工程光學

前言

自從20世紀60年代初期激光出現(xiàn)以來，現(xiàn)代光學得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的學科分支?，F(xiàn)代光學工程在認識世界、改造世界的實踐中已取得了一系列變革性的進展，并對國防建設、國民經(jīng)濟、日常生活等諸多方面產(chǎn)生巨大的影響。隨著現(xiàn)代光學成為21世紀的重要學科，人們也愈加重視光學工程的普及教育?，F(xiàn)代光學離不開作為基礎理論的幾何光學和波動光學。本書是光學工程的技術基礎課教材，全書分為幾何光學和波動光學兩大部分。第1章至第9章為幾何光學篇，系統(tǒng)地介紹幾何光學的基本定律、光學系統(tǒng)基本成像元件的成像規(guī)律和高斯光學理論，介紹光學系統(tǒng)的光束限制及其應用、像差的基本概念，在這些基本理論的基礎上介紹典型光學系統(tǒng)的工作原理、主要性能和特點，還適當介紹部分實用及現(xiàn)代光學系統(tǒng)的原理與應用。第10章至第13章為波動光學篇，介紹光的電磁理論，光的干涉、衍射、偏振等波動性質(zhì)與應用。這兩大部分內(nèi)容構成了經(jīng)典光學的完整體系。本書在著重介紹基礎光學理論的同時增加了現(xiàn)代光學的部分內(nèi)容，目的是希望讀者在掌握工程光學基本理論的同時也對現(xiàn)代光學的理論及現(xiàn)代光學系統(tǒng)的原理與應用有一定的了解，以拓寬知識面，更好地理解和認識日新月異的新成果和新技術，為今后的創(chuàng)新工作打下良好的基礎。

內(nèi)容概要

　　《工程光學（第2版）》系統(tǒng)地介紹了幾何光學和波動光學的基礎理論。全書共分13章，前9章以幾何光學為基礎，介紹幾何光學的基本定律、球面系統(tǒng)和平面系統(tǒng)的成像規(guī)律、高斯光學的基本理論及像差的基本概念，并介紹典型和實用光學系統(tǒng)及部分現(xiàn)代光學系統(tǒng)的原理和特性；第10章至第13章以波動光學為基礎，介紹光的電磁理論，光的干涉、衍射、偏振等波動性質(zhì)及應用。這兩部分內(nèi)容構成了經(jīng)典光學的完整體系?！豆こ坦鈱W（第2版）》精心安排了有代表性的例題和習題，側重對關鍵知識的理解和應用能力的訓練，便于讀者掌握?！　　豆こ坦鈱W（第2版）》可作為高等院校光學工程、測控、電子信息等相關專業(yè)的本科生和研究生的專業(yè)基礎課教材，也可作為考研及有關工程技術人員的參考書。

