应用光学与光学设计基础（第3版）/江苏省“十二五”规划教材 [Applied Optics and Elements of Optical Design] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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迟泽英，陈文建，李坤宇，万瑾 著

图书标签:

• 应用光学
• 光学设计
• 光学仪器
• 光学工程
• 物理光学
• 几何光学
• 衍射光学
• 激光光学
• 光学系统
• 教材

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040473940

版次：3

商品编码：12059853

包装：平装

丛书名： 江苏省“十二五”规划教材

外文名称：Applied Optics and Elements of Optical Design

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：641

字数：9

内容简介

　　《应用光学与光学设计基础（第3版）/江苏省“十二五”规划教材》是一本涵盖应用光学成像基本理论、光度学与色度学基础、典型应用光学系统以及光学系统像质评价与应用ZEMAX软件进行光学设计基本方法等丰富内容的核心专业基础性教材与参考书。全书分四篇共16章，第1篇为几何光学的基本概念与成像基本理论（第1—7章），主要介绍光学成像基本理论（几何光学的基本定律、共轴球面系统近轴光学与理想光学系统成像理论），基本光学成像元件（球面透镜与平面反射棱镜等），目视光学系统工作原理以及成像系统的光束限制等；第二篇为光度学与色度学基础（第8～9章）；第三篇为典型应用光学系统（第10～14章），全面系统地介绍了*重要且具代表性的望远镜（包括望远系统外形尺寸计算与天文望远镜有关内容）、显微镜、照相与投影系统、激光光学与激光应用系统、光纤光学与无源光纤传像系统等5种典型应用光学系统的机理、特性与应用；第四篇为光学系统的像质评价与应用ZEMAX软件进行光学设计的基本方法（第15～16章）。
　　《应用光学与光学设计基础（第3版）/江苏省“十二五”规划教材》内容全面系统，丰富翔实，基础理论扎实，应用系统反映当代科技先进成果；表述方法深入浅出，循序渐进，图文并茂，可读性好；具有较宽的专业适应性和良好的工程设计实践指导性。可作为光学工程类、电子信息类、电气信息类、仪器仪表类中的光电信息科学与工程、测控技术与仪器等本科专业的核心专业基础课教材；部分提高性内容可供光学工程、仪器科学与技术、电子科学与技术等学科的研究生选修，或作为高年级本科生的小学分专业选修课内容；全书还非常适合于从事光学工程与光电技术类研发工作的科技工作者作为研发设计的自学参考书。

目录

绪论

第一篇 几何光学的基本概念与成像理论
第1章 几何光学基本定律与成像基本概念
1．1 几何光学的基本概念
1．1．1 光波
1．1．2 光源（发光体，发光点）
1．1．3 波面
1．1．4 光线
1．1．5 光束
1．2 光的传播规律——几何光学的基本定律
1．2．1 光的直线传播定律
1．2．2 光的独立传播定律
1．2．3 反射定律与折射定律
1．2．4 折射率
1．2．5 反射光与折射光的能量分布
1．2．6 全反射（完全内反射）及其应用
1．2．7 光路的可逆原理
1．2．8 光线在折射率连续变化的非均匀介质中的传播规律
1．3 费马原理（△）
1．4 马吕斯定律
1．5 光学系统及成像的基本概念
1．5．1 光学系统的基本概念
1．5．2 成像的基本概念
习题1
思考题1
第2章 共轴球面系统的成像理论（近轴光学）
2．1 子午面内实际光线经共轴球面系统折射的光路计算公式
2．1．1 符号规则
2．1．2 实际光线经（单折射）球面折射的光路计算公式
2．1．3 实际光线经共轴球面系统的光路计算公式
2．1．4 轴上单色物点经单折射球面成像性质的分析
2．2 单折射球面的近轴光路计算公式与近轴成像规律
2．2．1 单个折射球面的近轴光路计算公式
2．2．2 单折射球面的近轴成像规律
2．3 共轴球面系统的近轴像面位置与放大率的计算
2．3．1 共轴球面系统近轴区的转面过渡公式组
2．3．2 共轴球面系统近轴像面位置的计算
2．3．3 共轴球面系统近轴区的拉—赫不变式与放大率计算
2．4 球面反射镜的成像规律
2．4．1 球面反射镜的物像位置关系式
2．4．2 球面反射镜的成像放大率与拉—赫不变式
2．4．3 球面反射镜的应用
习题2
思考题2
第3章 理想光学系统的成像理论
3．1 理想光学系统与“共线成像”的基本概念
3．2 共轴理想光学系统的基点、基面与焦距
3．2．1 主面和主点
3．2．2 焦点和焦面
3．2．3 焦距
3．2．4 节点、节面
3．3 理想光学系统物像间的解析关系
3．3．1 决定光学系统物像共轭点位置的基本公式（牛顿公式、高斯公式）
3．3．2 理想光学系统拉一赫不变式与系统物方、像方的焦距比
3．3．3 理想光学系统的诸放大率及其相互关系
3．3．4 光束的会聚度与光学系统的光焦度、屈光度
3．4 理想光学系统的图解求像方法
3．4．1 光线描迹图解法
3．4．2 直角坐标图解法（△）
3．5 理想光学系统的物像关系特性曲线
3．5．1 物像位置共轭特性曲线
3．5．2 放大率特性曲线
3．6 光学系统的基本类型
3．6．1 焦距，和f’具有相反符号的系统——第一型系统
3．6．2 焦距／和f’具有相同符号的系统——第二型系统
3．7 理想光学系统的组合
3．8 透镜
3．8．1 单折射球面的基点、基面位置与焦距
3．8．2 透镜（厚透镜）的基点位置与焦距计算公式
3．8．3 薄透镜与薄透镜组
3．9 理想光学系统共轴多光组复合的实用方法（△）
3．9．1 切计算法
3．9．2 截距计算法
3．10 实际光学系统基点位置和焦距的计算（△）
3．10．1 求像方基点位置与焦距——正向光路计算
3．10．2 求物方基点位置与焦距——反向光路计算
习题3
思考题3
第4章 矩阵方法在近轴光学中的应用（水）
第5章 平面元件与棱镜系统
第6章 眼睛与典型目视光学系统的工作原理
第7章 光学系统中的光阑与光束限制的基本概念

