工程光学原理PDF电子书下载

前言页 1

第一篇 几何光学 1

第一章 几何光学的基本原理 1

1-1 光的直线传播定律与独立传播定律 1

1-2 光的反射定律和折射定律 2

1-2-1 反射定律 2

1-2-2 折射定律 3

1-2-3 两定律数学形式的统一 4

1-2-4 全反射 5

1-2-5 折射定律的作图表示法 5

1-3 费马原理 6

1-4 物与象的概念 8

1-5 平面镜成象及其特点 9

1-6 双面镜 10

1-7 光线经过平行平板时的折射 11

1-8 反射棱镜 12

1-9 光线在棱镜主截面内的折射 14

第二章 光线经过球面系统时的折射 17

2-1 球面折射光路的三角公式 17

2-2 物平面用细光束成象分析 19

2-3 横向放大率 拉赫公式 20

3-2 理想光组的基点基面 21

第三章 理想光组理论 21

3-1 理想光组的基本假设及其推论 21

3-3 光组的作图求象 22

3-4 光组的解析求象 23

3-5 焦距间的关系和拉赫方程式 25

3-6 放大率 26

3-7 复合光组 27

3-7-1 两个共轴光组的复合 27

3-7-2 若干个共轴光组的复合 29

3-8 透镜 30

3-9-2 归一化腔多次反射象的一般式 31

3-9 谐振腔稳定性分析 32

3-9-1 连分式的解析解 33

3-9-3 重合方程与再现问题 35

3-9-4 关于一般腔的稳定性问题和稳定图 37

第四章 光组中的光束限制 40

4-1 光束限制的共轭原理 40

4-2 轴上物点成象光束的限制 41

4-3 成象空间的限制和渐晕 41

4-4 空间物在平面上成的投影象 43

5-1 矩阵初步 46

5-1-1 线性变换与变换矩阵 46

第五章 傍轴矩阵光学 46

5-1-2 矩阵的基本运算 49

5-2 共轴系统对傍轴光的传输矩阵 55

5-3 串联系统的传输矩阵 59

5-4 激光谐振腔的传输矩阵 62

第六章 象差 64

6-1 轴上点大光束成象的误差分析 64

6-2 初级象差的普遍式 66

6-3 球差 70

6-4 彗形象差 72

6-5 象散和象面弯曲 75

6-6 畸变 78

6-7 色差 79

6-8 用非球面校正象差 82

第七章 典型光学系统 86

7-1 人眼 86

7-2 放大镜 88

7-3 显微镜 89

7-4 望远镜 91

7-4-1 望远光组及其特点 91

7-4-2 望远镜的放大率Г与望远原理 92

7-4-3 开普勒望远镜和伽利略望远镜 93

7-4-4 反射望远镜与折反射望远镜 94

7-5 照相物镜 96

第八章 光能与光度学 98

8-1 视见函数与光通量 98

8-2 发光强度 照度 发光度 100

8-3 亮度 102

8-4 象的亮度B′和照度E′ 102

8-5 主观亮度 104

8-6 光度学计算单位 105

9-1 光学系统设计步骤概述 106

9-2 望远光组的光学性能选择 106

第九章 外形尺寸计算举例 106

9-3 棱镜式望远镜外形尺寸计算 109

第二篇 光的干涉和衍射理论 112

第十章 专业数学 112

10-1 卷积 112

10-1-1 卷积的概念 112

10-1-2 卷积的性质 113

10-1-3 多元函数的卷积及其性质 114

10-1-4 成象的卷积计算 115

10-2 高斯分布 119

10-2-1 高斯分布的数学形式 119

10-2-2 高斯函数的归一性 119

10-2-3 高斯分布曲线 121

10-2-4 独立的二维高斯分布 122

10-3 贝塞尔函数 123

10-3-1 Г函数 123

10-3-2 贝塞尔微分方程与贝塞尔函数 124

10-3-3 贝塞尔函数的基本性质 128

10-4 δ函数 136

10-4-1 δ函数的概念和定义方法 136

10-4-2 δ函数的性质 140

10-4-3 二维δ函数 143

10-5-1 傅里叶积分作为傅里叶级数的极限 145

10-5 傅里叶变换 145

10-5-2 傅里叶积分定理与傅里叶变换 147

10-5-3 傅里叶变换的基本定理 148