書籍目錄

前言第1章幾何光學的基本定律和物像概念1.1幾何光學的基本定律1.1.1幾何光學的點、線、面1.1.2幾何光學的基本定律1.1.2費馬原理1.2光學系統(tǒng)的物像概念習題第2章共軸球面光學系統(tǒng)2.1符號規(guī)則2.1.1光路方向2.1.2線量的正負號2.1.3角度的正負號2.1.4符號規(guī)則的意義2.1.5光路圖中的符號標注2.2物體經(jīng)單個折射球面的成像2.2.1單球面成像的光路計算2.2.2近軸區(qū)域的物像關系2.2.3近軸區(qū)域的物像放大率2.3單個反射球面的成像2.4共軸球面系統(tǒng)的成像習題第3章理想光學系統(tǒng)3.1理想光學系統(tǒng)的基本理論3.2理想光學系統(tǒng)的基點與基面3.2.1無限遠的軸上物點與像方焦點3.2.2無限遠的軸上像點與物方焦點3.2.3主平面3.2.4光學系統(tǒng)的焦距3.2.5理像光學系統(tǒng)的節(jié)點3.3理想光學系統(tǒng)的物像關系3.3.1作圖法求像3.3.2解析法求像3.4理想光學系統(tǒng)的多光組成像3.4.1多光組成像的一般過程3.4.2多光組系統(tǒng)的等效系統(tǒng)3.4.3雙光組組合3.4.4雙光組組合的應用實例3.5實際光學系統(tǒng)的基點和基面3.5.1實際系統(tǒng)的基點和基面3.5.2透鏡的基點和基面習題第4章平面系統(tǒng)4.1平面鏡4.1.1單平面鏡的成像特性4.1.2雙面鏡的成像特性4.2反射棱鏡4.2.1反射棱鏡的類型4.2.2棱鏡系統(tǒng)成像的物像坐標變化4.2.3反射棱鏡的等效作用與展開4.3平行平面板4.3.1平行平板的成像特性4.3.2平行平板對光線位移的計算4.3.3平行平板的等效空氣層4.3.4共軸球面系統(tǒng)和平面棱鏡系統(tǒng)的組合4.4折射棱鏡和光楔4.4.1折射棱鏡4.4.2光楔習題第5章光學系統(tǒng)的光束限制5.1概述5.2孔徑光闌5.2.1孔徑光闌的判斷5.2.2入射光瞳和出射光瞳5.3視場光闌5.3.1視場范圍的計算5.3.2漸暈及其相關計算5.3.3入射窗和出射窗5.4漸暈光闌與場鏡5.4.1漸暈光闌5.4.2場鏡5.5景深和焦深5.5.1景深5.5.2焦深5.5.3遠心光路習題第6章像差概論6.1軸上點球差6.1.1球差的概念和形成6.1.2單個折射球面的齊明點6.1.3單透鏡的球差6.2彗差6.2.1彗差的概念和形成6.2.2孔徑光闌對彗差的影響6.3細光束像散6.4細光束場曲6.5畸變6.6色差6.6.1位置色差6.6.2倍率色差習題第7章光度學與色度學7.1視敏函數(shù)與顏色視覺7.1.1視敏函數(shù)7.1.2顏色視覺7.2光度學中的量及其基本規(guī)律7.2.1光通量7.2.2發(fā)光強度7.2.3光照度7.2.4光亮度7.2.5光度學中的基本規(guī)律7.3色度學基礎7.3.1顏色匹配實驗7.3.2CIE標準色度系統(tǒng)7.3.3C1E色度計算7.3.4均勻顏色空間與色差計算7.3.5光源習題第8章實用光學系統(tǒng)8.1人眼光學系統(tǒng)8.1.1眼睛的結構8.1.2眼睛的調(diào)節(jié)和適應8.1.3眼睛的視力缺陷與校正8.1.4人眼的分辨力和對準精度8.1.5雙眼立體視覺8.2放大鏡8.2.1視覺放大率8.2.2光束限制和線視場8.2.3放大鏡用做目鏡8.3顯微鏡系統(tǒng)8.3.1顯微鏡工作原理與視覺放大率8.3.2顯微鏡的光束限制8.3.3顯微鏡的分辨力和有效放大率8.3.4顯微鏡的應用舉例8.4望遠鏡系統(tǒng)8.4.1望遠系統(tǒng)的視覺放大率8.4.2望遠系統(tǒng)的分辨力和有效放大率8.4.3望遠鏡的光束限制8.4.4望遠鏡的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)8.5攝影系統(tǒng)8.5.1攝影物鏡的光學特性8.5.2攝影物鏡的景深8.5.3變焦距物鏡8.6投影系統(tǒng)8.6.1光學性能8.6.2光度特性8.6.3投影物鏡的結構形式8.6.4變形物鏡8.7照明系統(tǒng)習題第9章現(xiàn