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模块一 几何光学基础 1

任务一 几何光学基本定律 1

一、任务目标 1

二、知识平台 1

（一）几何光学的基本概念 1

（二）几何光学的基本定律 3

（三）几何光学的基本原理 4

三、知识应用 5

任务二 共轴球面光学系统 6

一、任务目标 6

二、知识平台 6

（一）光学系统 6

（二）物像概念 7

（三）符号规则 8

（四）单个折射球面的成像 9

（五）单个反射球面的成像 13

（六）共轴球面光学系统成像 14

三、知识应用 15

任务三 平面系统 17

一、任务目标 18

二、知识平台 18

（一）平面镜的成像特性 18

（二）平行平板的成像特性 20

（三）反射棱镜的分类和坐标变换 21

（四）折射棱镜 23

三、知识应用 24

实践应用 24

习题 26

模块二 理想光学系统 28

任务一 理想光学系统的基点与基面 28

一、任务目标 28

二、知识平台 28

（一）理想光学系统 28

（二）理想光学系统的基点和基面 29

任务二 用图解法求理想光学系统的物像关系 30

一、任务目标 30

二、知识平台 30

（一）轴外点求像 30

（二）轴上点求像 30

三、知识应用 31

任务三 解析法求解理想光学系统的物像关系 31

一、任务目标 31

二、知识平台 31

（一）物像的位置关系式 31

（二）物像的大小关系式 33

（三）光焦度 34

三、知识应用 34

任务四 节点节平面单个折射球面的基点、基面 35

一、任务目标 35

二、知识平台 36

（一）节点和节平面 36

（二）单个折射球面的基点、基面 36

任务五 透镜和薄透镜组 37

一、任务目标 37

二、知识平台 37

（一）透镜 37

（二）薄透镜和薄透镜组 39

三、知识应用 41

实践应用 42

思考题 43

习题 43

模块三 光学系统中的光束限制 45

任务一 光阑 45

一、任务目标 45

二、知识平台 45

（一）光阑 45

（二）孔径光阑 45

（三）视场光阑 47

（四）渐晕 48

三、知识应用 49

任务二 景深 远心光路 49

一、任务目标 49

二、知识平台 49

（一）光学系统的景深 49

（二）远心光路 50

实践应用 51

思考题 53

习题 53

模块四 像差概论 54

任务一 轴上点球差 彗差 54

一、任务目标 54

二、知识平台 54

（一）轴上点球差 54

（二）彗差 55

任务二 其他像差 56

一、任务目标 56

二、知识平台 56

（一）像散 56

（二）场曲 57

（三）畸变 57

（四）色差 59

思考题 59

模块五 典型光学系统 60

任务一 眼睛的光学成像特性 60

一、任务目标 60

二、知识平台 60

（一）眼睛的调节和适应 60

（二）眼睛的缺陷及校正 61

（三）眼睛的分辨率 62

（四）双目立体视觉 63

三、知识应用 64

任务二 放大镜 65

一、任务目标 65

二、知识平台 65

（一）视觉放大率 65

（二）光束限制和线视场 66

三、知识应用 67

任务三 显微镜系统 68

一、任务目标 68

二、知识平台 68

（一）显微镜的视觉放大率 68

（二）显微镜的光束限制 69

（三）显微镜的分辨率和有效放大率 70

（四）显微物镜 71

（五）显微镜的照明方法 72

三、知识应用 73

任务四 望远镜系统 73

一、任务目标 73

二、知识平台 73

（一）望远镜系统的视觉放大率 73

（二）望远系统的分辨率及工作放大率 75

（三）望远镜的视场 75

三、知识应用 76

思考题 77

习题 77

模块六 光的波动理论基础 79

任务一 光波的特性 79

一、任务目标 79

二、知识平台 79

（一）电磁波谱 79

（二）光学和电磁学的物理量之间的联系 79

（三）光电磁场的能流密度 80

三、知识应用 81

任务二 几种特殊形式的光波 81

一、任务目标 81

二、知识平台 81

（一）单色平面光波 81

（二）球面光波 83

（三）柱面光波 84

任务三 光波的横波性、偏振态及其表示 84

一、任务目标 84