第二篇 光度学与色度学基础
第8章 光度学的基本概念与光学系统中光能损失的计算
第9章 色度学基础（*）

第三篇 典型应用光学系统
第10章 望远镜与望远系统外形尺寸计算
第11章 显微镜
第12章 照相与投影系统
第13章 激光光学的基本概念与典型激光应用系统（*）
第14章 光纤光学的基础理论与无源光纤传像系统（*）
第四篇 光学系统的像质评价与应用ZEMAX软件进行光学设计的基本方法
第15章 光学系统的像质评价（*）
第16章 应用ZEMAX的光学自动设计原理与方法（*）

部分习题参考答案
参考文献

精彩书摘

　　《应用光学与光学设计基础（第3版）/江苏省“十二五”规划教材》：
　　16.5.1 ZEMAX中公差数据设置
　　某摄像物镜设计要求是与无限筒长显微物耦合，焦距116.3mm，入瞳直径22mm，人瞳距—60mm，像方线视场14mm，探测器像元尺寸6.45um×6.45um。根据探测器像元尺寸，光学系统分辨率在771p／mm时MTF>0.3要求，应用ZEMAX设计出的结构参数如图16.52所示，光学结构图和像质图如图16.53所示。从图16.53可以看出，所设计的光学系统成像质量满足要求。下面结合该系统，介绍ZEMAX中公差分析。
　　应用ZEMAX进行公差分析过程类似于前面介绍的ZEMAX像质优化过程，首先对所设计的光学系统中制造误差、装配误差和光学材料误差进行设置和分配误差范围。ZEMAX提供了灵活的公差设置方法，设计者可在公差数据编辑器（tolerance data editor，TDE）中，根据设计需要输入所选的操作符（即所要控制的制造误差、装配误差和光学材料误差等）以及误差范围，或调用ZEMAX默认公差数据。具体操作如下，类似建立像差优化评价函数，在ZE—MAX中，按主菜单Editors下的Tolerance Data（或shift+F2）即可打开如图16.54所示的TED界面。
　　……