)代光學系統(tǒng)9.1光纖光學系統(tǒng)9.1.1階躍型光纖9.1.2梯度折射率光纖9.1.3光纖的典型應用9.2激光光學系統(tǒng)9.2.1激光束的結構9.2.2激光束的傳播特性9.2.3激光聚焦系統(tǒng)和激光擴束系統(tǒng)9.3紅外光學系統(tǒng)9.3.1紅外光學系統(tǒng)的功用與特點9.3.2幾種典型的紅外光學系統(tǒng)9.4菲涅耳透鏡習題第10章光的電磁理論基礎10.1光波的特性10.1.1麥克斯韋方程組10.1.2物質(zhì)方程10.1.3電磁波動方程10.2幾種簡單的光波場10.2.1簡諧平面波10.2.2球面波和柱面波10.2.3電磁場的能量和能流10.3光波的疊加10.3.1波的疊加原理10.3.2同頻率、同振動方向單色光波的疊加10.3.3頻率相同、振動方向相互垂直的光波的疊加10.3.4不同頻率單色光波的疊加10.4光在兩種介質(zhì)分界面上的反射和折射10.4.1電磁場的邊界條件10.4.2反射定律和折射定律10.4.3菲涅耳公式10.4.4菲涅耳公式的討論10.4.5全反射與倏逝波習題第11章光的干涉11.1光波干涉條件和楊氏干涉實驗11.1.1光波干涉條件11.1.2楊氏干涉實驗11.2干涉條紋的可見度11.2.1雙光束干涉時干涉條紋的可見度11.2.2光源的非單色性對干涉條紋可見度的影響11.2.3光源大小對干涉條紋可見度的影響11.3平板的雙光束干涉11.3.1干涉條紋的分類11.3.2等傾干涉11.3.3等厚干涉11.4平板干涉的應用11.4.l邁克耳孫干涉儀11.4.2泰曼-格林干涉儀和波面干涉技術11.4.3馬赫-曾德爾干涉儀11.5平行平板的多光束干涉及其應用11.5.1平行平板多光束干涉的原理11.5.2法布里-珀羅干涉儀11.5.3干涉濾光片 11.6光學薄膜11.6.l單層膜11.6.2多層膜習題第12章光的衍射12.1光波的標量衍射理論12.1.1衍射的基本概念12.1.2惠更斯-菲涅耳原理12.1.3兩種典型的衍射12.2菲涅耳衍射12.2.1菲涅耳半波帶法12.2.2菲涅耳波帶片12.3夫瑯禾費衍射12.3.1矩孔衍射12.3.2單縫衍射12.3.3單縫衍射因子的特點12.3.4多縫衍射12.3.5圓孔衍射12.4光學成像系統(tǒng)的衍射和分辨本領12.4.1望遠鏡的分辨率12.4.2照相物鏡的分辨率12.4.3顯微鏡的分辨率12.5衍射光柵12.5.1衍射光柵概述12.5.2幾種典型衍射光柵習題第13章光的偏振13.1偏振光的描述13.1.1光波的偏振態(tài)13.1.2偏振度13.1.3偏振態(tài)的表示法13.2各向異性介質(zhì)中的光波傳播特性13.2.1晶體的光學各向異性13.2.2平面波在晶體中的傳播13.2.3平面波在晶體界面上的雙反射和雙折射13.3偏振器件13.3.1偏振器13.3.2波片13.3.3偏振器件的數(shù)學描述13.4偏振光的干涉習題簡明習題答案參考文獻附錄

章節(jié)摘錄

插圖：高斯光學理論的基本核心就是光學系統(tǒng)（也稱為理想光組）中物和像的一一對應關系，這些對應關系包括：（1）物空間的每一物點，在像空間都有一個和它唯一對應的像點；（2）物空間的每一條直線，在像空間都有一條和它唯一對應的直線；（3）物空間的每一平面，在像空間都有一個和它唯一對應的平面。這種物和像一一對應的關系稱為共軛關系，可以證明，按照這一基本理論，還可以得到如下推論：（1）如果一條物方光線經(jīng)過物點P，則對應的像方光線必經(jīng)過其共軛點P；（2）如果物方的平面垂直于光軸，則像方對應的共軛平面也垂直于光軸；（3）在任何一對物像共軛的垂軸平面內(nèi)，垂軸放大率為一常數(shù)，即理想光學系統(tǒng)對垂軸的平面物體所成的像具有物像相似的性質(zhì)。顯然，根據(jù)上述理論，光學系統(tǒng)的成像必定是完善的、理想的。按照上述理論，如果已知一個光學系統(tǒng)任意一對共軛面的位置及其放大率，同時又已知另外任意兩對共軛點的位置，就可以確定其余任意點的物像關系。這可從例3一工得到證明。

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