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工程光学 第4版

ISBN:9787111519621

作者:郁道银

定价:¥69.80

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内容提要
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CIP
本书是“十二五”普通高等教育本科规划教材,是根据高等教育规划教材的编写要求,以及更新教材内容、反映现代科技发展和应用的原则,在普通高等教育“十一五”规划教材《工程光学(第3版)》基础上重新修订而成。本书编写一贯坚持注重基本理论的论述,加强理论与工程实际的结合,突出现代光学与光学技术发展的指导思想。本书修订后仍分为上、下两篇,上篇为几何光学和光学设计,下篇为物理光学。全书系统地介绍了工程光学的基本原理、方法和应用。
目录
新版网络支持功能介绍
第4版前言
第3版前言
第2版前言
第1版前言
上篇几何光学与光学设计第一章几何光学基本定律与成像
概念1
第一节几何光学的基本定律和原理1
一、光波与光线1
二、几何光学的基本定律2
三、费马原理5
四、马吕斯定律6
第二节成像的基本概念与完善成像
条件6
一、光学系统与成像概念6
二、完善成像条件6
三、物、像的虚实7
第三节光路计算与近轴光学系统7
一、基本概念与符号规则7
二、实际光线的光路计算8
三、近轴光线的光路计算9
第四节球面光学成像系统10
一、单个折射面成像10
二、球面反射镜成像11
三、共轴球面系统12
习题14
第二章理想光学系统16
第一节理想光学系统与共线成像
理论16
第二节理想光学系统的基点与基面18
一、无限远的轴上物点对应的像点F′18
二、无限远轴上像点对应的物点F19
三、物方主平面与像方主平面间的关系,
理想光学系统的基点和基面19
四、实际光学系统的基点位置和焦
距的计算20
第三节理想光学系统的物像关系21
一、图解法求像21
二、解析法求像22
三、由多个光组组成的理想光学系
统的成像24
四、理想光学系统两焦距之间的
关系25
第四节理想光学系统的放大率26
一、轴向放大率26
二、角放大率27
三、光学系统的节点27
四、用平行光管测定焦距的依据28
第五节理想光学系统的组合28
一、两个光组组合分析29
二、多光组组合计算31
三、举例32
第六节透镜35
习题37
第三章平面与平面系统39
第一节平面镜成像39
一、平面镜成像原理39
二、平面镜旋转特性40
三、双平面镜成像40
第二节平行平板41
一、平行平板的成像特性42
二、平行平板的等效光学系统42
第三节反射棱镜43
一、反射棱镜的类型43
二、棱镜系统的成像方向判断47
三、反射棱镜的等效作用与展开48
第四节折射棱镜与光楔50
一、折射棱镜的偏向角50
二、光楔及其应用52
三、棱镜色散52
第五节光学材料53
一、透射材料的光学特性53
二、反射光学材料的光学特性56
习题56
Ⅹ工程光学第4版目录
Ⅺ第四章光学系统中的光阑与
光束限制59
第一节光阑59
一、孔径光阑59
二、视场光阑62
第二节照相系统中的光阑62
第三节望远镜系统中成像光束的
选择64
第四节显微镜系统中的光束限制
与分析66
一、简单显微镜系统中的光束限制66
二、远心光路67
三、场镜的应用67
第五节光学系统的景深68
一、光学系统的空间像68
二、光学系统的景深69
第六节数码照相机镜头的景深73
习题74
第五章光度学和色度学基础77
第一节辐射量和光学量及其单位77
一、辐射量77
二、光学量78
三、光学量和辐射量间的关系79
第二节光传播过程中光学量的变化
规律80
一、点光源在与之距离为r处的表面上
形成的照度80
二、面光源在与之距离为r处的表面上
形成的照度81
三、单一介质元光管内光亮度的
传递81
四、光束经界面反射和折射后的
亮度81
五、余弦辐射体83
第三节成像系统像面的光照度84
一、轴上像点的光照度84
二、轴外像点的光照度84
