工程光學

前言

　　工程光學課程是測控技術與儀器、精密計量和光電類等專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課。本書是根據(jù)全國本科院校儀器儀表類專業(yè)的教學內容和課程體系改革要求，為適應科學技術的發(fā)展和培養(yǎng)創(chuàng)新型應用人才的需要而編寫的?！　”緯窃诰幷叨嗄杲虒W和科研實踐的基礎上編寫而成的，全書共分12章，內容涉及幾何光學和物理光學兩部分內容。第1～9章為幾何光學，主要介紹了幾何光學的基本定律，高斯光學理論及基本光學元件的成像特性，光學系統(tǒng)的光束限制及應用，像差的基本概念、成因及校正，典型光學系統(tǒng)的工作原理，激光、光纖和紅外等現(xiàn)代應用光學系統(tǒng)；第10～12章為物理光學，介紹了光的干涉、衍射和偏振等特性及應用。本書在編寫過程中，注重堅持基礎理論、強化能力、突出重點、學以致用的原則，既注重闡述必要的基礎知識，又力求理論聯(lián)系實際，緊密結合工程實際，列舉了大量應用實例，集實用性、知識性和通俗性于一體，有利于讀者較全面地掌握光學的基本理論和實際應用，努力反映光學領域的新發(fā)展，并注重培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。　　本書具有以下特點：　?。?）精選教學內容，不僅強調工程的科學分析，同時注重工程實踐能力的培養(yǎng)，使科學理論與工程實踐有機結合，依據(jù)教學大綱的基本要求，強調基礎知識在工程實際中的應用，從而提高學生的動手能力和創(chuàng)新精神；　?。?）略去了復雜的數(shù)學推導，強調基本概念的闡述，注重實用性與先進性，力求深入淺出，通俗易懂，以方便讀者學習，關鍵環(huán)節(jié)都選編了相關例題，每章都附有習題及部分參考答案，以滿足讀者自學的需要；　　（3）立足基本理論，面向應用技術，以“必需、夠用”為尺度，以掌握概念、強化應用為重點，加強了理論知識和工程實際應用的統(tǒng)一；　　（4）力求基礎知識、科技新成果及發(fā)展新動向相結合，以光學基本理論、光學系統(tǒng)成像特性及光學理論在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中的典型應用為主線。

內容概要

　　《工程光學》系統(tǒng)地介紹了幾何光學和物理光學的理論知識及其應用。全書共分12章，第1～9章屬于幾何光學，主要介紹了幾何光學的基本定律，高斯光學理論及基本光學元件的成像特性，光學系統(tǒng)的光束限制及應用，像差的基本概念、成因及校正，典型光學系統(tǒng)的工作原理，激光、光纖和紅外等現(xiàn)代應用光學系統(tǒng)；第10～12章屬于物理光學，介紹了光的干涉、衍射和偏振等特性及應用?！豆こ坦鈱W》注重實用性與先進性，力求深入淺出，通俗易懂，不僅注意必要的理論基礎，而且緊密結合工程實際，列舉了大量應用實例，關鍵環(huán)節(jié)都選編了相關例題，每章都附有習題及部分參考答案，以滿足讀者自學的需要。　　《工程光學》可作為高等院校儀器儀表類、光學工程、測控及電子信息等專業(yè)基礎課教材，也可供其他相關專業(yè)學生和從事光電技術、儀器儀表技術、精密計量及檢測技術等專業(yè)的工程技術人員及科技工作者參考。

