38、光学原理与仪器应用解析

光学原理与仪器应用解析

1. 光线光学基础

光线光学在确定物体经透镜成像的大小和位置方面非常有用。当一个扩展物体置于凸透镜的焦距内时，在透镜的另一侧不会形成实像。相反，虚线表明物体和透镜似乎被一个放大的物体所取代，这个放大的物体位于与真实物体相同的透镜一侧，被称为虚像，如图 1 所示。

而凹透镜单独使用时永远无法形成实像。当我们通过凹透镜观察物体时，虚像看起来比真实物体小。

1.1 透镜公式的符号规则

透镜制造者公式和透镜公式可用于凸透镜、凹透镜以及镜子，但有时为了使公式适用，我们需要对位置、曲率半径和焦距使用负值。具体规则如下：
|参数|规则|
| ---- | ---- |
|物距 s|若物体为真实物体，则 s > 0；否则，s < 0|
|像距 s′|若像为实像（实际光线在像处相交），则 s′ > 0；否则，s′ < 0|
|焦距 f（透镜）|凸透镜 f > 0，凹透镜 f < 0|
|焦距 f（镜子）|凹面镜 f > 0，凸面镜 f < 0|
|放大率 m|当像与物体方向相同时，m 为正；当像颠倒时，m < 0|

不过，这些符号规则有时可能比其作用更令人困惑。因此，有些人选择通过绘制光线图、获取像距相对于物距的近似值，并检查像是否为实像或虚像来确定符号。但这也意味着我们需要了解凸透镜、凹透镜和镜子焦距的规则。如果盲目使用透镜公式和符号规则而不同时基于光线光学进行绘图，迟早会导致错误。

2. 波前描述

通常我们将光描述为电磁波，而“光线”的概念与波的描述并不一致。但