资源预览内容
第1页 / 共24页
第2页 / 共24页
第3页 / 共24页
第4页 / 共24页
第5页 / 共24页
第6页 / 共24页
第7页 / 共24页
第8页 / 共24页
第9页 / 共24页
第10页 / 共24页
亲,该文档总共24页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
1,第三章 平面与平面系统,主讲人:仝卫国 华北电力大学 自动化系,2,主 要 内 容,平面系统主要应用:改变光路方向;转像、 倒像、分光;产生色散用于光谱分析。 一、平面镜成像 二、平行平板 三、反射棱镜 四、折射棱镜与光楔 五、光学材料,3,3.1 平面镜成像,一、平面镜成像 1. 平面镜的成像性质: l=l,=1 平面镜是唯一能成完善像的光学零件。 对称性:使物像不一致,使原来的右手 坐标系变为左手坐标系,形成镜像。 结论:1)奇数次反射,成镜像;偶数 次反射,物像一致。 2)当物体旋转 时,像沿相反的方向旋转相同的角度。,平面成像,平面的镜像,4,1. 平面镜的旋转 当入射光线方向不变,使平面镜旋转角时,反射光线的 方向改变2角。如图所示:,应用:测量微小角度和位移。如光学杠杆原理。,5,光学杠杆原理:,由上式可知,这种基于光学杠杆原理的装置可以测量微小的位移。,6,二、双面镜成像,出射光线和入射光线的夹角与入射角无关,只取决于双面镜的夹角角。,作用:折转光路,只需调整好双面镜的夹角,对双面镜的安装精度要求不高。,7,3.2 平行平板成像,一、平行平板的成像特性,8,结论: 1)出射光线与入射光线平行,即经平行平板后光线的方向不变; 2)平行平板是个无光焦度元件,不会产生物体的放大和缩小,对系统光焦度无贡献; 3)光线经过平行平板后,会产生侧向位移和轴向位移。,上式表明:轴向位移L随入射角I1不同而不同,即轴上发出的不同孔径的光线经平行平板后与光轴的交点不同。即平行平板不能成完善像。,9,二、平行平板的等效光学系统 1. 近轴细 光束成像 近轴区的轴向位移为:l = d (1 - 1/n) 所以,近轴区光线的轴向位移与入射角无关,成完善像。 2. 应用: 在光学系统中,常把平行平板等效为空气平板。,10,3.3 反射棱镜,一、概述 1. 反射棱镜: 将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件。 2. 作用: 折转光路、转像、倒像、扫描等 3. 术语:主截面、工作面、棱、 光轴、入射面和出射面 4. 特点:反射装配困难、 反射面易腐蚀、 反射镜组合困难。 反射棱镜无上述缺点。,11,二、反射棱镜的类型,反射棱镜种类繁多,大体上可分为:简单棱镜、屋脊棱镜、立方角锥棱镜和复合棱镜。 1. 简单棱镜 简单棱镜 只有一个主截面,所有工作面都与主截面垂直。根据反射次数,又可分为:一次反射棱镜、二次反射棱镜、三次反射棱镜。,一次反射棱镜,二次反射棱镜,12,2. 屋脊棱镜,用两个互相垂直的反射面代替直角棱镜的一个反射面,形成屋脊棱镜。从而使反射次数为偶数,物像的坐标系一致。,屋脊棱镜的成像,13,3. 立方角锥棱镜,立方体切下一个角形成。光线以任意方向入射,经三个直角面反射后,出射光线始终与入射光线平行;当棱镜绕其顶点旋转时,出射光线方向不变,仅产生一个位移。主要用于激光测距。,立方角锥棱镜,14,4. 复合棱镜,由两个以上的棱镜组合形成复合棱镜。它可以实现特殊的功能。常见的有:分光棱镜、分色棱镜、转像棱镜和双像棱镜(用于目镜)。,分光棱镜,分色棱镜,15,转像棱镜的成像,双像棱镜的成像,16,三、棱镜系统成像方向的判断,判断原则: (1) OZ坐标轴和光轴的出射方向一致。 (2) 垂直于主截面的OY坐标轴方向视屋脊面个数而定:若为偶数,则OY与OY同向;若为奇数,则OY与OY反向。 (3)平行于主截面的OX坐标轴方向视反射面的个数而定:若反射面个数为偶数,XYZ为右手坐标系;若反射面个数为奇数,XYZ为左手坐标系。,17,三、反射棱镜的等效作用与展开,反射棱镜是由两个折射面和若干个反射面组成。 作用:相当于平面镜平行平板 用途:折转光路、转像、倒像等 例如:反射棱镜用于成像系统时的等效光路。,反射棱镜展开的等效光路,18,3.4 折射棱镜,折射棱镜由两个折射表面对光线进行折射而进行工作的。两折射面的交线称为折射棱;其夹角称为折射角;垂直于折射棱的平面称为主截面。,A,B,C,D,n,I1,I2,I1,I2,折射棱镜,19,一、折射棱镜的偏转,折射棱镜的两个工作面不同轴,故不能把这种棱镜看作平行平板。 入射光线AB与出射光线CD的夹角,称为偏向角。偏向角的计算公式为:,由上式可知:偏向角的大小与I1、n有关。 最小偏向角满足的条件: I1 =I2, I1=I2,应用:常用最小偏向角测量介质折射率。,20,二、光楔及其应用,折射角很小的棱镜,称为光楔。此时,它的偏向角公式可近似为: (n - 1) 即,光线垂直入射时,仅由折射角和折射率n决定。,用途:把两块相同的光楔组合在一起,相对转动,可产生不同的偏向角。在光学系统中,补偿和测量小角度偏差。 2(n - 1)cos,21,三、棱镜的色散,色散:白光经过棱镜后被分解为各种色光的现象。 通常,波长长的红光折射率低,波长短的紫光折射率高,因此,红光的偏向角小,紫光的偏向角大。 白光光谱:按波长长短顺序排列的光谱。,双光楔旋转测微,22,白光光谱的获得,23,3.5 光学材料,一、对光学材料的要求: 折射材料对工作波段有良好的透过率; 反射材料对工作波段有很高的反射率。 二、光学材料的种类: 主要有三大类:光学玻璃、光学晶体和光学塑料。 1. 光学玻璃: 光学玻璃是由硅、磷、铅、钾、砷、铝等多种氧化物经高温熔融成盐熔液体,再经过冷所得到的各向同性的无定形物体。 1)特性:最常用的光学材料,制造工艺成熟、品种齐全,可透过0.352.5微米的各色光,超出这一波段的光会被玻璃强烈吸收。,24,2)特征参数: 平均折射率、阿贝常数、部分色散、相对色散等。 3)分类: a) 冕牌玻璃K(PbO3%):折射率高nD1.531.85,色散大、性软、质重、带黄绿色。 4)特种玻璃:分为有色玻璃和无色玻璃 其他还有:耐辐射玻璃、石英玻璃、隔热玻璃、微晶玻璃 2. 光学晶体: 特点:均一性、各向异性、对称性、自范性、最小内能性 分类:红外、紫外晶体,激光晶体、偏振晶体等。 3. 光学塑料:折射率低、色散大、价格便宜,温度特性差。,
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号