三、光通过光学系统时的能量损失85
四、光学系统的总透射比87
第四节颜色的分类及颜色的表观特征87
一、颜色及其分类87
二、颜色的表观特征87
第五节颜色混合及格拉斯曼颜色混合
定律88
一、颜色混合88
二、格拉斯曼颜色混合定律88
第六节颜色匹配89
一、颜色匹配和颜色匹配实验89
二、颜色方程式90
三、颜色匹配实验的结论90
第七节色度学中的几个概念90
一、颜色刺激90
二、三原色90
三、三刺激值90
四、光谱三刺激值或颜色匹配函数91
五、色品坐标及色品图91
六、色度学中常用的光度学概念91
第八节颜色相加原理及光源色和物体
色的三刺激值93
一、颜色相加原理93
二、光源色和物体色的三刺激值93
第九节CIE标准色度学系统94
一、 CIE1931标准色度学系统94
二、 CIE1964补充标准色度学系统100
三、 CIE标准照明体和标准光源101
四、 CIE关于照明和观察条件的规定102
五、 CIE色度学系统表示颜色的方法102
第十节均匀颜色空间及色差公式103
一、(x,y,Y)颜色空间是非均匀
颜色空间103
二、均匀颜色空间及相应的色差
公式104
第十一节颜色测量105
一、颜色测量原理105
二、颜色测量方法分类106
三、颜色测量方法106
习题107
第六章光线的光路计算及像差
理论108
第一节概述108
一、基本概念108
二、像差计算的谱线选择109
第二节光线的光路计算109
一、子午面内的光线光路计算110
二、沿轴外点主光线细光束的光路
计算112
三、计算举例113
第三节轴上点的球差114
一、球差的定义和表示方法114
二、球差的校正116
第四节正弦差和彗差118
一、正弦差118
二、彗差120
第五节场曲和像散121
一、场曲与轴外球差121
二、像散123
第六节畸变124
第七节色差126
一、位置色差、色球差和二级光谱126
二、倍率色差128
第八节像差特征曲线与分析129
一、像差特征曲线129
二、像差特征曲线分析130
第九节波像差132
习题134
第七章典型光学系统137
第一节眼睛及其光学系统137
一、眼睛的结构——成像光学系统137
二、眼睛的调节及校正137
三、眼睛——辐射接收器139
四、眼睛的分辨率139
五、眼睛的对准精度140
六、眼睛的景深140
七、双目立体视觉141
第二节放大镜142
一、视觉放大率142
二、光束限制和线视场143
第三节显微镜系统144
一、显微镜的视觉放大率144
二、显微镜的线视场145
三、显微镜的出瞳直径145
四、显微镜的分辨率和有效放大率145
五、显微镜的景深146
六、显微镜的照明方法147
七、显微镜的物镜149
第四节望远镜系统149
一、望远系统的分辨率及工作放
大率150
二、望远镜的视场151
第五节目镜152
第六节摄影系统155
一、摄影物镜的光学特性155
二、摄影物镜的景深157
三、摄影物镜的类型157
四、数码相机(digital camera)159
第七节投影系统160
一、基本参数160
二、投影物镜的结构型式161
三、照明系统162
四、基于DMD的投影光学系统162
五、DMD空间光调制器163
第八节变焦距光学系统164
一、变焦距光学系统的原理164
二、变焦距系统的变焦方程166
三、机械补偿变焦系统169
第九节光学系统的外形尺寸计算171
一、转像系统和场镜171
二、带有对称透镜转像系统的望
远镜172
习题175
第八章现代光学系统179
第一节激光光学系统179
一、高斯光束的特性179
二、高斯光束的传播179
三、高斯光束的透镜变换181
四、高斯光束的聚焦和准直183
五、高斯光束的整形184
六、LD光束特性及其整形186
第二节傅里叶(Fourier)变换光学
系统187
一、相干光学处理系统187
二、傅里叶变换物镜的光学设计要求及
结构型式188
第三节扫描光学系统189
一、扫描方程式190
二、常用光学扫描形式190
三、扫描物镜——fθ物镜191
第四节光纤光学系统193
