39、几何光学：光学仪器与光学质量解析

几何光学：光学仪器与光学质量解析

光学仪器

反射望远镜

大型天文望远镜通常使用曲面镜作为物镜，主要原因在于镜子的反射定律与波长无关，长波长光和短波长光的表现大致相同，这消除了由于玻璃折射率随波长变化而产生的色差。

制作曲面镜时，球面镜最容易制作，但这种形状存在缺陷，平行光线会根据其与光轴的距离聚焦在不同位置。数学分析表明，抛物面形状的镜子更好，平行于光轴射向抛物面镜的光线会根据反射定律反射后聚焦于同一点（焦点）。使用抛物面镜作为物镜的望远镜可以获得非常清晰和明亮的图像。

然而，制作具有光波所需精度的抛物面望远镜很复杂，因此低成本望远镜通常使用球面镜，但开口相对于半径较小。当“开口角”较小时，抛物面和球面的差异不大。此外，还可以将球面镜与玻璃校正透镜（“施密特校正板”）结合使用，以较低的成本获得较好的整体效果。

镜子成像的规则如下：
1. 任何平行于光轴射向镜子的入射光线，反射后将通过焦点。
2. 任何射向镜子中心（光轴与镜子相交处）的入射光线，其入射角和反射角相同。
3. 任何通过焦点射向镜子的入射光线，反射后将平行于主光轴传播。

使用镜子时，图像形成在入射光通过的区域，这会带来一些问题。为了减轻这些缺点，经典的方法是插入一个倾斜的平面镜，将部分光束反射到光线进入区域之外，这种望远镜称为牛顿反射望远镜。另一种设计是使用曲面镜将主镜的光线反射回主镜的圆形孔中，这种设计称为卡塞格伦望远镜，它可以制作出紧凑的望远镜，施密特校正板也常用于卡塞格伦望远镜。

显微镜

望远镜通过物镜创建物体的局部图像，然后通过放大镜观察该图像，这种策略适用于物体距离较远的情