工程光学PDF电子书下载

上篇 几何光学 1

第1章 几何光学的基本定律与成像概念 1

1.1基本概念 1

1.2几何光学的基本定律 2

1.2.1几何光学的基本定律 2

1.2.2全反射 3

1.2.3光路的可逆性原理 3

1.3费马原理 4

1.4物、像的基本概念与完善成像条件 6

1.4.1光学系统的基本概念 6

1.4.2物和像的概念 6

1.4.3完善成像条件 7

习题 9

第2章 球面和球面系统 10

2.1光线经单个折射球面的折射 10

2.1.1符号规则 10

2.1.2光线经单个折射球面的实际光路的计算公式 11

2.1.3光线经单个折射球面近轴光路的计算公式 12

2.2单个折射球面成像放大率及拉赫不变量 13

2.2.1垂轴放大率 13

2.2.2轴向放大率 13

2.2.3角放大率 14

2.2.4三个放大率之间的关系 15

2.2.5拉赫不变量J 15

2.3共轴球面系统 15

2.3.1转面公式 15

2.3.2共轴球面系统的拉赫公式 16

2.3.3共轴球面系统的放大率公式 17

2.4球面反射镜 17

2.4.1反射球面镜的物像位置公式 17

2.4.2反射球面镜的成像放大率 17

2.4.3反射球面镜的拉赫不变量 18

习题 18

第3章 理想光学系统 19

3.1理想光学系统的基本特性 19

3.2理想光学系统的基点和基面 20

3.3理想光学系统的物像关系式 21

3.3.1牛顿公式 21

3.3.2高斯公式 22

3.4理想光学系统两焦距之间的关系及拉赫公式 22

3.4.1理想光学系统两焦距之间的关系 22

3.4.2理想光学系统的拉赫公式 23

3.5理想光学系统的放大率 23

3.5.1垂轴放大率 23

3.5.2轴向放大率 24

3.5.3角放大率 25

3.5.4三放大率之间的关系 25

3.6光学系统的节点和节平面 25

3.7光学系统的图解求像 27

3.8光学系统的光焦度 29

3.9理想光学系统的组合 30

3.9.1双光组组合 30

3.9.2多光组组合 32

3.10望远镜系统 34

3.11透镜与薄透镜 36

3.11.1单个折射球面的基点和基面 36

3.11.2透镜的基点和基面 37

3.11.3薄透镜 40

3.11.4实际的光学系统基本量的计算 41

习题 42

第4章 平面与平面系统 43

4.1平面反射镜 43

4.1.1单平面镜成像 43

4.1.2双平面镜 44

4.2平行平板 45

4.3反射棱镜 47

4.3.1反射棱镜的分类 47

4.3.2反射棱镜的展开 50

4.3.3.反射棱镜成像方向的判定 51

4.4折射棱镜 51

4.5光楔 53

习题 54

第5章 光学系统中的光束限制 55

5.1光阑及其作用 55

5.2孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 56

5.3视场光阑、入射窗和出射窗 57

5.4光学系统的景深 59

5.5远心光路 63

习题 64

第6章 光度学和色度学基础 65

6.1光度学的基础知识 65

6.1.1光通量 65

6.1.2发光强度 67

6.1.3光照度和光出射度 68

6.1.4光亮度 70

6.2光传播过程中光学量的变化规律 71

6.2.1在同一介质的元光管中光通量和光亮度的传递 71

6.2.2光束经界面反射和折射后的光通量和光亮度的传递 72

6.2.3成像系统像面的光照度 73

6.3光通过光学系统时的能量损失 75

6.4色度学的基础 77

6.4.1颜色的视觉 77

6.4.2颜色匹配实验和颜色的表示方法 79

6.4.3 CIE标准照明体和标准光源 86

习题 87

第7章 光线的光路计算 88

7.1概述 88

7.2光线的光路计算 88

7.2.1子午面内的光线光路计算 89

7.2.2轴上点远轴光线的光路计算 90

7.2.3轴外点子午面内远轴光线的光路计算 91

7.2.4光线经过平面时的光路计算 92

7.2.5沿轴外点主光线细光束的光路计算 94

习题 95

第8章 光学系统的像差 96

8.1轴上点的球差 96

8.1.1球差概述 96

8.1.2光学系统的球差分布公式 98

