光束：实像与虚像的特点与应用

根据费马定理，可以确定光线在各种具体情况下的传播方向，从而可以用来研究光在平面和球面系统中的反射或折射成像问题。为此引入单心光束、实像和虚像等概念。

2.1.3.1　单心光束、实像和虚像

由于光能量包含在光束之中。所以只有当光束进入人眼时，方能引起视觉效应。人眼所能看到的即成像予视网膜上的只是光束的顶点，而不是光束本身。另一方面光在通过混浊物质（例如光从小孔射入空气中混有灰尘的暗室）时，我们似乎可以看见光束。这实际上是由于在光束经过的地方经由微尘为散射光源，人眼所见到的只是散射光束的那些散射中心。宇航员看到天空一片漆黑，就是因为他的视线方向没有散射的光束射入。

来自实物发光点的光束，如果不改变方向而直接进入人眼，则该发光点作为光束的顶点直接能被看到。如果由于反射或折射而改变了光线的方向，则光束进入人眼时，人眼的感觉仍是直接沿刚刚进入瞳孔前的光线方向来判断光束发散顶点的位置，因而认为在该点有“物”存在。无论是直接从实物发光点（物点），或是从反射或折射光束的这种单心发散点（像点）出发，光束进入瞳孔后，所引起的视觉都没有什么不同。对眼睛来说，“物点”和“像点”都不过是进入瞳孔的发散光束的顶点，而且这时无法单独用眼睛来直接辨别光束的顶点是否有实际光线通过。

把发出发散光束的像点看作物，对于次一个球面的折射来说，与真正的发光物点可认为没有区别，而且不需考虑这像是实还是虚。不过由于球折射面的大小有一定的范围，故折射光束的张角就有一定的限制。由于实像所在点确有光线会聚。而虚像所在处根本没有光线通过，所以把白纸置在实像所在点，该点受会聚光束照射后发生漫反射，因而可以看见白纸上的亮点。而虚像则不能在白纸上显现出来。(www.xing528.com)

2.1.3.2　实物、实像、虚像的联系与区别

如果由于反射或折射的结果，光束已不再保持单心，那么一个发光点就不能成像于一点。实际上只有在平面镜反射的情况中，光束的单心性才不致破坏。应用光学所研究的问题主要是怎样能够准确地反映发光体形状，也就是怎样保持光束单心性的问题。在适当的条件下，这个问题能够近似地得到满足。本节主要讨论成像的最简单的基本条件。至于由于单心性的破坏而引起的像差问题可参阅有关章节。

此处所述单心性的破坏，仅从光线的直线传播概念出发，即认为光束的截面积足够大，衍射现象可以略去不考虑。