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