應用光學與光學設計基礎（第3版）/江蘇省“十二五”規劃教材 [Applied Optics and Elements of Optical Design] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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遲澤英，陳文建，李坤宇，萬瑾 著

圖書標籤:

• 應用光學
• 光學設計
• 光學儀器
• 光學工程
• 物理光學
• 幾何光學
• 衍射光學
• 激光光學
• 光學係統
• 教材

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040473940

版次：3

商品編碼：12059853

包裝：平裝

叢書名： 江蘇省“十二五”規劃教材

外文名稱：Applied Optics and Elements of Optical Design

開本：16開

齣版時間：2017-03-01

用紙：膠版紙

頁數：641

字數：9

內容簡介

　　《應用光學與光學設計基礎（第3版）/江蘇省“十二五”規劃教材》是一本涵蓋應用光學成像基本理論、光度學與色度學基礎、典型應用光學係統以及光學係統像質評價與應用ZEMAX軟件進行光學設計基本方法等豐富內容的核心專業基礎性教材與參考書。全書分四篇共16章，第1篇為幾何光學的基本概念與成像基本理論（第1—7章），主要介紹光學成像基本理論（幾何光學的基本定律、共軸球麵係統近軸光學與理想光學係統成像理論），基本光學成像元件（球麵透鏡與平麵反射棱鏡等），目視光學係統工作原理以及成像係統的光束限製等；第二篇為光度學與色度學基礎（第8～9章）；第三篇為典型應用光學係統（第10～14章），全麵係統地介紹瞭*重要且具代錶性的望遠鏡（包括望遠係統外形尺寸計算與天文望遠鏡有關內容）、顯微鏡、照相與投影係統、激光光學與激光應用係統、光縴光學與無源光縴傳像係統等5種典型應用光學係統的機理、特性與應用；第四篇為光學係統的像質評價與應用ZEMAX軟件進行光學設計的基本方法（第15～16章）。
　　《應用光學與光學設計基礎（第3版）/江蘇省“十二五”規劃教材》內容全麵係統，豐富翔實，基礎理論紮實，應用係統反映當代科技先進成果；錶述方法深入淺齣，循序漸進，圖文並茂，可讀性好；具有較寬的專業適應性和良好的工程設計實踐指導性。可作為光學工程類、電子信息類、電氣信息類、儀器儀錶類中的光電信息科學與工程、測控技術與儀器等本科專業的核心專業基礎課教材；部分提高性內容可供光學工程、儀器科學與技術、電子科學與技術等學科的研究生選修，或作為高年級本科生的小學分專業選修課內容；全書還非常適閤於從事光學工程與光電技術類研發工作的科技工作者作為研發設計的自學參考書。

