應(yīng)用光學

前言

本書是光學工程、測控技術(shù)與儀器和電子科學與技術(shù)等專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)課——《應(yīng)用光學》的輔助參考書。本書對應(yīng)用光學教材中相應(yīng)的章節(jié)分別進行總結(jié)和歸納，對重點和難點進行分析講解，同時給出了大量詳盡的例題和習題，并給出了相應(yīng)的答案，對于相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的本科生和專業(yè)技術(shù)人員學習和掌握應(yīng)用光學有重要的輔助參考價值。本書是李士賢等著《應(yīng)用光學：理論概要，例題詳解，習題匯編，考研試題》的修訂本。作者從20多年教授應(yīng)用光學的教學實踐中體會到，對于光電類、測試計量和機械類本科生來說，應(yīng)用光學是一門比較難以掌握的課程。同數(shù)學、物理等基礎(chǔ)課相比，應(yīng)用光學表面上看似乎沒有這些課程難，但是，由于應(yīng)用光學既有理論知識，又有實際應(yīng)用，兩者緊密聯(lián)系，學習這門課的本科生基本上對光學設(shè)計的實際知識知之甚少，因此學習起來特別是解應(yīng)用題時甚感吃力。同時，對于大多數(shù)光電類、測試計量和機械類本科生，應(yīng)用光學往往是他們考研究生的必考科目。相對于別的科目，應(yīng)用光學課程的參考資料非常少，給學生在復習應(yīng)用光學課程時帶來很多困難。為此，我們特意對李士賢等著《應(yīng)用光學：理論概要，例題詳解，習題匯編，考研試題》進行了修訂，重新出版。重新修訂的原因是隨著我國教育教學的改革與發(fā)展，應(yīng)用光學的教學內(nèi)容有所變化，同時隨著科學技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用光學領(lǐng)域也出現(xiàn)了一些新技術(shù)新思想，另外，近20年來作者積累了大量的研究生入學考試試題，本次修訂將把這些新變化、新試題納入本書，供廣大學生和研究生考生參考。本書是應(yīng)用光學的教學參考書。應(yīng)用光學課程是要讓學生學會解決幾何光學、典型光學儀器原理、光度學、色度學、光纖光學系統(tǒng)、激光光學系統(tǒng)及紅外光學系統(tǒng)等的基礎(chǔ)理論和方法。它包括了此類專業(yè)學生必備的光學知識，為光學儀器、微光夜視、激光紅外等學科奠定了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)，在培養(yǎng)光學和光電類人才中具有不可替代的地位。應(yīng)用光學是專業(yè)基礎(chǔ)課，它既有基礎(chǔ)理論，又與實踐密切相關(guān)，是非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本書與《應(yīng)用光學》教材一樣，內(nèi)容主要分為三部分：第一部分內(nèi)容包括：學習幾何光學的基本理論與應(yīng)用，學習理想光學系統(tǒng)的成像性質(zhì)，學習共軸球面光學系統(tǒng)的物像關(guān)系，重點掌握近軸光學的理論與計算方法；學習眼睛和目視光學儀器的基本原理與計算方法，學習平面鏡棱鏡系統(tǒng)的成像特性分析、應(yīng)用及計算方法，掌握光學系統(tǒng)中成像光束的選擇方法。第二部分內(nèi)容包括：學習輻射度學和光度學的基礎(chǔ)理論，掌握各種情況下光學系統(tǒng)中的光能量計算方法。第三部分內(nèi)容包括：學習光學系統(tǒng)成像質(zhì)量評價的各種指標和評價方法；學習望遠鏡、顯微鏡、照相機和投影儀的原理和成像特性等。

