红外光学系统教材PDF电子书下载

目录 1

第一章 几何光学基础 1

§1.1光线与光的波面 1

§1.1.1电磁波谱 1

§1.1.2发光点、光线和光束 2

§1.1.3象散光束 2

§1.2光线传播的基本规律 3

§1.2.1几何光学的基本定律 3

§1.2.2费马原理 4

§1.3光学成象的基本概念 6

§1.3.1实象与虚象，实物与虚物 6

§1.3.2物空间和象空间，物与象的共轭性 7

§1.3.3物象之间的等光程性 7

§1.4光线的折射方程，符号规则 8

§1.4.1几何光学的符号规则 8

§1.4.2球面的折射方程 9

§1.5.1单个折射球面的近轴光成象 10

§1.5球面系统的近轴成象 10

§1.5.2共轴球面系统 13

§1.5.3球面反射镜 14

§1.6理想光学系统理论 15

§1.6.1理想光学系统和共线成象 15

§1.6.2理想光学系统的焦点、焦平面、主点、主平面 16

§1.6.3理想光学系统的物象位置关系 17

§1.6.4理想光学系统的拉亥公式及二焦距间的关系 18

§1.6.5理想光学系统的放大率 20

§1.6.6光学系统的节点 22

§1.6.7光学系统的光焦度 22

§1.7光学系统的组合 23

§1.7.1两个光组的组合 24

§1.7.2共轴多光组的组合 26

§1.7.3望远镜系统 31

§1.7.4透镜与薄透镜 33

§1.7.5近轴光学的矩阵方法 39

§1.8光学系统中的光阑 48

§1.8.1孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 48

§1.8.2视场光阑、入射窗和出射窗 49

§1.8.3渐晕 50

§1.8.4消杂光光阑 51

习题 52

第二章 象差概论 54

§2.1光线的光路计算 54

§2.1.1近轴光线的光路计算 55

§2.1.2非近轴子午光线的光路计算 56

§2.1.3沿轴外点主光线的细光束计算 60

§2.2轴上点球差 69

§2.2.1球差现象 69

§2.2.2初级球差 69

§2.2.3单个折射球面的不晕点 71

§2.2.4带球差和高级球差 72

§2.3.1等晕条件、正弦条件 74

§2.3正弦差与彗差 74

§2.3.2正弦差 75

§2.3.3彗差 76

§2.3.4初级正弦差，初级彗差 78

§2.4象散与象面弯曲（场曲） 80

§2.4.1象散 80

§2.4.2象面弯曲（场曲） 81

§2.4.3初级场曲与初级象散 82

§2.5畸变 85

§2.5.1实际畸变 85

§2.5.2初级畸变 86

§2.6色差 87

§2.6.1光学材料的色散 87

§2.6.2轴向色差（位置色差） 88

§2.6.3垂轴色差（放大率色差） 90

§2.7几何象差综述 92

§2.7.1光学系统的象差要求 92

§2.7.2初级象差表示式及其与视场和孔径的关系 93

§2.7.3子午象差特性曲线 95

§2.8波象差 97

§2.8.1轴上点的波象差，波象差与球差的关系 97

§2.8.2参考点移动产生的波象差，物理焦深 99

§2.8.3色差的波象差表示 100

§2.8.4光学系统的象差容限 101

习题 103

§3.1.1红外系统的组成 104

§3.1红外光学系统概述 104

第三章 红外光学系统的物镜及其设计基础 104

§3.1.2红外光学系统的功用 105

§3.1.3望远系统 106

§3.1.4红外光学系统的特点 110

§3.2折射式物镜：单折射物镜 113

§3.2.1薄透镜的初级球差 114

§3.2.2初级轴向色差角弥散（物在无限远） 118

§3.2.4物在有限远时的初级象差 119

§3.2.3初级彗差和象散角弥散（物在无限远） 119

§3.2.5凸平透镜、等凸透镜的初级象差 120

§3.3折射式物镜：组合透镜 122

§3.4非球面子午光线追迹 126

§3.4.1非球面曲面方程 126

§3.4.2非球面的子午面内光线光路计算 126

§3.4.3旋转二次曲面的子午光线追迹 129

