應(yīng)用光學(xué)

前言

本書(shū)是光學(xué)工程、測(cè)控技術(shù)與儀器和電子科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課——《應(yīng)用光學(xué)》的輔助參考書(shū)。本書(shū)對(duì)應(yīng)用光學(xué)教材中相應(yīng)的章節(jié)分別進(jìn)行總結(jié)和歸納，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析講解，同時(shí)給出了大量詳盡的例題和習(xí)題，并給出了相應(yīng)的答案，對(duì)于相關(guān)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的本科生和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)用光學(xué)有重要的輔助參考價(jià)值。本書(shū)是李士賢等著《應(yīng)用光學(xué)：理論概要，例題詳解，習(xí)題匯編，考研試題》的修訂本。作者從20多年教授應(yīng)用光學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到，對(duì)于光電類(lèi)、測(cè)試計(jì)量和機(jī)械類(lèi)本科生來(lái)說(shuō)，應(yīng)用光學(xué)是一門(mén)比較難以掌握的課程。同數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)課相比，應(yīng)用光學(xué)表面上看似乎沒(méi)有這些課程難，但是，由于應(yīng)用光學(xué)既有理論知識(shí)，又有實(shí)際應(yīng)用，兩者緊密聯(lián)系，學(xué)習(xí)這門(mén)課的本科生基本上對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)際知識(shí)知之甚少，因此學(xué)習(xí)起來(lái)特別是解應(yīng)用題時(shí)甚感吃力。同時(shí)，對(duì)于大多數(shù)光電類(lèi)、測(cè)試計(jì)量和機(jī)械類(lèi)本科生，應(yīng)用光學(xué)往往是他們考研究生的必考科目。相對(duì)于別的科目，應(yīng)用光學(xué)課程的參考資料非常少，給學(xué)生在復(fù)習(xí)應(yīng)用光學(xué)課程時(shí)帶來(lái)很多困難。為此，我們特意對(duì)李士賢等著《應(yīng)用光學(xué)：理論概要，例題詳解，習(xí)題匯編，考研試題》進(jìn)行了修訂，重新出版。重新修訂的原因是隨著我國(guó)教育教學(xué)的改革與發(fā)展，應(yīng)用光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容有所變化，同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域也出現(xiàn)了一些新技術(shù)新思想，另外，近20年來(lái)作者積累了大量的研究生入學(xué)考試試題，本次修訂將把這些新變化、新試題納入本書(shū)，供廣大學(xué)生和研究生考生參考。本書(shū)是應(yīng)用光學(xué)的教學(xué)參考書(shū)。應(yīng)用光學(xué)課程是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)解決幾何光學(xué)、典型光學(xué)儀器原理、光度學(xué)、色度學(xué)、光纖光學(xué)系統(tǒng)、激光光學(xué)系統(tǒng)及紅外光學(xué)系統(tǒng)等的基礎(chǔ)理論和方法。它包括了此類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必備的光學(xué)知識(shí)，為光學(xué)儀器、微光夜視、激光紅外等學(xué)科奠定了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)，在培養(yǎng)光學(xué)和光電類(lèi)人才中具有不可替代的地位。應(yīng)用光學(xué)是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它既有基礎(chǔ)理論，又與實(shí)踐密切相關(guān)，是非常重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。本書(shū)與《應(yīng)用光學(xué)》教材一樣，內(nèi)容主要分為三部分：第一部分內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)幾何光學(xué)的基本理論與應(yīng)用，學(xué)習(xí)理想光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)，學(xué)習(xí)共軸球面光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系，重點(diǎn)掌握近軸光學(xué)的理論與計(jì)算方法；學(xué)習(xí)眼睛和目視光學(xué)儀器的基本原理與計(jì)算方法，學(xué)習(xí)平面鏡棱鏡系統(tǒng)的成像特性分析、應(yīng)用及計(jì)算方法，掌握光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇方法。第二部分內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)輻射度學(xué)和光度學(xué)的基礎(chǔ)理論，掌握各種情況下光學(xué)系統(tǒng)中的光能量計(jì)算方法。第三部分內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量評(píng)價(jià)的各種指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法；學(xué)習(xí)望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī)和投影儀的原理和成像特性等。