8.1.3单个折射球面的球差分布系数，不晕点 101

8.1.4单个折射球面产生的球差正负和物体位置的关系 102

8.1.5初级球差 104

8.1.6薄透镜和薄透镜系统的初级球差 105

8.1.7平行平板的球差 107

8.2正弦差和彗差 108

8.2.1正弦条件和赫歇尔条件 108

8.2.2等晕成像和等晕条件 110

8.2.3正弦差的分布 113

8.2.4薄透镜和薄透镜系统的初级正弦差 114

8.2.5彗差概述 115

8.2.6光学系统结构形式对彗差的影响 117

8.3像散与像面弯曲（场曲） 119

8.3.1像散 119

8.3.2像面弯曲（场曲）和轴外球差 120

8.4畸变 124

8.5色差 125

8.5.1位置色差、色球差和二级光谱 126

8.5.2倍率色差 128

习题 129

第9章 典型光学系统 131

9.1眼睛的构造及光学特性 131

9.1.1眼睛的构造 131

9.1.2眼睛的调节和适应 132

9.1.3眼睛的缺陷和校正 133

9.1.4眼睛的分辨率和瞄准精度 134

9.1.5双目立体视觉 135

9.2放大镜 137

9.2.1放大镜的放大率 137

9.2.2放大镜的光束限制和视场 138

9.3显微镜系统 139

9.3.1显微镜的基本原理 139

9.3.2显微镜的放大率 139

9.3.3显微镜的结构 140

9.3.4显微镜的光束限制 141

9.3.5显微镜的景深 143

9.3.6显微镜的分辨率和有效放大率 145

9.3.7显微物镜 145

9.3.8显微镜的照明系统 148

9.4望远镜系统 149

9.4.1望远镜的一般特性 149

9.4.2望远镜系统的结构形式 150

9.4.3望远镜系统的视觉放大率 150

9.4.4望远镜系统的分辨率和工作放大率 151

9.4.5望远镜系统的主观亮度 151

9.4.6望远镜的光束限制 153

9.4.7望远物镜 155

9.4.8目镜 159

9.5摄影系统 164

9.5.1摄影系统的光学特性 164

9.5.2摄影镜头 169

9.5.3放映和投影镜头 176

9.5.4放映和投影系统的照明 181

9.6光学系统的外形尺寸计算 183

9.6.1转像系统和场镜 184

9.6.2带有对称透镜转像系统的望远镜 185

习题 187

下篇 波动光学 188

第10章 波动光学通论 188

10.1波的概念与光的电磁理论基础 188

10.1.1波的概念 188

10.1.2光的电磁理论基础 189

10.2波的数学描述 195

10.2.1波的实数表示与时空周期性 195

10.2.2波的复数表示与复振幅 202

10.2.3波的矢量表示 205

10.3波的叠加 206

10.3.1波的独立传播原理与叠加原理 206

10.3.2同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念 207

10.3.3两列同频率、同向振动的平面波的叠加 208

10.3.4两列同频率、同向振动、反向传播的平面波的叠加——光驻波 211

10.3.5两列同频率、振动方向互相垂直、同向传播的平面波的叠加——椭圆偏振光的形成及特征 213

10.3.6两列频率相近、同向振动、同向传播的平面波的叠加——光学拍 217

10.4光的偏振态 219

10.4.1完全偏振光——线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光 220

10.4.2非偏振光——自然光 221

10.4.3部分偏振光及偏振度 222

10.4.4偏振片及其光强响应 223

10.5波的傅里叶分析及时空域中的反比关系 226

10.5.1傅里叶分析 226

10.5.2波在空域和时域中的反比关系 229

10.6光在两种各向同性介质界面的反射与折射 231

10.6.1电磁场的连续条件与反射和折射定律 232

10.6.2反射与折射时光的振幅比菲涅耳公式 233

10.6.3反射与折射时光的能流比与光强比 236

10.6.4反射光与折射光的相位变化 239

10.6.5反射光与折射光的偏振态 242

10.6.6全反射与倏逝波 244

习题 248

第11章 光的干涉理论及其应用 250

