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第1章 几何光学的基本概念和基本定律1

1.1几何光学的基本概念1

1.2几何光学的基本定律2

1.3光学系统4

1.4成像与理想成像5

1.4.1成像的概念5

1.4.2完善成像的条件5

知识点6

例题6

习题6

第2章 球面系统成像7

2.1实际光线的光路计算7

2.1.1光线的坐标和符号规则7

2.1.2实际光线的光路计算公式8

2.2近轴光线的光路计算和近轴光学的基本公式9

2.2.1近轴光线和近轴光学10

2.2.2近轴光线的光路计算公式10

2.2.3近轴光学的基本公式10

2.3共轴球面系统的成像11

2.3.1单个折射球面的放大率和拉赫不变量11

2.3.2球面反射镜13

2.3.3共轴球面系统的放大率和拉赫不变量14

知识点15

例题15

习题18

第3章 理想光学系统成像19

3.1理想光学系统简介19

3.2理想光学系统的基点、基面和焦距19

3.2.1焦点和焦平面19

3.2.2主点和主平面20

3.2.3焦距20

3.2.4节点和节平面21

3.3理想光学系统的成像22

3.3.1图解法22

3.3.2解析法25

3.3.3理想光学系统物、像焦距之间的关系，光焦度和拉赫公式27

3.3.4理想光学系统的放大率及相互关系29

3.4由多个光组组成的理想光学系统的成像32

3.4.1牛顿公式或高斯公式+过渡公式法求解32

3.4.2组合法求解33

知识点39

例题40

习题45

第4章 透镜47

4.1单个折射球面的基点和基面47

4.2单透镜（厚透镜）及薄透镜49

4.3非球面透镜51

4.4透镜的应用52

4.4.1透镜在日常生活中的应用52

4.4.2非球面透镜的应用54

知识点55

例题55

习题56

第五章 平面镜棱镜系统57

5.1平面反射镜57

5.1.1单平面镜的成像57

5.1.2双面镜的成像58

5.1.3应用实例58

5.2平行平板59

5.2.1平行平板的成像59

5.2.2平行平板的等效60

5.2.3应用实例61

5.3反射棱镜62

5.3.1反射棱镜的类型62

5.3.2反射棱镜系统成像方向判断64

5.3.3反射棱镜的展开与等效65

5.3.4应用实例66

5.4折射棱镜和光楔67

5.4.1折射棱镜的偏向角67

5.4.2光楔68

5.4.3应用实例69

知识点70

例题70

习题72

第6章 光学系统中的光束限制74

6.1光阑及其作用74

6.2远心光路76

6.3场镜78

6.4景深79

知识点80

例题80

习题81

第7章 光度学基础82

7.1光度学的基本量及单位82

7.2光传播过程中光度量的变化规律83

7.2.1点光源在距离为r的表面上形成的光照度83

7.2.2面光源在距离为r的表面上形成的光照度84

7.2.3单一介质元光管内光亮度的传递85

7.2.4光束经界面反射和折射后的亮度85

7.2.5余弦辐射体87

7.3成像光学系统的像面光照度88

7.3.1轴上像点的光照度88

7.3.2轴外像点的光照度89

7.3.3光通过光学介质时的能量损失90

7.4光通过光学系统时的能量损失91

知识点92

例题92

习题92

第8章 光学系统简介93

8.1眼睛93

8.1.1眼睛的结构93

8.1.2眼睛的调节及校正93

8.1.3眼睛的辐射接收作用95

8.1.4眼睛的分辨率95

8.1.5眼睛的对准精度96

8.2放大镜96

8.2.1视觉放大率96

8.2.2光束限制和线视场97

8.3显微镜系统98

8.3.1显微镜的视觉放大率98

8.3.2显微镜的线视场99

8.3.3显微镜的出瞳直径99

8.3.4显微镜的分辨率和有效放大率99

8.3.5显微镜的照明方法100

8.3.6显微镜的物镜101

8.3.7显微镜的分辨率和有效放大率102

8.4望远镜103

8.4.1望远系统的结构及参数103

8.4.2望远系统的分辨率及工作放大率104

8.4.3望远镜的视场104

8.5摄影和投影系统106

8.5.1摄影物镜的光学特性106

8.5.2摄影物镜的景深108

8.5.3摄影物镜的类型108

8.6激光光学系统110

8.6.1高斯光束的特性110

8.6.2高斯光束的传播110

8.6.3高斯光束的透镜变换112

8.6.4高斯光束的聚焦和准直115

8.7光纤光学系统116

8.7.1阶跃型光纤的基本原理116

8.7.2阶跃型光纤束的传光、传像特性118

知识点125

例题125

习题127

第9章 光学系统设计基础129