10-5-4 关于δ函数的傅里叶变换 153

10-5-5 一维抽样定理 154

10-5-6 二重傅里叶级数与二维傅里叶积分 157

10-5-7 二元函数的傅里叶积分定理 158

10-5-8 二维傅里叶变换及若干说明 159

10-5-9 二维傅里叶变换的基本定理 161

10-5-10 傅里叶-贝塞尔变换 165

10-5-11 二维抽样定理 168

10-5-12 傅里叶变换举例 170

10-6 相关 173

10-6-1 互相关函数和自相关函数的定义 174

10-6-2 相关函数的运算性质 174

10-7 韦伯--厄密特函数与厄密特多项式 176

10-8 线性系统分析 180

10-8-1 线性系统的概念 180

10-8-2 线性性质和迭加积分 181

10-8-3 线性不变系统与传递函数 182

第十一章 光振动与光波 183

11-1 谐振动及其数学表示 183

11-2 谐振动的能量 184

11-3 复杂振动的傅里叶分析法 185

11-3-1 周期现象的傅里叶分析法 185

11-3-2 频谱的概念 186

11-3-3 傅里叶展开式的复数形式 187

11-3-4 非周期现象的傅里叶分析法 190

11-4 谐振动的合成 193

11-4-1 同方向同频率振动的合成 193

11-4-2 相互垂直的两同频率谐振动的合成 195

11-5 谐振动的复数表示法 197

11-6 麦克斯韦方程组与电磁波 199

11-6-1 麦克斯韦方程组的微分形式 199

11-6-2 物质方程 203

11-6-3 电磁波与波动方程 204

11-6-4 平面简谐波 205

11-6-5 球面简谐波 207

11-7 电磁波的能量 207

11-8 光在各向同性透明媒质中传播的特点 209

11-9 突变面处的边界条件 213

11-10 关于单色波 216

11-10-1 振幅变化引起的频率扩展问题 216

11-10-2 作用时间对频谱分布的影响 217

11-11 惠更斯原理 218

11-11-2 用惠更斯原理导出折射定律 219

11-11-1 用惠更斯原理导出反射定律 219

11-11-3 用惠更斯原理解释光的色散 220

11-12 光波的迭加原理和干涉现象 221

11-13 驻波与腔的谐振条件 223

11-13-1 驻波的概念 223

11-13-2 驻波的波动方程 224

11-13-3 驻波的特点 224

11-13-4 激光腔的谐振条件 225

11-13-5 驻波场的？、？矢量图 226

11-14 光组的等光程性 正弦条件(附录) 227

12-1-1 光学中相干波的产生 230

第十二章 干涉理论和干涉仪 230

12-1 两单色平面光波的干涉 230

12-1-2 双光束干涉的光强分布 233

12-1-3 反衬度与调制度的概念 235

12-2 谱线宽度和光源线度对条纹的影响 236

12-2-1 谱线宽度对条纹清晰度的影响 236

12-2-2 光源线度对条纹清晰度的影响 238

12-3 薄膜的干涉 241

12-3-1 薄膜干涉的光程差公式 241

12-3-2 薄膜的等倾干涉 243

12-3-3 薄膜的等厚干涉 246

12-3-4 薄膜干涉的容许厚度 248

12-4 干涉仪 249

12-4-1 迈克尔逊干涉仪 250

12-4-2 泰曼干涉仪 252

12-4-3 斐索干涉仪 253

12-4-4 雅明干涉仪 254

12-4-5 瑞利干涉仪 259

12-4-6 马赫-泽德干涉仪 259

第十三章 标量衍射理论 262

13-1 光的衍射现象 262

13-2-2 关于光波在空间的传播问题 263

13-2-1 原理的叙述 263

13-2 惠更斯-菲涅耳原理 263

13-2-3 菲涅耳波带片 270

13-3 基尔霍夫衍射理论 271

13-3-1 单色波的基尔霍夫积分定理 271

13-3-2 基尔霍夫积分定理的普遍式 274

13-3-3 基尔霍夫衍射理论 276

13-4 夫琅和费衍射和菲涅耳衍射 279

13-4-1 衍射积分计算公式与衍射分类 280

13-4-2 夫琅和费条件分析 282