11.1双光束干涉的一般理论 250

11.1.1产生光波干涉的条件 250

11.1.2双光束干涉的一般理论 252

11.2分波面双光束干涉装置与杨氏实验 257

11.2.1分波面双光束干涉 258

11.2.2分波面双光束干涉的其他实验装置 260

11.2.3干涉条纹清晰程度的影响因素 264

11.3分振幅双光束干涉 269

11.3.1平板分振幅干涉 270

11.3.2等倾干涉 271

11.3.3等厚干涉 274

11.4双光束干涉仪 279

11.4.1迈克尔逊干涉仪 279

11.4.2斐索干涉仪 283

11.4.3马赫一曾德尔干涉仪 284

11.4.4赛格纳克干涉仪 285

11.5平行平板的多光束干涉 287

11.5.1多束光干涉的光强分布 288

11.5.2多光束干涉仪 292

11.5.3多光束干涉的应用 295

11.6薄膜光学简介 297

11.6.1单层光学膜 298

11.6.2多层光学膜 301

习题 304

第12章 光的衍射 307

12.1衍射的基本原理及分类 307

12.1.1衍射现象概述 307

12.1.2惠更斯一菲涅耳原理及平面屏衍射理论 308

12.1.3衍射问题的近似处理及分类 312

12.2菲涅耳衍射 315

12.2.1菲涅耳衍射的分析方法 315

12.2.2圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射 318

12.2.3菲涅耳波带片 322

12.3矩孔和单缝的夫琅和费衍射 326

12.3.1夫琅和费衍射装置 326

12.3.2夫琅和费衍射公式的意义 326

12.3.3矩孔衍射 329

12.3.4单缝衍射 331

12.4圆孔夫琅和费衍射与光学仪器分辨率 333

12.4.1夫琅和费圆孔衍射 333

12.4.2光学成像系统的衍射和分辨本领 335

12.5夫琅和费双缝和多缝衍射 340

12.5.1双缝衍射光强的计算 340

12.5.2多缝的干涉和衍射 342

12.6衍射光栅与光栅光谱仪 345

12.6.1平面衍射光栅 345

12.6.2闪耀光栅 348

12.6.3光栅光谱仪 351

12.7夫琅和费衍射的一般性质及其他孔径的衍射 352

12.7.1夫琅和费衍射的一般性质 352

12.7.2某些其他孔径的夫琅和费衍射 353

12.8全息技术 354

12.8.1全息原理和全息图种类 354

12.8.2全息技术应用举例 357

12.9傅里叶光学 359

12.9.1概述 359

12.9.2薄透镜的傅里叶变换性质 359

12.9.3光学傅里叶变换 361

12.9.4光信息处理及其应用 363

12.10二元光学 364

12.10.1概述 364

12.10.2二元光学的特点 365

12.10.3二元光学器件的制作 366

12.10.4二元光学的应用 366

12.11近场光学 368

12.11.1概述 368

12.11.2近场光学原理 369

12.11.3近场光学应用举例 370

习题 370

第13章 光在晶体中的传播 372

13.1平面光波在晶体中的传播特性 372

13.1.1晶体双折射 372

13.1.2平面光波在晶体中的传播特性 374

13.1.3单轴晶体中的波面——惠更斯假设 384

13.1.4平面波在单轴晶体内的传播——惠更斯作图法 385

13.1.5单轴晶体中的光路计算 387

13.2晶体光学器件 偏振光的检验 388

13.2.1晶体光学器件 388

13.2.2偏振光的检验 397

13.3偏振光的干涉 400

13.3.1平行偏振光的干涉 400

13.3.2会聚偏振光的干涉 403

13.4偏振态及其变换的矩阵描述 405

13.4.1偏振态的表示——琼斯矢量 406

13.4.2正交偏振 407

13.4.3偏振器件的表示——琼斯矩阵 408

13.4.4利用琼斯矢量和琼斯矩阵的运算 411

13.5晶体的磁光、电光和声光效应 412

13.5.1旋光和磁光效应 412

13.5.2电光效应 416

13.5.3声光效应 421

13.6偏振光仪器 425

13.6.1旋光仪 425

13.6.2椭偏仪 426

习题 428