
【化】 geometrical optics
geometry; how many; how much
optics
【化】 optics
【医】 optics; photology
几何光学(Geometrical Optics)是以光线传播模型为基础的光学研究分支,其核心是通过直线、反射、折射等几何概念描述光的宏观行为。该理论假设光波长趋近于零,忽略衍射和干涉等波动现象,适用于分析透镜、棱镜等光学元件的成像规律。
核心原理包含三点:
典型应用场景涵盖望远镜设计、显微镜物镜优化、光纤通信系统建模等领域。美国光学学会(OSA)指出,几何光学为现代光学仪器设计提供了超过80%的基础理论支撑。
与波动光学的本质区别在于:几何光学关注能量传播路径,而波动光学需要求解麦克斯韦方程组。两者在光波长与器件尺寸可比拟时需结合使用(《中国大百科全书·物理学卷》)。
几何光学是光学的一个重要分支,主要研究光的直线传播规律及其在介质界面的反射、折射等现象,忽略光的波动性(如干涉、衍射)。以下是其核心要点:
反射定律
入射光线、反射光线与法线共面,且入射角等于反射角:
$$theta_i = theta_r$$
折射定律(斯涅尔定律)
入射光线、折射光线与法线共面,且满足:
$$n_1 sintheta_1 = n_2 sintheta_2$$
其中 (n_1)、(n_2) 为两种介质的折射率。
费马原理
光在两点间传播的路径是光程(时间)最短或极值的路径,可推导出上述定律。
几何光学通过简化的光线模型,为光学设计和工程应用提供了直观的理论工具,但其本质是波动光学在特定条件下的近似。
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