書籍目錄

第1章 幾何光學的基本定律和物像概念1．1 概述1．2 幾何光學的基本定律1．2．1 基本定律概述1．2．2 光路的可逆性1．2．3 費馬原理1．2．4 馬呂斯定律1．3 成像的基本概念與完善成像條件1．3．1 光學系統(tǒng)與物像概念1．3．2 完善成像條件1．3．3 物像的虛實1．3．4 物像的相對性習題第2章 共軸球面光學系統(tǒng)2．1 基本概念與符號規(guī)則2．2 單個折射球面成像2．2．1 單折射球面成像的光路計算2．2．2 近軸區(qū)成像的物像關系2．2．3 近軸區(qū)成像的放大率和傳遞不變量2．3 單個反射球面成像2．4 共軸球面光學系統(tǒng)成像習題第3章 理想光學系統(tǒng)3．1 理想光學系統(tǒng)理論3．1．1 理想光學系統(tǒng)理論的內容3．1．2 共軸理想光學系統(tǒng)理論3．2 理想光學系統(tǒng)的基點和基面3．2．1 無限遠軸上物點和其對應的像點3．2．2 無限遠軸上像點對應的物點F3．2．3 物方主平面與像方主平面3．3 理想光學系統(tǒng)的物像關系3．3．1 圖解法求像3．3．2 解析法求像3．3．3 理想光學系統(tǒng)兩焦距之間的關系3．3．4 舉例3．4 理想光學系統(tǒng)的放大率3．4．1 垂軸放大率3．4．2 軸向放大率3．4．3 角放大率3．4．4 光學系統(tǒng)的節(jié)點3．4．5 用平行光管測定焦距的依據(jù)3．4．6 舉例3．5 理想光學系統(tǒng)的組合3．5．1 圖解法求像3．5．2 解析法求像3．5．3 理想光學系統(tǒng)的光焦度3．5．4 舉例3．6 透鏡3．6．1 透鏡的分類3．6．2 透鏡的焦距和基點位置3．6．3 舉例習題第4章 平面與平面系統(tǒng)4．1 平面鏡成像4．1．1 單平面鏡4．1．2 雙平面鏡成像4．2 平行平板4．2．1 平行平板的成像特性4．2．2 近軸區(qū)平行平板的成像4．3 反射棱鏡4．3．1 反射棱鏡的概念及分類4．3．2 棱鏡系統(tǒng)的成像方向判斷4．3．3 反射棱鏡的等效作用與展開4．4 折射棱鏡與光楔4．4．1 折射棱鏡的偏轉4．4．2 光楔及其應用4．4．3 棱鏡的色散4．4．4 光學材料4．4．5 舉例習題第5章 光學系統(tǒng)的光束限制5．1 孔徑光闌、入瞳和出瞳5．1．1 孔徑光闌5．1．2 入瞳和出瞳5．1．3 孔徑光闌、入瞳和出瞳的判定方法5．2 視場光闌、入窗和出窗5．2．1 視場光闌5．2．2 入窗和出窗5．2．3 視場光闌、入窗和出窗的判定方法5．3 漸暈光闌及場鏡的應用5．3．1 漸暈及漸暈光闌5．3．2 場鏡的應用5．4 光學系統(tǒng)的景深和焦深5．4．1 光學系統(tǒng)的空間像5．4．2 光學系統(tǒng)的景深5．4．3 照相機景深舉例5．4．4 光學系統(tǒng)的焦深5．5 遠心光路5．5．1 物方遠心光路5．5．2 像方遠心光路習題第6章 像差概論6．1 球差6．1．1 球差的定義及光學現(xiàn)象6．1．2 單折射球面的齊明點6．1．3 單透鏡的球差與校正6．2 彗差6．2．1 彗差的形成及光學現(xiàn)象6．2．2 彗差的量度6．2．3 彗差的校正6．3 像散和場曲6．3．1 細光束像散和場曲的產(chǎn)生及量度6．3．2 像散和場曲的校正6．4 畸變6．4．1 畸變的產(chǎn)生和量度6．4．2 畸變的種類6．4．3 畸變的校正6．5 色差6．5．1 位置色差6．5．2 倍率色差6．6 像差綜述習題第7章 眼睛及目視光學系統(tǒng)7．1 眼睛及其光學系統(tǒng)7．1．1 眼睛的結構7．1．2 眼睛的調節(jié)7．1．3 眼睛的缺陷與校正7．1．4 眼睛的視角7．1．5 眼睛的分辨率7．1．6 眼睛的瞄準精度7．1．7 雙目立體視覺7．2 放大鏡7．2．1 放大鏡的視覺放大率7．2．2 放大鏡的光束限制和線視場7．3 顯微鏡系統(tǒng)7．3．1 顯微鏡的視覺放大率7．3．2 顯微鏡的光束限制和線視場7．3．3 顯微鏡的分辨率和有效放大率7．3．4 顯微鏡的景深7．3．5 顯微鏡的照明方法7．3．6 顯微鏡的物鏡7．4 望遠鏡系統(tǒng)7．4．1 望遠鏡的視覺放大率7．4．2 望遠鏡系統(tǒng)的分辨率和工作放大率7．4．3 望遠鏡的視場7．5 目鏡7．5．1 目鏡的主要光學參數(shù)7．5．2 目鏡類型7．5．3 光學儀器中目鏡的視度調節(jié)習題第8章 攝影系統(tǒng)和投影系統(tǒng)8．1 攝影系統(tǒng)8．1．1 攝影物鏡的光學特性8．1．2 攝影物鏡的光束限制8．1．3 攝影物鏡的分辨率8．1．4 攝影物鏡的景深8．1．5 攝影物鏡的類型8．2 投影系統(tǒng)8．2．1 投影物鏡的光學特性8．2．2 投影物鏡的結構形式8．2．3 投影系統(tǒng)的照明習題第9章 現(xiàn)代光學系統(tǒng)9．1 激光光學系統(tǒng)9．1．1 高斯光束的特性9．1．2 高斯光束的透鏡變換9．2 光纖光學系統(tǒng)9．2．1 階躍型光纖9．2．2 梯度折射率光纖9．