现代光学与光电技术前沿探索 一本深入浅出、全面覆盖现代光学与光电领域核心概念与新兴技术的专业参考书 图书定位： 本书旨在为光电工程、物理学、材料科学等相关专业的本科高年级学生、研究生以及致力于光电技术研发的工程师和科研人员提供一本系统、深入且具有前瞻性的专业读物。它不仅仅是一本教科书，更是一本连接理论基础与尖端应用的桥梁，侧重于展示当代光学技术在信息、能源、生物医学等关键领域中的突破性进展。 核心内容结构： 本书内容涵盖了从基础的几何与物理光学原理到最前沿的纳米光子学和量子光学应用，共分为六大部分，共计二十章。 --- 第一部分：光场调控与成像基础的深化（第1-4章） 本部分着重回顾并深化了经典光学在现代工程中的应用，重点关注光束的精确控制与高分辨率成像原理。 第1章：先进光束整形与传播 详细探讨了高斯光束、厄米-高斯光束、贝塞尔光束等特种光束的数学描述、产生方法及其在光束传输、聚焦和衍射特性方面的差异。特别引入了基于数字微镜器件（DMD）的实时光场调制技术，而非传统的静态元件设计。 第2章：傅里叶光学与信息传递 超越传统的傅里叶变换在成像系统中的应用，本章深入研究了空间滤波技术在图像增强、去噪和模式识别中的实际案例。重点分析了周期性结构对光场的影响，并引入了相位恢复算法在无透镜成像中的应用背景。 第3章：非球面与自由曲面光学元件设计原理 本章聚焦于超越传统球面和标准圆锥截面设计的限制。详细介绍了Zernike多项式在描述复杂波前误差中的应用，以及如何利用有限元方法（FEM）模拟复杂自由曲面加工过程中的应力分布和形变预测，为精密加工提供理论指导。 第4章：干涉测量学与精密形貌表征 系统阐述了偏振干涉、相干合成干涉等技术在亚纳米级形貌测量中的应用。重点分析了高动态范围数字全息干涉测量（DHIM）技术，以及如何通过算法补偿环境振动和温度漂移对测量的影响。 --- 第二部分：光与物质相互作用的量子视角（第5-8章） 本部分将视角从宏观电磁场转向微观层面的光子-物质相互作用，为理解新型光电器件奠定理论基础。 第5章：半导体光电子学基础：能带结构与跃迁机制 深入探讨了 III-V 族和新型二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物 TMDs）的光学特性。详细分析了直接带隙与间接带隙材料的发光效率机制，以及量子限制效应对吸收边红移的影响。 第6章：非线性光学导论与频率转换 超越经典的二阶非线性效应，本章重点讨论了高阶非线性效应，如自相位调制、交叉相位调制在超快激光脉冲压缩中的应用。详述了周期性极化铌酸锂（PPLN）等准相位匹配材料的制备与性能优化。 第7章：光与介质的强耦合效应 引入了光子晶体（Photonic Crystals, PhC）和表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPP）的概念。分析了慢光效应（Slow Light）在光存储和集成电路中的潜力，以及如何利用金属-介质界面调控光场局域化。 第8章：激光物理与超快光源技术 重点介绍了锁模技术（如克尔透镜锁模、半导体可饱和吸收镜 SESAM）的物理机制，并深入探讨了钛蓝宝石、Yb 掺杂固体激光器的工作原理。分析了飞秒脉冲产生后的光谱展宽与压缩技术。 --- 第三部分：集成光学与光通信系统（第9-12章） 本部分聚焦于光学功能的集成化和光信号的高效传输，这是现代信息技术的核心。 第9章：光波导理论与模式耦合 详细分析了脊波导、包层波导等常见结构中的光传输模式（TE/TM 模式）。阐述了光纤到芯片（Fiber-to-Chip）耦合损耗的计算方法，以及光栅耦合器（Grating Couplers）的设计优化。 第10章：光子集成电路（PICs）基础 介绍了基于硅光子学（Silicon Photonics）的材料选择、基本器件（调制器、探测器、波导耦合器）的性能指标和制造挑战。对比了 Si-CMOS 兼容技术与 InP 异质集成技术在长波段应用中的优劣。 第11章：高速光通信中的调制与解调 重点分析了相干光通信系统的原理，包括本振光注入、载波恢复技术。深入讨论了先进调制格式，如 QPSK、16-QAM 在提高频谱效率中的作用，以及色散补偿技术的现代实现方案。 第12章：光网络中的多路复用技术 详细阐述了波分复用（WDM）和时分复用（TDM）的原理。