1 Dirac delta function(狄拉克delta函数)
-7.3.2 Fourier transform of the delta function(delta函数的傅里叶变换)
--7.3.2
-7.4.1 properties of Fourier transform(傅里叶变换的性质)
--7.4.1
-7.4.2 Fourier transform of derivatives(函数导数的傅里叶变换)
--7.4.2
-7.4.3 what is convolution between functions(函数的卷积是什么)
--7.4.3
-7.4.4 Fourier transform of convolution(卷积的傅里叶变换)
--7.4.4
-7.5 relation between fourier transform and Fraunhoffer equation(傅里叶变换与夫琅禾费衍射之间的关系)
--7.5
-7.6 Abbe image formation(阿贝成像原理)
--7.6
-Chapter 7--第七章习题
-8.1 what is polarization(什么是偏振)
--8.1
-8.2.1 how to express polarization state(如何表达偏振态)
--8.2.1
-8.2.2 unpolarized and partial polarized light(非偏振态和部分偏振态)
--8.2.2
-8.3 linear polarizer(线偏振片)
--8.3
-8.4.1.1 Jones vector(Jones 矢量)
--8.4.1.1
-8.4.1.2 Transformation of Jones Vector(Jones 矢量的变换)
--8.4.1.2
-8.4.2 Jones matrix(Jones 矩阵)
--8.4.2
-第八章(上)习题
--习题
-8.5.1 Birefringence and a simple illustration
--8.5.1 Birefringence and a simple illustration
-8.5.2 Ordinary and Extraordinary light
--8.5.2
-8.5.3 Typical Examples
--8.5.3
-8.6.1 application 1-linear polarizer
--8.6.1
-8.6.2.1 application 2-quarter wave plate
--8.6.2.1
-8.6.2.2 application 2-change polarization state by quarter wave-plate
--8.6.2.2
-8.6.2.3 application2-change direction of polarization by half-plate
--8.6.2.3
-8.7.1
--8.7.1
-8.7.2
--8.7.2
-8.7.3
--8.7.3
-8.7.4
--8.7.4
-8.8.1
--8.8.1
-8.8.2
--8.8.2
-8.8.3
--8.8.3
-第八章(下)习题
--习题
-期末测试
--期末测试