幾何光學
| 幾何光學 |
幾何光學是光學學科中以光線為基礎，研究光的傳播和成像規律的一個重要的實用性分支學科。在幾何光學中，把組成物體的物點看作是幾何點，把它所發出的光束看作是無數幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳播方向。在此假設下，根據光線的傳播規律，在研究物體被透鏡或其他光學元件成像的過程，以及設計光學儀器的光學系統等方面都顯得十分方便和實用。
目錄
簡介
在幾何光學中，把組成物體的物點看作是幾何點，把它所發出的光束看作是無數幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳播方向。上述光線的概念與光的波動性質相違背。因為無論從能量的觀點，還是從光的衍射現象來看，這種幾何光線都是不可能存在的。所以，幾何光學只是波動光學的近似，是當光波的波長很小時的極限情況。作此近似後，幾何光學就可以不涉及光的物理本性，而能以其簡便的方法解決光學儀器中的光學技術問題。光線的傳播遵循三條基本定律：光線的直線傳播定律，即光在均勻媒介中沿直線方向傳播；光的獨立傳播定律，既兩束光在傳播途中相遇時互不干擾，仍按各自的途徑繼續傳播，而當兩束光會聚於同一點時，在該點上的光能量是簡單的相加；反射定律和折射定律，既光在傳播途中遇到兩種不同媒質的光滑分界面時，一部分反射另一部分折射，反射光線和折射光線的傳播方向分別由反射定律和折射定律決定,基於上述光線傳播的基本定律，可以計出光線在光學系統中的傳播路徑。這種計算過程稱為光線追跡，是設計光學系統時必須進行的工作。
評價
幾何光學中研究和討論光學系統理想成像性質的分支稱為高斯光學，或稱近軸光學。它通常只討論對某一軸線(即光軸)具有旋轉對稱性的光學系統。如果從物點發出的所有光線經光學系統以後都交於同一點，則稱此點是物點的完善像。 高斯光學的理論是進行光學系統的整體分析和計算有關光學參量的必要基礎，計算結果（像的大小、成像位置等）接近於實際值。雖然只描述近軸區的成像性質，但在衡量非近軸區的成像狀況和質量方面也是必不可少的。特別是在光學系統初步設計階段，高斯光學的理論和有關計算公式有其重要的實用意義。為便於一般地了解光學系統的成像性質和規律，在研究近軸區成像規律的基礎上建立起被稱為理想光學系統的光學模型。這個模型完全撇開具體的光學系統結構，僅以幾對基本點的位置以及一對基本量的大小來表徵。根據基本點的性質能方便地導出成像公式，從而可以了解任意位置的物體被此模型成像時，像的位置、大小、正倒和虛實等各種成像特性和規律。反過來也可以根據成像要求求得相應的光學模型。任何具體的光學系統都能與一個等效模型相對應，對於不同的系統，模型的差別僅在於基本點位置和焦距大小有所不同而已。[1]