9.1波像差和几何像差129

9.1.1球差132

9.1.2彗差134

9.1.3像散和场曲136

9.1.4畸变139

9.1.5色差和光学材料选择140

9.2光学系统的像质评价142

9.2.1瑞利判据和中心点亮度142

9.2.2分辨率143

9.2.3光学传递函数144

9.3 ZEMAX计算机辅助光学设计145

9.3.1设计规格确认146

9.3.2初始结构选取146

9.3.3变量、约束、边界设定149

9.3.4建立评价函数149

9.3.5优化150

9.3.6像质评价151

9.3.7其他152

知识点152

例题153

习题155

第10章 物理光学理论基础156

10.1光的电磁理论基础156

10.1.1麦克斯韦方程156

10.1.2物质方程156

10.1.3电磁场的波动性157

10.1.4电磁波谱158

10.1.5光波场的辐射能159

10.2典型定态光波描述160

10.2.1平面电磁波160

10.2.2球面波和柱面波162

10.2.3定态光波163

10.3光在介质分界面上的反射和折射164

10.3.1反射定律和折射定律164

10.3.2菲涅耳公式165

10.4光在金属表面的反射和透射173

10.4.1金属中的光波173

10.4.2光波在金属表面的反射175

10.5光波的叠加和分析176

10.5.1波的独立传播和叠加原理176

10.5.2两束频率相同、振动方向平行的标量波的叠加178

10.5.3两束频率相同、振动方向垂直的标量波的叠加180

10.5.4不同频率两个平面单色波的叠加183

知识点185

例题186

习题191

第11章 光的干涉194

11.1光波干涉条件和杨氏干涉实验194

11.1.1光波干涉条件194

11.1.2杨氏干涉实验195

11.2干涉条纹的对比度196

11.2.1可见度的定义196

11.2.2相干光振幅比的影响197

11.2.3光源大小的影响197

11.2.4光源非单色性的影响198

11.3平板的双光束干涉199

11.3.1平行平板的等倾干涉200

11.3.2楔形平板的等厚干涉202

11.3.3双光束干涉应用实例203

11.4平板的多光束干涉204

11.4.1干涉场强度分布204

11.4.2干涉条纹的特征205

11.4.3应用实例207

知识点209

例题210

习题213

第12章 光的衍射214

12.1光衍射的基本理论214

12.1.1惠更斯—菲涅耳原理214

12.1.2菲涅耳—基尔霍夫衍射公式215

12.1.3菲涅耳—基尔霍夫衍射公式的近似216

12.2夫琅和费衍射218

12.2.1夫琅和费矩孔与单缝衍射220

12.2.2夫琅和费多缝衍射223

12.2.3夫琅和费圆孔衍射226

12.3菲涅耳衍射231

12.3.1圆孔和圆屏菲涅耳衍射231

12.3.2菲涅耳直边和狭缝衍射237

12.4衍射光栅240

12.4.1光栅240

12.4.2光栅方程240

12.4.3光栅的主要性能241

知识点242

例题244

习题247

第13章 光的偏振与晶体光学基础249

13.1偏振光的概述与晶体双折射249

13.1.1光的偏振态249

13.1.2晶体双折射251

13.2平面波在晶体中的传播规律252

13.2.1晶体的介电张量252

13.2.2光在晶体中传播的解析描述法254

13.2.3光在晶体中传播的几何描述法258

13.3平面波在晶体界面的反射和折射264

13.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射264

13.3.2光在单轴晶体传播方向的确定265

13.4晶体光学器件267

13.4.1偏振棱镜267

13.4.2光偏振态的改变——波片270

13.4.3相位补偿器272

13.5偏振光的产生和检验273

13.5.1线偏振光的产生——起偏器273

13.5.2圆偏振光和椭圆偏振光的产生275

13.5.3偏振光的检测275

13.6偏振光的矩阵表示276

13.6.1偏振光的矩阵表示法276

13.6.2正交偏振矩阵277

13.6.3偏振器件的矩阵表示方法277

13.7偏振光的干涉279

13.7.1平行偏振光的干涉280

13.7.2会聚偏振光的干涉283

13.8电光效应285

13.8.1泡克耳斯效应285

13.8.2克尔效应288

13.8.3电光效应的应用289

13.9旋光效应290

13.9.1晶体的旋光效应290

13.9.2磁致旋光效应291

知识点293

例题293

习题297

参考文献299