目錄

緒論

第一篇 幾何光學的基本概念與成像理論
第1章 幾何光學基本定律與成像基本概念
1．1 幾何光學的基本概念
1．1．1 光波
1．1．2 光源（發光體，發光點）
1．1．3 波麵
1．1．4 光綫
1．1．5 光束
1．2 光的傳播規律——幾何光學的基本定律
1．2．1 光的直綫傳播定律
1．2．2 光的獨立傳播定律
1．2．3 反射定律與摺射定律
1．2．4 摺射率
1．2．5 反射光與摺射光的能量分布
1．2．6 全反射（完全內反射）及其應用
1．2．7 光路的可逆原理
1．2．8 光綫在摺射率連續變化的非均勻介質中的傳播規律
1．3 費馬原理（△）
1．4 馬呂斯定律
1．5 光學係統及成像的基本概念
1．5．1 光學係統的基本概念
1．5．2 成像的基本概念
習題1
思考題1
第2章 共軸球麵係統的成像理論（近軸光學）
2．1 子午麵內實際光綫經共軸球麵係統摺射的光路計算公式
2．1．1 符號規則
2．1．2 實際光綫經（單摺射）球麵摺射的光路計算公式
2．1．3 實際光綫經共軸球麵係統的光路計算公式
2．1．4 軸上單色物點經單摺射球麵成像性質的分析
2．2 單摺射球麵的近軸光路計算公式與近軸成像規律
2．2．1 單個摺射球麵的近軸光路計算公式
2．2．2 單摺射球麵的近軸成像規律
2．3 共軸球麵係統的近軸像麵位置與放大率的計算
2．3．1 共軸球麵係統近軸區的轉麵過渡公式組
2．3．2 共軸球麵係統近軸像麵位置的計算
2．3．3 共軸球麵係統近軸區的拉—赫不變式與放大率計算
2．4 球麵反射鏡的成像規律
2．4．1 球麵反射鏡的物像位置關係式
2．4．2 球麵反射鏡的成像放大率與拉—赫不變式
2．4．3 球麵反射鏡的應用
習題2
思考題2
第3章 理想光學係統的成像理論
3．1 理想光學係統與“共綫成像”的基本概念
3．2 共軸理想光學係統的基點、基麵與焦距
3．2．1 主麵和主點
3．2．2 焦點和焦麵
3．2．3 焦距
3．2．4 節點、節麵
3．3 理想光學係統物像間的解析關係
3．3．1 決定光學係統物像共軛點位置的基本公式（牛頓公式、高斯公式）
3．3．2 理想光學係統拉一赫不變式與係統物方、像方的焦距比
3．3．3 理想光學係統的諸放大率及其相互關係
3．3．4 光束的會聚度與光學係統的光焦度、屈光度
3．4 理想光學係統的圖解求像方法
3．4．1 光綫描跡圖解法
3．4．2 直角坐標圖解法（△）
3．5 理想光學係統的物像關係特性麯綫
3．5．1 物像位置共軛特性麯綫
3．5．2 放大率特性麯綫
3．6 光學係統的基本類型
3．6．1 焦距，和f’具有相反符號的係統——第一型係統
3．6．2 焦距／和f’具有相同符號的係統——第二型係統
3．7 理想光學係統的組閤
3．8 透鏡
3．8．1 單摺射球麵的基點、基麵位置與焦距
3．8．2 透鏡（厚透鏡）的基點位置與焦距計算公式
3．8．3 薄透鏡與薄透鏡組
3．9 理想光學係統共軸多光組復閤的實用方法（△）
3．9．1 切計算法
3．9．2 截距計算法
3．10 實際光學係統基點位置和焦距的計算（△）
3．10．1 求像方基點位置與焦距——正嚮光路計算
3．10．2 求物方基點位置與焦距——反嚮光路計算
習題3
思考題3
第4章 矩陣方法在近軸光學中的應用（水）
第5章 平麵元件與棱鏡係統
第6章 眼睛與典型目視光學係統的工作原理
第7章 光學係統中的光闌與光束限製的基本概念

第二篇 光度學與色度學基礎
第8章 光度學的基本概念與光學係統中光能損失的計算
第9章 色度學基礎（*）

第三篇 典型應用光學係統
第10章 望遠鏡與望遠係統外形尺寸計算
第11章 顯微鏡
第12章 照相與投影係統
第13章 激光光學的基本概念與典型激光應用係統（*）
第14章 光縴光學的基礎理論與無源光縴傳像係統（*）
第四篇 光學係統的像質評價與應用ZEMAX軟件進行光學設計的基本方法
第15章 光學係統的像質評價（*）
第16章 應用ZEMAX的光學自動設計原理與方法（*）

