光学基礎 - kochi-tech.ac.jp光学基礎 システム工学群専門基礎講義 2013/042013/06...
Transcript of 光学基礎 - kochi-tech.ac.jp光学基礎 システム工学群専門基礎講義 2013/042013/06...
光学基礎
システム工学群専門基礎講義 2013/04-‐2013/06
高知工科大学 システム工学群2年1Q
専門基礎科目
小林弘和/野中弘二
1年科目から移動 少人数教育
6月3日本テスト
講義内容
1. 光の性質:光波、光線、光子 進む向き(屈折/反射)、エネルギー、パワー
2. 幾何光学(光線光学): 光波の進む向きをベクトルと行列で簡単に扱う
3. 波動光学: 波として取り扱う現象 (回折、波束、反射率、干渉、偏光)
プリズムで屈折する光の進み方
頂角αの鋭角プリズム(屈折率n)に入射した光はどんな角度で出てくる? 斜め入射はスネルの法則、出射時はαだけ傾いた面でもう一度スネルの法則
偏角:プリズムへの入射光と出射光の光線の成す角度 最小偏角:プリズムへの入射角θ1を変化に対する最小の偏角
プリズムで屈折する光の進み方
頂角αの鋭角プリズム(屈折率n)に入射した光はどんな角度で出てくる? 斜め入射はスネルの法則、出射時はαだけ傾いた面でもう一度スネルの法則
偏角:プリズムへの入射光と出射光の光線の成す角度 最小偏角:プリズムへの入射角θ1を変化に対する最小の偏角
位置毎に異なる頂角α(x)のプリズム光の進み方
偏向ビームが光軸を 横切る距離
焦点距離 f (曲率半径Rと屈折率nに関係)
(sLが十分に薄い場合)
位置毎に異なる頂角α(x)のプリズム光の進み方
(sLが十分に薄い場合)
偏向ビームが光軸を 横切る距離
焦点距離 f (曲率半径Rと屈折率nに関係)
講義内容
1. 光の性質:光波、光線、光子 進む向き(屈折/反射)、エネルギー、パワー
2. 幾何光学(光線光学): 光波の進む向きをベクトルと行列で簡単に扱う
3. 波動光学: 波として取り扱う現象 (回折、波束、反射率、干渉、偏光)
基底ベクトル:光線の進み方を表すベクトル
基底ベクトル:光線の進み方を表すベクトル
入射側の光線:
出射側の光線:
作用行列:光線の変化を表す行列M
入射光 出射光 作用行列M
(近軸光線に対する)境界面の作用を表す行列表示
Rは正 Rは負
曲率半径R
Rは正 Rは負
曲率半径R
例題:屈折率 n ・長さ L の媒質のシステム行列 M
レンズによる作用全体の「システム行列」
物点から出た光が再び集まる場所:結像点 →フェルマの原理によれば物点から像点までの 光路長同じ(システム行列による波面の変換)
出射 入射 転送 システム行列
波面の変換
様々な種類のレンズ
システム行列を考えてみよう!
例題:レンズで屈折する光の進み方
厚みsL(=2.0cm)、屈折率n(=2.0)、曲率半径R(=20cm)の両凸レンズ
① システム行列 ② 中心から2cmずれたところに光軸に平行に入った光の 出点の位置ズレ ③ 平行ビームの偏角δ ④ レンズの焦点の位置 f
例題:レンズで屈折する光の進み方
曲率半径R(=-‐20cm)の凹面鏡
① システム行列 ② 中心から2cmずれたところに光軸に平行に入った光の偏角δ ③ 凹面鏡の焦点の位置 f