13-4-3 夫琅和费衍射积分公式 284

13-4-4 菲涅耳衍射积分公式 289

13-5 矩孔和狭缝的夫琅和费衍射 294

13-5-1 矩孔夫琅和费衍射图样分析 294

13-5-2 线光源经矩孔衍射的图样分析 297

13-6 圆孔和环状光孔的夫琅和费衍射 300

13-6-1 圆孔的夫琅和费衍射图样分析 300

13-6-2 关于光学仪器的理论鉴别角 305

13-6-3 环状光孔的夫琅和费衍射图样分析 307

13-7 缩放定理 308

13-8 多个同形光孔的夫琅和费衍射 309

13-9-1 衍射光栅及其透射函数 311

13-9 衍射光栅 311

13-9-2 一维光栅的衍射图样分析 312

13-9-3 光栅分辨光谱的本领 316

13-9-4 定向光栅 317

13-9-5 全息光栅 318

13-9-6 莫阿条纹 319

13-10 显微镜中的成象 320

13-10-1 不相干照明时显微镜的鉴别率 321

13-10-2 相干照明的显微镜成象理论 322

13-10-3 相干照明的相物体观察法 324

13-11 直边菲涅耳衍射 325

第十四章 高斯光束 329

14-1 高斯光束及其数学表达式 329

14-1-1 高斯光束的概念 329

14-1-2 高斯光束的数学表达式 330

14-2 高斯光束的特点 333

14-2-1 高斯光束的波面 334

14-2-2 高斯光束的振幅分布 334

14-3 高斯光束通过薄透镜时的变换 336

14-4 高斯光束的聚集 342

14-5 高斯光束的准直 342

15-1 薄透镜的位相变换作用 344

第十五章 透镜作用的分析 344

第三篇 傅里叶光学 344

15-2 透镜的傅里叶变换性质 347

15-2-1 平面开孔菲涅耳衍射的卷积表示法 347

15-2-2 物平面紧靠透镜前表面时的性质 349

15-2-3 物平面位于透镜前方时的性质 350

15-2-4 物平面位于透镜后方时的性质 353

15-3 透镜的成象分析 355

15-3-1 正透镜的脉冲响应 355

15-3-2 脉冲响应h表达式的化简 356

15-3-3 物体与象之间的关系 358

第十六章 光学传递函数 360

16-1 成象系统的一般分析 360

16-1-1 成象系统的普遍模型 360

16-1-2 成象系统的衍射效应分析 361

16-1-3 准单色光照明时物象关系分析 364

16-2 相干成象系统的传递函数Ho 367

16-2-1 无象差系统的相干传递函数 367

16-2-2 He与系统物理性质的联系 367

16-2-3 有象差系统的相干传递函数 368

16-2-4 相干传递函数举例 369

16-3-1 非相干光学传递函数 371

16-3 非相干系统的光学传递函数Ho 371

16-3-2 OTF与相干传递函数的关系 372

16-3-3 无象差系统的OTF 373

16-3-4 无象差系统的OTF计算举例 374

16-3-5 OTF的一般性质 377

16-3-6 调制传递函数MTF的意义 379

16-3-7 象差对OTF的影响 380

16-4 串联成象系统的传递函数 383

16-5 相干成象与不相干成象的比较 384

17-1-2 底片构造与曝光过程 386

17-1-1 照相底片的作用 386

17-1 照相底片的基本性质 386

第十七章 空间滤波和光学信息处理 386

17-1-3 底片的特性 387

17-1-4 胶片用于非相干系统时的变换特性 388

17-1-5 胶片用于相干系统时的变换特性 390

17-2 基本的相干光学处理系统 391

17-2-1 空间频谱分析系统 391

17-2-2 空间频率滤波系统 392

17-2-3 光学相关系统 396

17-3 特征识别 397

17-3-1 基本原理 397

17-3-2 复数空间滤波器的制作与识别方法 398

17-4-1 相干处理系统的矩阵乘法运算 401

17-4 矩阵乘法运算与多路一维运算 401

17-4-2 相干处理系统的多路一维运算 403

17-5 非相干处理系统 403