部分習題參考答案
參考文獻

精彩書摘

　　《應用光學與光學設計基礎（第3版）/江蘇省“十二五”規劃教材》：
　　16.5.1 ZEMAX中公差數據設置
　　某攝像物鏡設計要求是與無限筒長顯微物耦閤，焦距116.3mm，入瞳直徑22mm，人瞳距—60mm，像方綫視場14mm，探測器像元尺寸6.45um×6.45um。根據探測器像元尺寸，光學係統分辨率在771p／mm時MTF>0.3要求，應用ZEMAX設計齣的結構參數如圖16.52所示，光學結構圖和像質圖如圖16.53所示。從圖16.53可以看齣，所設計的光學係統成像質量滿足要求。下麵結閤該係統，介紹ZEMAX中公差分析。
　　應用ZEMAX進行公差分析過程類似於前麵介紹的ZEMAX像質優化過程，首先對所設計的光學係統中製造誤差、裝配誤差和光學材料誤差進行設置和分配誤差範圍。ZEMAX提供瞭靈活的公差設置方法，設計者可在公差數據編輯器（tolerance data editor，TDE）中，根據設計需要輸入所選的操作符（即所要控製的製造誤差、裝配誤差和光學材料誤差等）以及誤差範圍，或調用ZEMAX默認公差數據。具體操作如下，類似建立像差優化評價函數，在ZE—MAX中，按主菜單Editors下的Tolerance Data（或shift+F2）即可打開如圖16.54所示的TED界麵。
　　……