二、知识平台 84

（一）平面光波的横波特性 84

（二）光波的偏振态 85

任务四 光在介质表面的反射和折射 88

一、任务目标 88

二、知识平台 88

（一）边界条件 88

（二）反射定律和折射定律 89

（三）菲涅耳公式 89

（四）半波损失 90

（五）反射率和透射率 92

三、知识应用 92

思考题 95

习题 96

模块七 光的干涉 97

任务一 光的干涉概述 97

一、任务目标 97

二、知识平台 97

（一）光的干涉现象 97

（二）相干条件 98

（三）获得相干光的方法 98

（四）条纹对比度 99

三、知识应用 99

任务二 分波面干涉 99

一、任务目标 99

二、知识平台 99

（一）杨氏干涉实验 99

（二）双镜 101

（三）劳埃德镜 102

三、知识应用 102

任务三 分振幅干涉 103

一、任务目标 103

二、知识平台 103

（一）等倾干涉 103

（二）等厚干涉 105

（三）等厚干涉之一——劈尖 106

（四）等厚干涉之二——牛顿环 107

（五）多光束干涉 108

三、知识应用 109

任务四 典型干涉仪 111

一、任务目标 111

二、知识平台 111

（一）迈克耳逊干涉仪 111

（二）法布里—珀罗干涉仪 113

三、知识应用 113

任务五 光的相干性 114

一、任务目标 114

二、知识平台 114

（一）空间相干性 114

（二）时间相干性 116

三、知识应用 117

思考题 117

习题 117

模块八 光的衍射现象及其应用 120

任务一 光的衍射概述 120

一、任务目标 120

二、知识平台 120

（一）光的衍射现象 120

（二）惠更斯—菲涅耳原理 121

任务二 菲涅耳衍射 122

一、任务目标 122

二、知识平台 122

（一）菲涅耳波带法 122

（二）菲涅耳波带片 123

三、知识应用 124

任务三 夫琅禾费矩孔衍射 126

一、任务目标 126

二、知识平台 126

（一）夫琅禾费矩孔衍射光强分布 126

（二）夫琅禾费矩孔衍射的衍射图样 127

任务四 夫琅禾费单缝衍射 128

一、任务目标 128

二、知识平台 128

（一）夫琅禾费单缝衍射的光强公式 128

（二）单缝衍射花样的特征 129

三、知识应用 130

任务五 夫琅禾费圆孔衍射 131

一、任务目标 131

二、知识平台 131

（一）夫琅禾费圆孔衍射光强分布 131

（二）光学成像系统的分辨本领（分辨率） 133

三、知识应用 134

任务六 夫琅禾费多缝衍射 135

一、任务目标 135

二、知识平台 135

（一）光强公式 136

（二）多缝衍射图样 136

三、知识应用 138

任务七 衍射光栅及其应用 139

一、任务目标 139

二、知识平台 139

（一）衍射光栅 139

（二）光谱仪 140

（三）闪耀光栅 141

三、知识应用 143

实践应用 144

思考题 149

习题 149

模块九 晶体光学基础 151

任务一 光通过单轴晶体的双折射现象 151

一、任务目标 151

二、知识平台 151

（一）晶体的双折射 151

（二）光轴与主截面 151

（三）单轴晶体的折射率椭球 152

三、知识应用 152

任务二 晶体光学元件 153

一、任务目标 153

二、知识平台 154

（一）从自然光获得线偏振光的方法 154

（二）马吕斯定律和消光比 154

（三）偏振器 155

（四）波片 158

（五）补偿器 160

三、知识应用 161

任务三 晶体的偏光干涉 163

一、任务目标 163

二、知识平台 163

（一）平行光的偏光干涉 163

（二）会聚光的偏光干涉 167

三、知识应用 170

思考题 171

习题 171

附录一 几种常见透镜 173

附录二 电磁场基本方程 174

附录三 基尔霍夫衍射公式 175

附录四 菲涅耳衍射的振幅计算 181

附录五 夫琅禾费矩孔衍射光强公式推导 181

附录六 夫琅禾费圆孔衍射的光强计算公式 182

附录七 光学设计基础 183

附录八 激光技术概述 187

附录九 光纤光学概述 192

附录十 光电行业常见术语中英文对照 196

参考文献 210