一、阶跃型光纤的基本原理193
二、梯度折射率光纤194
三、光纤束的传光、传像特性197
四、光纤光学系统200
五、光纤面板与光锥201
第五节红外光学系统201
一、红外光学材料202
二、红外光学系统的结构型式204
三、红外光学系统的冷阑与冷阑
效率206
四、红外光学系统的无热化设计206
第六节特殊面型及特殊结构光学
系统207
一、自由曲面光学系统207
二、折/衍混合成像光学系统209
三、离轴反射式光学系统210
四、微透镜及微透镜阵列211
五、共形光学系统211
六、自适应光学系统212
习题213
Ⅻ第九章光学系统的像质评价214
第一节瑞利判断与波前图214
一、瑞利判断(Rayleigh Judgement)214
二、波前图(Wavefront Map)215
第二节中心点亮度与能量包容图215
一、中心点亮度(Brightness
of Center Disk)215
二、能量包容图(Encircled
Energy)215
第三节分辨率与点扩散函数216
一、分辨率(Resolving Power)216
二、点扩散函数(Point Spread
Function)218
第四节星点检测法与点列图218
一、星点检测法(Star Test)218
二、点列图(Spot Diagram)219
第五节光学传递函数评价成像质量220
一、利用MTF曲线来评价成像质量221
二、利用MTF曲线的积分值来评价
成像质量221
第六节其他像质评价方法222
一、方均根(RootMeanSquare,RMS)
统计评价222
二、光程差曲线与光线差曲线223
三、照度分析与光谱分析224
四、杂散光分析225
第七节光学系统的像差公差226
一、望远物镜和显微物镜的像差
公差226
二、望远目镜和显微目镜的像差
公差227
三、照相物镜的像差公差228
习题228
第十章光学设计229
第一节PW形式的初级像差系数229
一、 PW的定义及PW形式的初级
像差系数229
二、薄透镜系统初级像差的PW
表示式231
第二节薄透镜系统的基本像差参量231
一、对像差参量P、W进行规化232
二、对物体位置进行规化232
三、规化色差系数C1233
四、用规化像差参量P、W表示的初级
像差系数234
第三节双胶合薄透镜组的基本像差参量
与结构参数的关系234
一、双胶合薄透镜组的独立结构
参数234
二、基本像差参量P∞、W∞和C1与结构
参数的关系235
三、P∞、W∞与玻璃材料的关系236
四、求解双胶合薄透镜组结构参数的
步骤237
第四节单薄透镜的P∞、W∞和C1与结构
参数的关系238
第五节用PW方法求解初始结构参
数实例239
一、双胶合物镜的初始结构设计239
二、双分离物镜的初始结构设计244
第六节光学系统的像差校正方法246
一、系统中各光组(以至各面)
的像差分布合理,尽量减小
高级像差247
二、系统的像差具有合理的匹配247
三、改变单个面的曲率半径247
四、整体弯曲247
五、利用特殊位置的透镜或透镜组的
像差特性247
六、利用对称型结构的像差特性,成
对地修改结构参数248
七、增加胶合面,校正色差或单
色像差248
八、更换玻璃,校正色差或单色
像差248
九、加入无光焦度校正板248
十、移动光阑至合适的位置248
十一、通过拦光,改善轴外点成
像质量248
十二、加入非球面248
第七节光学系统的优化设计248
一、概述248
二、光学镜头设计中常用优化方法
的数学原理250
三、阻尼因子p、权因子μj和评价函
数251
四、边界条件253
五、小结254
第八节-5×显微物镜的优化设计实例254
一、方法1254
二、方法2255
第九节激光扫描物镜优化设计实例259
一、设计要求259
二、优化设计过程与结果259
第十节三片数码相机物镜优化设计
实例266
一、三片数码相机物镜的光学特性和
像质要求266
二、初始结构266
三、加厚镜片的过程268
四、优化269
第十一节双高斯物镜优化设计实例275
一、设计背景概述275
二、双高斯物镜的初始结构276