現代光學與光電技術前沿探索 一本深入淺齣、全麵覆蓋現代光學與光電領域核心概念與新興技術的專業參考書 圖書定位： 本書旨在為光電工程、物理學、材料科學等相關專業的本科高年級學生、研究生以及緻力於光電技術研發的工程師和科研人員提供一本係統、深入且具有前瞻性的專業讀物。它不僅僅是一本教科書，更是一本連接理論基礎與尖端應用的橋梁，側重於展示當代光學技術在信息、能源、生物醫學等關鍵領域中的突破性進展。 核心內容結構： 本書內容涵蓋瞭從基礎的幾何與物理光學原理到最前沿的納米光子學和量子光學應用，共分為六大部分，共計二十章。 --- 第一部分：光場調控與成像基礎的深化（第1-4章） 本部分著重迴顧並深化瞭經典光學在現代工程中的應用，重點關注光束的精確控製與高分辨率成像原理。 第1章：先進光束整形與傳播 詳細探討瞭高斯光束、厄米-高斯光束、貝塞爾光束等特種光束的數學描述、産生方法及其在光束傳輸、聚焦和衍射特性方麵的差異。特彆引入瞭基於數字微鏡器件（DMD）的實時光場調製技術，而非傳統的靜態元件設計。 第2章：傅裏葉光學與信息傳遞 超越傳統的傅裏葉變換在成像係統中的應用，本章深入研究瞭空間濾波技術在圖像增強、去噪和模式識彆中的實際案例。重點分析瞭周期性結構對光場的影響，並引入瞭相位恢復算法在無透鏡成像中的應用背景。 第3章：非球麵與自由麯麵光學元件設計原理 本章聚焦於超越傳統球麵和標準圓錐截麵設計的限製。詳細介紹瞭Zernike多項式在描述復雜波前誤差中的應用，以及如何利用有限元方法（FEM）模擬復雜自由麯麵加工過程中的應力分布和形變預測，為精密加工提供理論指導。 第4章：乾涉測量學與精密形貌錶徵 係統闡述瞭偏振乾涉、相乾閤成乾涉等技術在亞納米級形貌測量中的應用。重點分析瞭高動態範圍數字全息乾涉測量（DHIM）技術，以及如何通過算法補償環境振動和溫度漂移對測量的影響。 --- 第二部分：光與物質相互作用的量子視角（第5-8章） 本部分將視角從宏觀電磁場轉嚮微觀層麵的光子-物質相互作用，為理解新型光電器件奠定理論基礎。 第5章：半導體光電子學基礎：能帶結構與躍遷機製 深入探討瞭 III-V 族和新型二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物 TMDs）的光學特性。詳細分析瞭直接帶隙與間接帶隙材料的發光效率機製，以及量子限製效應對吸收邊紅移的影響。 第6章：非綫性光學導論與頻率轉換 超越經典的二階非綫性效應，本章重點討論瞭高階非綫性效應，如自相位調製、交叉相位調製在超快激光脈衝壓縮中的應用。詳述瞭周期性極化鈮酸鋰（PPLN）等準相位匹配材料的製備與性能優化。 第7章：光與介質的強耦閤效應 引入瞭光子晶體（Photonic Crystals, PhC）和錶麵等離子體激元（Surface Plasmon Polaritons, SPP）的概念。分析瞭慢光效應（Slow Light）在光存儲和集成電路中的潛力，以及如何利用金屬-介質界麵調控光場局域化。 第8章：激光物理與超快光源技術 重點介紹瞭鎖模技術（如剋爾透鏡鎖模、半導體可飽和吸收鏡 SESAM）的物理機製，並深入探討瞭鈦藍寶石、Yb 摻雜固體激光器的工作原理。分析瞭飛秒脈衝産生後的光譜展寬與壓縮技術。 --- 第三部分：集成光學與光通信係統（第9-12章） 本部分聚焦於光學功能的集成化和光信號的高效傳輸，這是現代信息技術的核心。 第9章：光波導理論與模式耦閤 詳細分析瞭脊波導、包層波導等常見結構中的光傳輸模式（TE/TM 模式）。闡述瞭光縴到芯片（Fiber-to-Chip）耦閤損耗的計算方法，以及光柵耦閤器（Grating Couplers）的設計優化。 第10章：光子集成電路（PICs）基礎 介紹瞭基於矽光子學（Silicon Photonics）的材料選擇、基本器件（調製器、探測器、波導耦閤器）的性能指標和製造挑戰。對比瞭 Si-CMOS 兼容技術與 InP 異質集成技術在長波段應用中的優劣。 第11章：高速光通信中的調製與解調 重點分析瞭相乾光通信係統的原理，包括本振光注入、載波恢復技術。深入討論瞭先進調製格式，如 QPSK、16-QAM 在提高頻譜效率中的作用，以及色散補償技術的現代實現方案。 第12章：光網絡中的多路復用技術 詳細闡述瞭波分復用（WDM）和時分復用（TDM）的原理。引入瞭基於二維材料的超寬帶光濾波器設計，以及在城域網和數據中心內部署的短距離高速光互連技術。 --- 第四部分：先進傳感與生物醫學成像（第13-16章） 本部分探討瞭光學技術在非接觸測量、環境監測和生命科學中的突破性應用。 第13章：基於光縴的傳感技術 聚焦於基於布拉格光柵（FBG）和長周期光柵（LPG）的分布式傳感原理。探討瞭光縴陀螺儀（FOG）的工作機製及其在導航係統中的高精度實現，並分析瞭微納結構光縴在化學傳感中的增強效應。 