17-5-1 乘积的积分系统 403

17-5-2 扫描卷积系统 404

17-5-3 无扫描卷积系统 405

17-5-4 双极性信号的处理技术 406

第十八章 全息术 407

18-1 引言 407

18-2 全息术的一般原理 408

18-2-1 光波振幅与位相信息的记录 408

18-2-2 物光波的再现 409

18-3 点源全息图分析 410

18-3-1 全息图的振幅透射率 410

18-3-2 物光波的再现与象的横向放大率 411

18-4 平面波全息图分析 414

18-5 关于物体的漫射照明 416

18-6 傅里叶变换全息图 417

18-6-1 两种全息图的分辨率 417

18-6-2 无透镜傅里叶变换全息 420

18-7 体积全息 422

18-7-1 基元全息图结构分析 422

18-7-3 反射式全息图 424

18-7-2 布喇格条件 424

18-8-1 二步彩虹全息 425

18-8 彩虹全息 425

18-8-2 一步彩虹全息 427

18-8-3 一步彩虹全息图应用举例 428

18-9 全息干涉计量术 429

18-9-1 单次曝光全息干涉计量术 429

18-9 -2 二次曝光全息干涉计量术 431

18-9-3 时间平均全息干涉计量术 432

第十九章 薄膜光学基础 433

19-1 光在两透明媒质分界面上的反射和折射 433

第四篇 光在界面上和在各向异性媒质中的行为 433

19-1-1 菲涅耳公式的推导 434

19-1-2 菲涅耳公式的讨论 438

19-1-3 界面的反射率R和透射率T 439

19-1-4 全反射条件下的菲涅耳公式 442

19-1-5 布懦斯特定律及其物理解释 444

19-2 多束光干涉与F-P干涉仪 446

19-2-1 平面平行媒质的多束光干涉 447

19-2-2 F-P(法布里-珀罗)干涉仪 451

19-3 单层薄膜的光学性质 456

19-3-1 单层膜的反射系数和反射率 456

19-3-2 单层增透膜 458

19-3-3 单层反射膜 459

19-3-4 λ/2单层膜的特点 460

19-4 双层增透膜 460

19-5 多层高反射膜及其计算方法 463

19-5-1 多层高反射膜的基本结构与符号 463

19-5-2 λ/4多层高反射膜的反射率 464

19-5-3 多层膜的一般计算方法 466

19-6 光学薄膜中的驻波场 471

19-6-1 λ/4膜系中驻波场的波节和波腹 471

19-6-2 多层介质膜中的光强分布 473

19-7 干涉滤光片 477

第二十章 光的偏振 479

20-1 偏振光和自然光 479

20-2 反射和折射时光的偏振 481

20-3 马吕斯定律 483

20-4 光的双折射与偏振装置 483

20-4-1 双折射及有关概念 483

20-4-2 用惠更斯原理解释双折射 486

20-4-3 几种偏振装置 487

20-5 椭圆偏振光及其表示法 波片 491

20-5-1 椭圆偏振 491

20-5-2 线偏振和圆偏振 494

20-5-3 偏振态的表征--斯托克斯参量 495

20-5-4 偏振态的邦加表示法 497

20-5-5 椭圆偏振光的获得 497

20-5-6 波片 499

20-5-7 补偿器 500

20-5-8 偏振器的矩阵表示法 501

20-6 偏振光的干涉 504

20-6-1 线偏振平面光波的干涉 504

20-6-2 线偏振会聚光波的干涉 506

20-7 人为双折射及其应用 509

20-7-1 光弹性效应 509

20-7-2 电光效应 510

20-7-3 磁致双折射 513

20-8 偏振光振动面的旋转 旋光性 514

第二十一章 晶体光学基础 518

21-1 光学各向异性晶体及其介电张量 518

21-2 光在各向民性媒质中传播的特点 521

21-3 折射率椭球 525

21-4 光在晶体表面上的折射与反射 531

21-4-1 光在晶体表面上的 531

21-4-2 离散角α的计算 532

21-4-3 光在晶体表面上的反射 533

21-5 普克尔斯效应及电光开关 534