三、优化277
第十二节非球面镜头优化设计实例285
一、概述285
二、非球面激光聚焦物镜优化设计
实例288
三、孔径角U′=61°、后工作距l′≥20mm
的非球面聚光镜的优化设计292
习题297
上篇习题部分参考答案299
上篇主要参考文献303下篇物理光学第十一章光的电磁理论基础305
第一节光的电磁波性质305
一、电磁场的波动性305
二、平面电磁波及其性质308
三、球面波和柱面波311
四、光波的辐射和辐射能312
第二节光在电介质界面上的反射和
折射314
一、电磁场的连续条件314
二、光在两电介质分界面上的反射定律
和折射定律315
三、菲涅耳公式316
四、反射和折射时的振幅关系318
五、相位变化319
六、反射比和透射比320
七、反射和折射时的偏振特性321
八、全反射323
第三节光在金属表面的反射和透射327
一、金属中的光波327
二、金属表面的反射328
第四节光的吸收、色散和散射330
一、光的吸收330
二、光的色散332
三、光的散射335
第五节光波的叠加337
一、波的叠加原理337
二、两个频率相同、振动方向相同的
单色光波的叠加338
三、驻波340
四、两个频率相同、振动方向互相垂
直的单色光波的叠加341
五、两个不同频率的单色光波的
叠加343
第六节光波的傅里叶分析343
一、非简谐周期波的傅里叶级数
表示346
二、非周期波的傅里叶积分表示348
三、实际光源发出的光波的分析349
习题351
第十二章光的干涉和干涉系统354
第一节光波干涉的条件354
第二节杨氏干涉实验356
一、杨氏干涉条纹的分析356
二、两个单色相干点源在空间形
成的干涉场358
第三节干涉条纹的可见度358
一、干涉条纹可见度的定义359
二、影响条纹可见度的因素359
第四节平板的双光束干涉363
一、干涉条纹的定域363
二、平行平板产生的等倾干涉363
三、楔形平板产生的等厚干涉366
四、斐索干涉仪和迈克耳逊干涉仪367
第五节平行平板的多光束干涉及
其应用371
一、平行平板的多光束干涉371
二、法布里珀罗干涉仪373
三、光学薄膜与干涉滤光片376
第六节现代干涉技术和干涉系统381
一、外差干涉和泰曼格林系统382
二、剪切干涉和马赫曾德系统383
三、傅里叶变换光谱仪385
四、用于制作光学元件的干涉系统386
习题387
第十三章光的衍射391
第一节光波衍射的基本理论391
一、光的衍射现象391
二、惠更斯菲涅耳原理392
三、菲涅耳基尔霍夫衍射公式393
四、巴比涅原理394
五、基尔霍夫衍射公式的近似395
第二节菲涅耳衍射397
一、菲涅耳波带法397
二、菲涅耳圆孔衍射399
三、菲涅耳圆屏衍射399
四、菲涅耳波带片(菲涅耳透镜)399
五、泰伯(Talbot)效应402
第三节典型孔径的夫琅和费衍射403
一、夫琅和费衍射公式的意义404
二、矩孔衍射405
三、单缝衍射407
四、圆孔的夫琅和费衍射408
第四节光学成像系统的衍射和分辨
本领410
一、成像系统的衍射现象410
二、在像面观察的夫琅和费衍射411
三、光学成像系统的分辨率412
第五节多缝的夫琅和费衍射414
一、多缝衍射的强度分布公式414
二、多缝衍射图样的特征415
第六节衍射光栅416
一、光栅的分光性能417
二、正弦(振幅)光栅419
三、闪耀光栅421
四、阶梯光栅422
五、体光栅423
第七节二元光学元件425
一、二元光学概述425
二、二元光学元件的结构、特性与
制造425
三、二元光学元件应用举例429
习题431
第十四章傅里叶光学435
第一节平面波的复振幅分布和空
间频率435
一、光场中任一平面上的复振幅
分布435
二、复振幅分布的空间频率及物
理意义436
第二节复杂复振幅分布及其
分解437
一、单色波场中复杂的复振幅
分布437
二、复杂复振幅分布的分解439
第三节光波衍射的傅里叶分析方法439
一、夫琅和费衍射与傅里叶变换
的关系440
二、夫琅和费衍射图样的特点441
三、夫琅和费衍射的傅里叶变换
处理实例442