第14章：光學相乾層析成像（OCT）原理與進展 係統講解瞭時域和頻域 OCT 的成像深度、軸嚮分辨率和橫嚮分辨率之間的關係。深入分析瞭增強深度成像所需的散斑抑製技術，以及在眼科和皮膚病學診斷中的臨床應用案例。 第15章：計算成像與深度學習在光學中的融閤 本章探討瞭如何利用計算方法替代或輔助傳統光學元件。詳細介紹瞭深度學習在圖像去模糊、低光照增強和光譜重建中的應用，特彆是基於捲積神經網絡（CNN）的單像素相機設計。 第16章：多光子顯微鏡與活體成像 闡述瞭兩光子和三光子吸收過程的物理基礎。重點分析瞭利用近紅外光進行深層組織成像的優勢，以及在神經科學中實現鈣成像和神經元活動記錄的技術細節。 --- 第五部分：納米尺度光學的探索（第17-18章） 本部分關注光場在小於波長尺度上的行為，這是未來超高密度信息存儲和量子器件的關鍵。 第17章：超材料與負摺射率光學 詳細介紹瞭光子超材料的等效介電常數和磁導率的工程化設計。著重分析瞭負摺射率介質的成像特性（超分辨成像的可能性）及其在電磁波隱身鬥篷設計中的應用挑戰。 第18章：錶麵等離子體激元與亞波長光限製 深入研究瞭錶麵等離子體共振（SPR）的物理模型，及其在生物化學高靈敏度檢測中的應用。分析瞭金屬納米結構陣列在實現亞波長光限製和增強拉曼散射信號的機製。 --- 第六部分：量子光學的前沿應用（第19-20章） 本部分麵嚮對信息安全和量子計算感興趣的讀者，探討瞭光的量子特性在信息處理中的應用。 第19章：量子光子源與單光子探測 介紹瞭實現高質量單光子源的幾種主流技術，包括自發參量下轉換（SPDC）、量子點（Quantum Dots）以及基於超導納米綫（SNSPDs）的單光子探測器。討論瞭光子糾纏態的製備和錶徵方法。 第20章：量子密鑰分發（QKD）的物理層實現 詳細闡述瞭 BB84 協議的實際操作流程與安全論證。重點分析瞭基於偏振編碼和相位編碼的 QKD 係統在城市骨乾網中的部署架構，以及麵對未來量子計算機威脅的物理層防禦策略。 --- 本書特色與讀者收益： 理論深度與工程實踐的結閤： 避免瞭對經典光學原理的冗餘敘述，直接切入現代工程計算和實驗驗證所需的深度，提供瞭大量的 MATLAB/Python 輔助程序的設計思路（而非完整代碼）。 跨學科視野： 強調光學與其他前沿領域的交叉融閤，如材料科學、人工智能和生物工程。 麵嚮未來技術： 章節內容緊密跟蹤國際光學學會（OSA/SPIE）的最新研究熱點，確保內容的前沿性與時效性。 嚴謹的數學推導： 所有的設計和結論均建立在紮實的麥剋斯韋方程組和量子力學基礎之上，為高層次研究打下堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當樸實，沒有過多的花哨修飾，一看就知道是麵嚮學術和專業領域的教材。拿到手的感覺是很厚實的，紙張也偏嚮啞光，應該能有效減少反光，方便長時間閱讀。我是一名光學工程專業的學生，平時接觸到的光學知識很多都是碎片化的，或者是某一個具體領域深入的研究。而這本書的書名就給我一種“迴歸本源”的感覺，應用光學和光學設計基礎，這聽起來就像是搭建整個知識體係的基石。我非常期待它能夠係統地梳理光學發展的脈絡，從基本的光的性質，比如波動性和粒子性，到光的傳播、乾涉、衍射等經典現象，都能有清晰的講解。更重要的是，它提到的“光學設計基礎”，這是我一直覺得比較模糊的環節。很多時候我們學到的光學原理，但如何將這些原理轉化為實際的光學係統，例如顯微鏡、望遠鏡、相機鏡頭等等，其中的設計思路和步驟，往往需要專業的指導。我希望這本書能詳細講解成像原理，透鏡和反射鏡的組閤設計，像差的分析與校正，以及一些常用的光學元件的特性和選擇。畢竟，理論再好，最終也要服務於實際應用。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在讀的材料科學專業的碩士研究生，我的研究方嚮涉及到一些與光學相關的實驗。例如，我們在進行材料錶徵時，會用到顯微鏡、光譜儀等設備，而這些設備的光學設計和性能直接影響到實驗結果的準確性。因此，我希望能通過閱讀這本書，加深對這些光學儀器工作原理的理解。我期望這本書在介紹光學基礎知識時，能夠兼顧理論與實際。例如，在介紹光的乾涉和衍射時，如果能結閤一些實際應用，如全息技術或者光柵的應用，那會非常有幫助。在光學設計部分，我希望能夠瞭解如何根據不同的應用需求來選擇和設計光學係統。例如，在光譜儀的設計中，需要考慮其分辨率和光譜範圍，而在顯微鏡的設計中，則需要關注其放大倍數和清晰度。如果這本書能夠提供一些不同類型光學儀器設計中常見的挑戰和解決方案，那對我來說將是非常寶貴的財富。特彆是，作為一本“十二五”規劃教材，它應該能夠體現齣國傢在光學領域的一些重點發展方嚮和技術積纍。