3 紅外光學系統(tǒng)9．3．1 紅外光學系統(tǒng)的特點9．3．2 典型紅外光學系統(tǒng)習題第10章 光的干涉10．1 光波干涉的條件及楊氏干涉實驗10．1．1 光波干涉的條件10．1．2 楊氏干涉實驗10．1．3 干涉條紋的可見度10．1．4 雙縫干涉的應用10．2 平板的雙光束干涉及典型應用10．2．1 平行平板產(chǎn)生的等傾干涉10．2．2 楔形平板產(chǎn)生的等厚干涉10．2．3 典型分振幅干涉儀及其應用10．2．4 干涉技術的其他應用10．3 平行平板的多光束干涉及其應用10．3．1 平行平板多光束干涉10．3．2 法布里一帕羅干涉儀習題第11章 光的衍射11．1 光的衍射現(xiàn)象及其標量理論11．1．1 光的衍射現(xiàn)象11．1．2 光波的標量衍射理論11．2 菲涅爾衍射11．2．1 菲涅爾波帶法11．2．2 菲涅爾圓孔和圓屏衍射11．3 夫瑯和費衍射11．3．1 夫瑯和費衍射系統(tǒng)和衍射公式的意義11．3．2 夫瑯和費矩孔衍射11．3．3 夫瑯和費單縫衍射11．3．4 夫瑯和費圓孔衍射11．3．5 夫瑯和費多縫衍射11．4 光學成像系統(tǒng)的衍射和分辨率11．4．1 光學成像系統(tǒng)的衍射11．4．2 光學成像系統(tǒng)的分辨率11．5 衍射光柵11．5．1 光柵概述11．5．2 光柵的分光性能11．5．3 閃耀光柵11．5．4 階梯光柵11．5．5 計量光柵11．6 衍射技術在工程中的應用11．6．1 微孔直徑測量11．6．2 細狹縫寬（細絲直徑）測量習題第12章 光的偏振12．1 偏振光概述12．1．1 光的橫波性12．1．2 偏振光的產(chǎn)生方法12．1．3 馬呂斯定律12．2 晶體偏振器件12．2．1 偏振起偏棱鏡12．2．2 偏振分束棱鏡12．2．3 波片12．2．4 補償器12．3 圓偏振光和橢圓偏振光12．4 偏振光的干涉12．4．1 平行偏振光干涉12．4．2 會聚偏振光干涉12．4．3 偏振光的應用習題參考答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　幾何光學是人們在觀察和解釋光的傳播、成像以及制造光學儀器過程中所積累的經(jīng)驗和智慧的結晶，完全不考慮光的波動特性，僅以光的直線傳播性質為基礎，所以幾何光學是波動光學在一定條件下的近似。采用幾何學的方法，研究光在透明介質中的傳播和成像規(guī)律，是研究光的傳播現(xiàn)象及其應用的有效方法之一?！　缀喂鈱W要求它所研究的對象的幾何尺寸必須遠大于光的波長，一般光學儀器都能符合這一條件，光學儀器中的絕大多數(shù)光學問題，用幾何光學都可以得到合理、正確的結果。而且?guī)缀喂鈱W在描述和處理光的傳播和成像時，可以用幾何作圖和公式計算來設計光學系統(tǒng)，這種方法簡潔明了，數(shù)據(jù)合理可靠，所以幾何光學的理論得到廣泛應用和不斷發(fā)展?！　缀喂鈱W的幾個基本概念介紹如下。　　1．發(fā)光體與發(fā)光點　　凡能輻射光能的物體統(tǒng)稱為發(fā)光體或光源，一切自身發(fā)光或受到光照射而發(fā)光的物體均可視為發(fā)光體。當發(fā)光體的大小與輻射光能的作用距離相比可以忽略時，則此發(fā)光體可視為發(fā)光點或點光源，在幾何光學中，認為發(fā)光點是一個既無大小又無體積的幾何點。任何被成像的物體都是發(fā)光體，均由無數(shù)個發(fā)光點組成。　　2．波面　　發(fā)光體向四周輻射光波，某一時刻光振動位相相同的點所構成的面稱為波振面，簡稱波面，波面可以是平面波、球面波或任意曲面波，光的傳播即光波波面的傳播?！　?．光線　　由物理光學可知，在各向同性的均勻介質中，輻射能量是沿波面的法線方向傳播的，因此，物理光學中的波面法線即相當于幾何光學中的光線，即光線垂直于波面。幾何光學把光線看做是無直徑、無體積，攜帶光能只有位置和方向的幾何線，代表光的傳播方向。

編輯推薦

　　站在學生的角度、根據(jù)學生的知識面和理解能力來編寫，考慮學生的學習認知過程，通過不同的工程案例或者示例深入淺出進行講解，緊緊抓住學生專業(yè)學習的動力點，鍛煉和提高學生獲取知識的能力。　　注重人文知識與科技知識的結合：以人文知識講解的手法來闡述科技知識，在講解知識點的同時，設置閱讀材料板塊介紹相關的人文知識，增強教材的可讀性，同時提高學生的人文素質。　　注重實踐教學和情景教學：書中配備大量實景圖和實物圖，并輔以示意圖進行介紹，通過模型化的教學案例介紹具體工程實踐中的相關知識技能，強化實際操作訓練，加深對理論知識的理解；設計有豐富的題型，在鞏固知識技能的同時啟發(fā)創(chuàng)新思維?！　∽⒅刂R技能的實用性和有效性：以學生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點，緊跟最新的技術發(fā)展和技術應用，在理論知識夠用的前提下，著重講解應用型人才培養(yǎng)所需的技能，突出實用性和可操作性。

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