引入了基于二维材料的超宽带光滤波器设计，以及在城域网和数据中心内部署的短距离高速光互连技术。 --- 第四部分：先进传感与生物医学成像（第13-16章） 本部分探讨了光学技术在非接触测量、环境监测和生命科学中的突破性应用。 第13章：基于光纤的传感技术 聚焦于基于布拉格光栅（FBG）和长周期光栅（LPG）的分布式传感原理。探讨了光纤陀螺仪（FOG）的工作机制及其在导航系统中的高精度实现，并分析了微纳结构光纤在化学传感中的增强效应。 第14章：光学相干层析成像（OCT）原理与进展 系统讲解了时域和频域 OCT 的成像深度、轴向分辨率和横向分辨率之间的关系。深入分析了增强深度成像所需的散斑抑制技术，以及在眼科和皮肤病学诊断中的临床应用案例。 第15章：计算成像与深度学习在光学中的融合 本章探讨了如何利用计算方法替代或辅助传统光学元件。详细介绍了深度学习在图像去模糊、低光照增强和光谱重建中的应用，特别是基于卷积神经网络（CNN）的单像素相机设计。 第16章：多光子显微镜与活体成像 阐述了两光子和三光子吸收过程的物理基础。重点分析了利用近红外光进行深层组织成像的优势，以及在神经科学中实现钙成像和神经元活动记录的技术细节。 --- 第五部分：纳米尺度光学的探索（第17-18章） 本部分关注光场在小于波长尺度上的行为，这是未来超高密度信息存储和量子器件的关键。 第17章：超材料与负折射率光学 详细介绍了光子超材料的等效介电常数和磁导率的工程化设计。着重分析了负折射率介质的成像特性（超分辨成像的可能性）及其在电磁波隐身斗篷设计中的应用挑战。 第18章：表面等离子体激元与亚波长光限制 深入研究了表面等离子体共振（SPR）的物理模型，及其在生物化学高灵敏度检测中的应用。分析了金属纳米结构阵列在实现亚波长光限制和增强拉曼散射信号的机制。 --- 第六部分：量子光学的前沿应用（第19-20章） 本部分面向对信息安全和量子计算感兴趣的读者，探讨了光的量子特性在信息处理中的应用。 第19章：量子光子源与单光子探测 介绍了实现高质量单光子源的几种主流技术，包括自发参量下转换（SPDC）、量子点（Quantum Dots）以及基于超导纳米线（SNSPDs）的单光子探测器。讨论了光子纠缠态的制备和表征方法。 第20章：量子密钥分发（QKD）的物理层实现 详细阐述了 BB84 协议的实际操作流程与安全论证。重点分析了基于偏振编码和相位编码的 QKD 系统在城市骨干网中的部署架构，以及面对未来量子计算机威胁的物理层防御策略。 --- 本书特色与读者收益： 理论深度与工程实践的结合： 避免了对经典光学原理的冗余叙述，直接切入现代工程计算和实验验证所需的深度，提供了大量的 MATLAB/Python 辅助程序的设计思路（而非完整代码）。 跨学科视野： 强调光学与其他前沿领域的交叉融合，如材料科学、人工智能和生物工程。 面向未来技术： 章节内容紧密跟踪国际光学学会（OSA/SPIE）的最新研究热点，确保内容的前沿性与时效性。 严谨的数学推导： 所有的设计和结论均建立在扎实的麦克斯韦方程组和量子力学基础之上，为高层次研究打下坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚毕业不久的光学工程师，目前在一家光学仪器公司从事研发工作。在校期间，我接触过不少光学方面的教材，但说实话，很多都偏向理论，与实际工程应用之间存在一定的脱节。尤其是光学设计方面，学校里教的更多是理论推导和公式计算，而实际工作中，我们更多需要的是对整个光学系统进行建模、仿真和优化。这本书的书名“应用光学与光学设计基础（第3版）”让我感到非常吸引，因为它直接点出了“应用”和“基础”这两个关键词。我希望这本书能够在我现有知识的基础上，提供更接地气的指导。例如，在应用光学部分，我期望能够看到关于不同类型光学仪器（如显微镜、内窥镜、投影仪等）的工作原理的深入剖析，以及它们在不同领域（如医疗、工业、科研）的具体应用案例。在光学设计基础方面，我更关注实际的设计流程，例如如何根据光学指标（如分辨率、畸变、色差等）选择和优化光学元件，如何利用光学设计软件（如Zemax, Code V）进行仿真和优化，以及如何处理实际生产中可能遇到的问题。作为一本“十二五”规划教材，它应该具有一定的权威性和前瞻性，能够反映当前光学领域的发展趋势。