內(nèi)容概要

本書(shū)是光學(xué)工程、測(cè)控技術(shù)與儀器、電子科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課——應(yīng)用光學(xué)的輔助教材，章次與《應(yīng)用光學(xué)》章次相對(duì)應(yīng)。本書(shū)對(duì)《應(yīng)用光學(xué)》中相應(yīng)的章節(jié)分別進(jìn)行了總結(jié)和歸納，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了分析講解，同時(shí)給出了大量詳盡的例題和習(xí)題，并給出了相應(yīng)的答案，另外，本書(shū)還增加了作者近20年來(lái)積累的大量研究生入學(xué)考試試題。本書(shū)對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的本科生和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)用光學(xué)有重要的參考價(jià)值。     本書(shū)可作為高等院校光電專(zhuān)業(yè)的師生和報(bào)考光電類(lèi)專(zhuān)業(yè)研究生的考生，以及從事光學(xué)儀器、光電技術(shù)科研、生產(chǎn)的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

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

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 幾何光學(xué)基本原理一、本章要點(diǎn)和主要公式(一)光線的概念人類(lèi)對(duì)光的研究分為兩個(gè)方面：一方面是研究光的本性，并根據(jù)光的本性來(lái)研究各種光學(xué)現(xiàn)象，稱(chēng)為“物理光學(xué)”；另一方面是研究光的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象，稱(chēng)為“幾何光學(xué)”。光具有波動(dòng)性也具有粒子性。一般來(lái)說(shuō)，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(chēng)為“光波”。光既然是電磁波，研究光的傳播問(wèn)題，應(yīng)該是一個(gè)波動(dòng)傳播問(wèn)題。但是，在幾何光學(xué)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(xué)最基本的概念，目前使用的光學(xué)儀器，絕大多數(shù)是應(yīng)用幾何光學(xué)的原理(把光看作“光線”)設(shè)計(jì)出來(lái)的。（一）光線的概念人類(lèi)對(duì)光的研究分為兩個(gè)方面：一方面是研究光的本性，并根據(jù)光的本性來(lái)研究各種光學(xué)現(xiàn)象，稱(chēng)為“物理光學(xué)”；另一方面是研究光的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象，稱(chēng)為“幾何光學(xué)”。光具有波動(dòng)性也具有粒子性。一般來(lái)說(shuō)，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(chēng)為“光波”。光既然是電磁波，研究光的傳播問(wèn)題，應(yīng)該是一個(gè)波動(dòng)傳播問(wèn)題。但是，在幾何光學(xué)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(xué)最基本的概念，目前使用的光學(xué)儀器，絕大多數(shù)是應(yīng)用幾何光學(xué)的原理（把光看作“光線”）設(shè)計(jì)出來(lái)的。（二）幾何光學(xué)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(xué)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(fèi)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(chēng)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(duì)兩種一定的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)式中，稱(chēng)為第二種介質(zhì)對(duì)第一種介質(zhì)的相對(duì)折射率分別是第一種介質(zhì)相對(duì)空氣的折射率和第二種介質(zhì)相對(duì)空氣的折射率，也稱(chēng)絕對(duì)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(guò)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(gè)曲面之間的所有光線的光程相等。費(fèi)爾馬原理：實(shí)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(dǎo)、互相證明，其中任意一個(gè)均可以作為幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。在研究各種具體的光的傳播規(guī)律和現(xiàn)象時(shí)，常用直線傳播、折射和反射定律。它可以用三角公式表達(dá)，在復(fù)雜的光的傳播情況下，為了使用方便，又常用向量公式表達(dá)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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