四、菲涅耳衍射的傅里叶变换处理447
第四节透镜的傅里叶变换性质和
成像性质447
一、透镜的透射函数448
二、透镜的傅里叶变换性质448
三、透镜的成像性质450
第五节相干成像系统分析及相干
传递函数451
一、成像系统的普遍模型452
二、成像系统的线性和空间不变性452
三、扩展物体的成像453
四、相干传递函数(CTF)453
第六节非相干成像系统分析及光
学传递函数456
一、非相干系统的成像456
二、光学传递函数(OTF)457
三、 OTF与CTF的关系458
四、衍射受限系统的OTF459
第七节阿贝成像理论与波特实验461
一、阿贝成像理论461
二、波特实验463
第八节光学信息处理465
一、相干光学信息处理466
二、非相干光学处理470
三、白光信息处理472
第九节全息术473
一、全息术的原理473
二、基元全息图475
三、全息术的特点477
四、全息术的应用478
习题481
第十五章光的偏振和晶体光学
基础484
第一节偏振光概述484
一、偏振光和自然光484
二、产生线偏振光的方法484
三、马吕斯定律和消光比486
四、径向偏振光486
第二节光在晶体中的传播488
一、晶体的双折射现象488
二、晶体的各向异性和介电张量489
三、单色平面波在晶体中的传播490
第三节晶体光学性质的几何表示493
一、折射率椭球493
二、法线面、光线面和波矢面494
三、单轴晶体光学性质的几何表示496
第四节光波在晶体表面的折射和
反射499
一、光在晶体表面的折射定律和反射
定律499
二、光在单轴晶体中传播方向的
确定499
第五节晶体偏振器件504
一、偏振棱镜504
二、波片506
三、补偿器507
四、退偏器508
第六节偏振的矩阵表示509
一、偏振光的琼斯矢量表示509
二、正交偏振511
三、偏振器件的琼斯矩阵表示511
第七节偏振光的变换和测定514
一、偏振光的变换514
二、偏振光的测定515
第八节偏振光的干涉517
一、平行偏振光的干涉518
二、会聚偏振光的干涉521
三、偏光干涉仪522
第九节磁光、电光和声光效应524
一、旋光现象和磁致旋光效应525
二、电光效应529
三、声光效应535
第十节液晶538
一、液晶的光学各向异性性质538
二、液晶的电光效应540
三、液晶的应用542
习题544
第十六章导波光学基础548
第一节光在平板波导中的传播548
一、平板光波导的射线理论548
二、平板光波导的波动理论551
三、耦合模理论553
第二节光在光纤中的传播555
一、光纤的结构特性555
二、阶跃光纤的射线理论556
三、阶跃光纤的模式理论558
四、光纤的传输损耗与色散560
第三节导波光学的应用561
一、导波光学的典型器件与应用561
二、光纤的应用562
习题564
第十七章光子学基础565
第一节光的量子性565
一、光电效应与爱因斯坦光子学说565
二、光的波粒二象性567
第二节光谐振腔的辐射模567
一、谐振腔及其特性567
二、腔模568
第三节光子的特性570
一、光子的能量570
二、光子的定位570
三、光子的动量571
四、光子的偏振571
五、光子的自旋572
第四节光子流572
一、光子简并度572
二、平均光子通量573
三、光子通量的随机性574
四、光子数的统计分布574
第五节光的量子态576
一、光的量子态及其描述576
二、相干态光578
三、压缩态光578
第六节应用举例580
一、量子保密通信580
二、光子晶体激光器和光子晶体滤
波器581
三、光子学的应用前景582
习题583
下篇附录584
附录A矢量分析及场论的主要公式584
附录B二维傅里叶变换关系及其基本
定理585
附录C几个常用函数的定义及傅里叶
变换586
附录D卷积和相关588
附录Eδ函数589
附录F贝塞尔函数592
附录G矩阵594
下篇习题部分参考答案597
下篇主要参考文献603
2015254627
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