评分☆☆☆☆☆

我对光学设计领域一直抱有浓厚的兴趣，尤其是希望能够理解那些精密的仪器是如何被设计出来的。我是一名业余的摄影爱好者，对相机镜头的光学设计原理一直感到好奇。我知道镜头的光学设计是一个非常复杂的过程，涉及到大量的数学计算和物理原理。这本书的书名《应用光学与光学设计基础》让我觉得它可能能够解答我的一些疑问。我希望它能从最基础的光学知识讲起，比如光的折射、反射，镜头的成像原理，以及各种常见的镜片类型，如凸透镜、凹透镜、非球面镜等等。然后，逐步深入到更复杂的设计概念，比如如何通过组合不同的镜片来校正像差，例如球差、色差、彗差、像散等。我希望这本书能用通俗易懂的语言，并辅以清晰的图示，来解释这些原理。更重要的是，如果它能提供一些简单的光学系统设计的示例，哪怕是基础的显微镜或者放大镜的设计，我都会觉得受益匪浅。了解这些基础知识，也能帮助我更好地理解和选择市面上的镜头，做出更符合我拍摄需求的决策。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，没有过多的花哨修饰，一看就知道是面向学术和专业领域的教材。拿到手的感觉是很厚实的，纸张也偏向哑光，应该能有效减少反光，方便长时间阅读。我是一名光学工程专业的学生，平时接触到的光学知识很多都是碎片化的，或者是某一个具体领域深入的研究。而这本书的书名就给我一种“回归本源”的感觉，应用光学和光学设计基础，这听起来就像是搭建整个知识体系的基石。我非常期待它能够系统地梳理光学发展的脉络，从基本的光的性质，比如波动性和粒子性，到光的传播、干涉、衍射等经典现象，都能有清晰的讲解。更重要的是，它提到的“光学设计基础”，这是我一直觉得比较模糊的环节。很多时候我们学到的光学原理，但如何将这些原理转化为实际的光学系统，例如显微镜、望远镜、相机镜头等等，其中的设计思路和步骤，往往需要专业的指导。我希望这本书能详细讲解成像原理，透镜和反射镜的组合设计，像差的分析与校正，以及一些常用的光学元件的特性和选择。毕竟，理论再好，最终也要服务于实际应用。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在读的材料科学专业的硕士研究生，我的研究方向涉及到一些与光学相关的实验。例如，我们在进行材料表征时，会用到显微镜、光谱仪等设备，而这些设备的光学设计和性能直接影响到实验结果的准确性。因此，我希望能通过阅读这本书，加深对这些光学仪器工作原理的理解。我期望这本书在介绍光学基础知识时，能够兼顾理论与实际。例如，在介绍光的干涉和衍射时，如果能结合一些实际应用，如全息技术或者光栅的应用，那会非常有帮助。在光学设计部分，我希望能够了解如何根据不同的应用需求来选择和设计光学系统。例如，在光谱仪的设计中，需要考虑其分辨率和光谱范围，而在显微镜的设计中，则需要关注其放大倍数和清晰度。如果这本书能够提供一些不同类型光学仪器设计中常见的挑战和解决方案，那对我来说将是非常宝贵的财富。特别是，作为一本“十二五”规划教材，它应该能够体现出国家在光学领域的一些重点发展方向和技术积累。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对光学科学充满好奇的普通读者，虽然我没有专业的背景，但一直对光的世界充满了敬畏和向往。我喜欢阅读一些科普类的书籍，了解科学背后的原理。这本书的书名《应用光学与光学设计基础》听起来似乎有些专业，但“应用光学”这个词让我觉得它应该包含了很多我们日常生活中能见到或用到的光学现象和技术。我希望这本书能够用一种引人入胜的方式，将抽象的光学原理变得生动形象。比如，在讲到光的折射时，可以结合彩虹的形成，或者潜望镜的原理；在讲到光的反射时，可以聊聊镜子成像的奥秘，或者是望远镜是如何收集遥远星光的。而“光学设计基础”，我猜想它应该会介绍一些我们司空见惯的光学器件，比如眼镜、放大镜、相机镜头等等，是如何被设计出来的。我希望它能解释清楚为什么眼镜的镜片有不同的形状，为什么相机的镜头看起来那么复杂，以及其中的设计是如何影响我们看到的图像的。我期待这本书能给我带来一次轻松愉快的科学探索之旅，让我对这个充满光的世界有更深的认识。