內(nèi)容概要

本書是光學工程、測控技術(shù)與儀器、電子科學與技術(shù)等專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)課——應(yīng)用光學的輔助教材，章次與《應(yīng)用光學》章次相對應(yīng)。本書對《應(yīng)用光學》中相應(yīng)的章節(jié)分別進行了總結(jié)和歸納，對重點和難點進行了分析講解，同時給出了大量詳盡的例題和習題，并給出了相應(yīng)的答案，另外，本書還增加了作者近20年來積累的大量研究生入學考試試題。本書對相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的本科生和專業(yè)技術(shù)人員學習和掌握應(yīng)用光學有重要的參考價值。     本書可作為高等院校光電專業(yè)的師生和報考光電類專業(yè)研究生的考生，以及從事光學儀器、光電技術(shù)科研、生產(chǎn)的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第一章 幾何光學基本原理  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第二章 共軸球面系統(tǒng)的物像關(guān)系  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第三章 眼睛和目視光學系統(tǒng)  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第四章 平面鏡棱鏡系統(tǒng)  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第五章 光學系統(tǒng)中的成像光束和光闌  一、本章要點和主要公式  二、習題第六章 輻射度學和光度學基礎(chǔ)  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第七章 光學系統(tǒng)成像質(zhì)量評價  一、本章要點和主要公式  二、習題第八章 望遠鏡和顯微鏡  一、本章要點和主要公式  二、望遠鏡的外形尺寸計算  三、典型題解與習題第九章 照相機和投影儀  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第十章 光纖光學儀器  一、本章要點和主要公式  二、習題第十一章 激光束光學  一、本章要點和主要公式  二、典型題解與習題第十二章 光譜儀器  一、本章要點和主要公式  二、習題第十三章 紅外光學系統(tǒng)  一、本章要點和主要公式  二、習題習題答案碩士研究生入學考試《應(yīng)用光學》試題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 幾何光學基本原理一、本章要點和主要公式(一)光線的概念人類對光的研究分為兩個方面：一方面是研究光的本性，并根據(jù)光的本性來研究各種光學現(xiàn)象，稱為“物理光學”；另一方面是研究光的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象，稱為“幾何光學”。光具有波動性也具有粒子性。一般來說，研究光和物質(zhì)作用的情況必須考慮光的粒子性，其他情況下都把光作為電磁波看待，稱為“光波”。光既然是電磁波，研究光的傳播問題，應(yīng)該是一個波動傳播問題。但是，在幾何光學中研究光的傳播，并不把光看作電磁波，而是“能夠傳輸能量的幾何線”，即光線。光線的概念是幾何光學最基本的概念，目前使用的光學儀器，絕大多數(shù)是應(yīng)用幾何光學的原理(把光看作“光線”)設(shè)計出來的。（一）光線的概念人類對光的研究分為兩個方面：一方面是研究光的本性，并根據(jù)光的本性來研究各種光學現(xiàn)象，稱為“物理光學”；另一方面是研究光的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象，稱為“幾何光學”。光具有波動性也具有粒子性。一般來說，研究光和物質(zhì)作用的情況必須考慮光的粒子性，其他情況下都把光作為電磁波看待，稱為“光波”。光既然是電磁波，研究光的傳播問題，應(yīng)該是一個波動傳播問題。但是，在幾何光學中研究光的傳播，并不把光看作電磁波，而是“能夠傳輸能量的幾何線”，即光線。光線的概念是幾何光學最基本的概念，目前使用的光學儀器，絕大多數(shù)是應(yīng)用幾何光學的原理（把光看作“光線”）設(shè)計出來的。（二）幾何光學基本定律本章首先在光線這一概念的基礎(chǔ)上給出光的傳播規(guī)律——幾何光學的基本定律，并分別以直線傳播定律和折射、反射定律、馬呂斯定律、費爾馬原理三種形式表述。直線傳播定律、反射和折射定律：直線傳播定律——光線在均勻透明介質(zhì)中按直線傳播；反射定律——反射光線位于入射面內(nèi)，反射角等于入射角；折射定律（也稱斯涅耳定律）——折射光線位于入射面內(nèi)，入射角和折射角的正弦之比對兩種一定的介質(zhì)來說，是一個式中，稱為第二種介質(zhì)對第一種介質(zhì)的相對折射率分別是第一種介質(zhì)相對空氣的折射率和第二種介質(zhì)相對空氣的折射率，也稱絕對折射率。反射定律和折射定律均是描述光線在兩種均勻透明介質(zhì)分界面上的傳播規(guī)律。馬呂斯定律：假定一束光線為某一曲面的法線匯。這些光線經(jīng)過任意次折射、反射后，該光束的全部光線仍與另一曲面垂直，構(gòu)成一新的法線匯，而且位于這兩個曲面之間的所有光線的光程相等。費爾馬原理：實際光線沿著光程為極值（或穩(wěn)定值）的路線傳播。上述三條定律可以互相推導、互相證明，其中任意一個均可以作為幾何光學的基礎(chǔ)。在研究各種具體的光的傳播規(guī)律和現(xiàn)象時，常用直線傳播、折射和反射定律。它可以用三角公式表達，在復雜的光的傳播情況下，為了使用方便，又常用向量公式表達式中，為人射光線和折射光線或反射光線所在介質(zhì)的折射率；為入射光線方向的單位向量；為折射光線方向的單位向量；N為介質(zhì)界面法線方向的單位向量。

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《應(yīng)用光學:概念、題解與自測》：面向“十二五”高等學校精品規(guī)劃教材。

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