§3.4.4非球面的初级象差概述 133

§3.5反射式物镜：单反射镜 135

§3.5.1球面反射镜 135

§3.5.2抛物面反射镜 137

§3.5.3双曲面反射镜 138

§3.5.4椭球面反射镜和扁球面反射镜 138

§3.6反射物镜：双反射镜系统 139

§3.6.1常见的双反射镜系统 139

§3.6.2双反射镜系统的近轴关系 140

§3.6.3双反射镜系统的初级象差 142

§3.6.4几种主要的双反射镜系统 143

§3.7折反射物镜 147

§3.7.1施密特系统 147

§3.7.2曼金（Mangin）折反射物镜 152

§3.7.3包沃斯－马克苏托夫系统 153

§3.8红外变焦距系统 156

§3.9光学检验技术和性能量度方法：光程检验法 158

§3.9.1傅科刀口检验法 158

§3.9.2哈特曼检验法及其它光阑检验法 159

§3.9.3朗奇光栅检验法 160

§3.10光学检验技术和性能量度方法：干涉检验法 160

§3.10.1泰曼－格林干涉仪 160

§3.10.2菲索干涉仪 161

§3.10.3不等光程激光干涉仪 162

§3.10.4散射板干涉仪 163

§3.10.5剪切干涉仪 163

习题 164

第四章 辅助光学系统 166

§4.1场镜 166

§4.1.1场镜的主要作用 166

§4.1.2场镜的参数计算 167

§4.1.3有效焦距、有效F数和象差特性 169

§4.2光锥 172

§4.2.1光线在光锥内的传播 172

§4.2.2简单光锥 173

§4.2.3实心圆锥形光锥 175

§4.2.4二次曲面光锥 176

§4.2.5光锥与场镜的组合结构 177

§4.3浸没透镜 179

§4.3.1浸没透镜的物象关系和齐明条件 180

§4.3.2半球浸没透镜和超半球浸没透镜 181

§4.3.3浸没透镜由全反射导致的限制 183

§4.4中继光学系统 187

§4.5.1整流罩 188

§4.5整流罩与窗 188

§4.5.2窗口 190

§4.6光机扫描元件：旋转的45°平面反射镜 190

§4.6.1光机扫描概述 190

§4.6.2旋转的45°平面反射镜 192

§4.7光机扫描元件：摆动的平面反射镜和平面平行平板 193

§4.7.1摆动的平面反射镜 193

§4.7.2平面平行平板 197

§4.8光机扫描元件：旋转的多面体反射棱柱 198

§4.8.1旋转的多面体反射棱柱 198

§4.8.2旋转的四方反射棱柱 202

§4.9光机扫描元件：旋转的折射棱镜和折射光楔 204

§4.9.1旋转折射棱镜 204

§4.9.2旋转折射光楔 207

§4.10其他类型的扫描元件和各种扫描图形的产生 209

§4.10.1其他类型的扫描元件 209

§4.10.2各种扫描图形的产生方法 211

习题 212

第五章 红外光学材料和光学薄膜 213

§5.1红外光学材料的主要性能 213

§5.1.1光谱透过率 213

§5.1.2折射率和色散 214

§5.1.3自辐射性能 214

§5.1.4材料的其他物理和化学性质 214

§5.2红外光学材料的种类 214

§5.2.1红外光学玻璃 214

§5.2.2晶体 216

§5.2.3热压等法制备的多晶红外光学材料 218

§5.2.4红外透明陶瓷 220

§5.2.5塑料 221

§5.3常用的红外光学材料 222

§5.4.1光学纤维 224

§5.4.2光学纤维的数值孔径 224

§5.4红外光学纤维 224

§5.4.3图象的分辨率 225

§5.4.4红外光学纤维的材料 225

§5.5薄膜光学的理论基础 225

§5.5.1麦克斯韦方程 225

§5.5.2平面电磁波的波动方程 226

§5.5.3E和H的关系 227

§5.5.4单一界面上的反射 228

§5.6薄膜系统的光学特性计算 230

§5.6.1单层薄膜的反射率 230

§5.6.2多层介质膜的反射率 232

§5.6.3薄膜组件的透过率 234

§5.7周期性对称膜系的等效光学导纳 235

§5.8增透膜（减反射膜） 237