評分☆☆☆☆☆

我對光學設計領域一直抱有濃厚的興趣，尤其是希望能夠理解那些精密的儀器是如何被設計齣來的。我是一名業餘的攝影愛好者，對相機鏡頭的光學設計原理一直感到好奇。我知道鏡頭的光學設計是一個非常復雜的過程，涉及到大量的數學計算和物理原理。這本書的書名《應用光學與光學設計基礎》讓我覺得它可能能夠解答我的一些疑問。我希望它能從最基礎的光學知識講起，比如光的摺射、反射，鏡頭的成像原理，以及各種常見的鏡片類型，如凸透鏡、凹透鏡、非球麵鏡等等。然後，逐步深入到更復雜的設計概念，比如如何通過組閤不同的鏡片來校正像差，例如球差、色差、彗差、像散等。我希望這本書能用通俗易懂的語言，並輔以清晰的圖示，來解釋這些原理。更重要的是，如果它能提供一些簡單的光學係統設計的示例，哪怕是基礎的顯微鏡或者放大鏡的設計，我都會覺得受益匪淺。瞭解這些基礎知識，也能幫助我更好地理解和選擇市麵上的鏡頭，做齣更符閤我拍攝需求的決策。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛剛畢業不久的光學工程師，目前在一傢光學儀器公司從事研發工作。在校期間，我接觸過不少光學方麵的教材，但說實話，很多都偏嚮理論，與實際工程應用之間存在一定的脫節。尤其是光學設計方麵，學校裏教的更多是理論推導和公式計算，而實際工作中，我們更多需要的是對整個光學係統進行建模、仿真和優化。這本書的書名“應用光學與光學設計基礎（第3版）”讓我感到非常吸引，因為它直接點齣瞭“應用”和“基礎”這兩個關鍵詞。我希望這本書能夠在我現有知識的基礎上，提供更接地氣的指導。例如，在應用光學部分，我期望能夠看到關於不同類型光學儀器（如顯微鏡、內窺鏡、投影儀等）的工作原理的深入剖析，以及它們在不同領域（如醫療、工業、科研）的具體應用案例。在光學設計基礎方麵，我更關注實際的設計流程，例如如何根據光學指標（如分辨率、畸變、色差等）選擇和優化光學元件，如何利用光學設計軟件（如Zemax, Code V）進行仿真和優化，以及如何處理實際生産中可能遇到的問題。作為一本“十二五”規劃教材，它應該具有一定的權威性和前瞻性，能夠反映當前光學領域的發展趨勢。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對光學科學充滿好奇的普通讀者，雖然我沒有專業的背景，但一直對光的世界充滿瞭敬畏和嚮往。我喜歡閱讀一些科普類的書籍，瞭解科學背後的原理。這本書的書名《應用光學與光學設計基礎》聽起來似乎有些專業，但“應用光學”這個詞讓我覺得它應該包含瞭很多我們日常生活中能見到或用到的光學現象和技術。我希望這本書能夠用一種引人入勝的方式，將抽象的光學原理變得生動形象。比如，在講到光的摺射時，可以結閤彩虹的形成，或者潛望鏡的原理；在講到光的反射時，可以聊聊鏡子成像的奧秘，或者是望遠鏡是如何收集遙遠星光的。而“光學設計基礎”，我猜想它應該會介紹一些我們司空見慣的光學器件，比如眼鏡、放大鏡、相機鏡頭等等，是如何被設計齣來的。我希望它能解釋清楚為什麼眼鏡的鏡片有不同的形狀，為什麼相機的鏡頭看起來那麼復雜，以及其中的設計是如何影響我們看到的圖像的。我期待這本書能給我帶來一次輕鬆愉快的科學探索之旅，讓我對這個充滿光的世界有更深的認識。