
【化】 geometrical optics
geometry; how many; how much
optics
【化】 optics
【醫】 optics; photology
幾何光學(Geometrical Optics)是以光線傳播模型為基礎的光學研究分支,其核心是通過直線、反射、折射等幾何概念描述光的宏觀行為。該理論假設光波長趨近于零,忽略衍射和幹涉等波動現象,適用于分析透鏡、棱鏡等光學元件的成像規律。
核心原理包含三點:
典型應用場景涵蓋望遠鏡設計、顯微鏡物鏡優化、光纖通信系統建模等領域。美國光學學會(OSA)指出,幾何光學為現代光學儀器設計提供了超過80%的基礎理論支撐。
與波動光學的本質區别在于:幾何光學關注能量傳播路徑,而波動光學需要求解麥克斯韋方程組。兩者在光波長與器件尺寸可比拟時需結合使用(《中國大百科全書·物理學卷》)。
幾何光學是光學的一個重要分支,主要研究光的直線傳播規律及其在介質界面的反射、折射等現象,忽略光的波動性(如幹涉、衍射)。以下是其核心要點:
反射定律
入射光線、反射光線與法線共面,且入射角等于反射角:
$$theta_i = theta_r$$
折射定律(斯涅爾定律)
入射光線、折射光線與法線共面,且滿足:
$$n_1 sintheta_1 = n_2 sintheta_2$$
其中 (n_1)、(n_2) 為兩種介質的折射率。
費馬原理
光在兩點間傳播的路徑是光程(時間)最短或極值的路徑,可推導出上述定律。
幾何光學通過簡化的光線模型,為光學設計和工程應用提供了直觀的理論工具,但其本質是波動光學在特定條件下的近似。
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