§5.8.1λ0/4增透膜系的矢量分析法 237

§5.8.2单层增透膜（单层减反射膜） 238

§5.8.3双层增透膜 240

§5.8.4多层增透膜 242

§5.9红外反射膜 243

§5.9.1金属反射膜 243

§5.9.2全介质反射膜 244

§5.10干涉滤光片 246

§5.10.1截止干涉滤光片 246

§5.10.2红外带通滤光片 253

§5.10.3圆形渐变（劈式）干涉滤光片 256

§5.11.2反射滤光片 257

§5.11吸收、反射和色散滤光片 257

§5.11.1吸收滤光片 257

95.11.3色散滤光片 258

§5.12分光片和分色片 258

§5.12.1分光片 259

§5.12.2介质分色片 259

习题 259

§6.1红外棱镜分光系统 261

§6.1.1棱镜主截面内的折射 261

第六章 红外分光系统及其数理基础 261

§6.1.2棱镜的色散 263

§6.1.3棱镜的分辨率 264

§6.1.4光谱线（狭缝象）的弯曲 265

§6.1.5色散棱镜的材料 266

§6.1.6红外棱镜分光光度计的工作原理 268

§6.2红外光栅分光光度计 269

§6.2.1衍射光栅的分光原理 269

§6.2.2角色散和角放大率 270

§6.2.3衍射光栅的分辨率 271

§6.2.4闪耀光栅（定向光栅） 272

§6.2.5红外光栅分光光度计的工作原理 274

§6.3傅里叶变换 275

§6.3.1傅里叶积分变换 275

§6.3.2傅里叶变换的性质 277

§6.3.3一些典型函数的傅里叶变换 280

§6.3.4δ函数 283

§6.3.5离散傅里叶变换 287

§6.3.6快速傅里叶变换 290

§6.4调制光谱仪：傅里叶变换光谱仪 296

§6.4.1傅里叶变换光谱仪的结构 296

§6.4.2傅里叶变换光谱仪的基本原理 297

§6.4.3分辨率和切趾 299

§6.4.4傅里叶变换光谱仪的特点 303

§6.5.1选择调幅干涉光谱仪的原理和性能 305

§6.5调制光谱仪：选择调幅干涉光谱仪 305

§6.5.2选择调幅干涉光谱仪的光路结构习题 309

第七章 红外光学系统的象质评定 311

§7.1光学系统的成象分析 311

§7.1.1透镜的脉冲响应 311

§7.1.2一般成象系统分析 314

§7.2用脉冲响应讨论两点的分辨问题 316

§7.2.1狭缝和圆孔状光瞳 316

§7.2.2一维情况的点象分辨判据 319

§7.2.3二维情况的点象分辨判据 321

§7.3光学系统的传递函数 323

§7.2.4分辨判据和光学系统象质评价 323

§7.3.1相干传递函数 324

§7.3.2非相干传递函数 327

§7.3.3光学传递函数的计算 331

§7.4光学传递函数的测量 336

§7.4.1数字傅里叶分析法 336

§7.4.2光学傅里叶分析法 337

§7.4.3光电傅里叶分析法 339

§7.5传统象质评价方法 342

§7.5.1斯特列尔判据 342

§7.5.2瑞利λ/4波象差判据 343

§7.5.3点列图 344

习题 345

§8.1辐射计和扫描辐射计的光学系统 348

§8.1.1透射式红外测温仪光学系统的设计 348

第八章 典型红外光学系统及其设计 348

§8.1.2反射式红外测温仪中光学系统的设计 352

§8.1.3气象卫星用的扫描辐射计 355

§8.1.4热图测绘辐射计 357

§8.2红外跟踪系统 357

§8.3热象仪系统 361

§8.3.1旋转折射棱镜热象仪的光学系统 361

§8.3.2多元线列并扫热象仪的光学系统 365

§8.3.3医用热象仪的性能 366

§8.4红外前视装置的光学系统 368

§8.4.1连续变焦红外前视光学系统 368

§8.4.2非球面元件的应用 370

§8.4.3自反射现象 371

§8.4.4渐晕现象 372

§8.5多光谱扫描仪 372

§8.5.1机载多光谱扫描仪设计 373

§8.5.2星载多光谱扫描仪 379

习题 380