工程光學基礎教程/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

鬱道銀，談恒英 編

圖書標籤:

• 工程光學
• 光學基礎
• 物理學
• 高等教育
• 教材
• 十一五規劃教材
• 光學工程
• 光電技術
• 理學
• 大學教材

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111212928

版次：1

商品編碼：12140759

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：360

字數：568000

正文語種：中文

內容簡介

　　本書是教育部審定的普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材，是在原《工程光學（第2版）》的基礎上編寫而成的少學時版本，書中內容既注重論述光學的基本原理和基本理論，又注重理論與工程實際相結閤，並力求反映現代光學的發展和應用。
　　本書側重於光學物理現象的描述，盡量減少數學理論的推導。
　　本書分上、下兩篇，上篇為幾何光學與成像理論，下篇為物理光學。上篇分8章，主要介紹幾何光學的基本定律和成像特性、理想光學係統的光學參數和成像關係、平麵與平麵鏡成像、光學係統中的光闌與光束限製、光度學和色度學的基本原理、光學係統的光路計算和像差理論、典型光學係統的成像特性和設計要求、光學係統的成像質量評價和像差公差。下篇分4章，主要介紹光的電磁性質、光在各嚮同性介質界麵上的傳播規律、光波的疊加與分析、光波的乾涉和典型乾涉裝置與應用、光波的衍射原理與應用（其中融入瞭傅裏葉光學的基本理論與概念）、光的偏振及其在晶體中的傳播等，還涵蓋瞭近場光學、二元光學、光調製、光波導、液晶、光學信息處理和光學全息等現代光學的內容。
　　本書可作為光電信息科學與工程、測控技術及儀器、生物醫學工程及其相近專業的教材。

內頁插圖

目錄

前言

上篇 幾何光學與成像理論
第一章 幾何光學基本定律與成像概念
第一節 幾何光學的基本定律
第二節 成像的基本概念與完善成像條件
第三節 光路計算與近軸光學係統
第四節 球麵光學成像係統
習題
第二章 理想光學係統
第一節 理想光學係統與共綫成像理論
第二節 理想光學係統的基點與基麵
第三節 理想光學係統的物像關係
第四節 理想光學係統的放大率
第五節 理想光學係統的組閤
第六節 透鏡
習題
第三章 平麵與平麵係統
第一節 平麵鏡成像
第二節 平行平闆
第三節 反射棱鏡
第四節 摺射棱鏡與光楔
第五節 光學材料
習題
第四章 光學係統中的光闌和光束限製
第一節 光闌
第二節 照相係統中的光闌
第三節 望遠鏡係統中成像光束的選擇
第四節 顯微鏡係統中的光束限製與分析
第五節 光學係統的景深
習題
第五章 光度學和色度學基礎
第一節 輻射量和光學量及其單位
第二節 光傳播過程中光學量的變化規律
第三節 成像係統像麵的光照度
第四節 顔色的分類及顔色的錶觀特徵
第五節 顔色混閤及格拉斯曼顔色混閤定律
第六節 顔色匹配
第七節 色度學中的幾個概念
第八節 顔色相加原理及光源色和物體色的三刺激值
第九節 CIE標準色度學係統
第十節 均勻顔色空間及色差公式
習題
第六章 光綫的光路計算及像差理論
第一節 概述
第二節 光綫的光路計算
第三節 軸上點的球差
第四節 正弦差和彗差
第五節 場麯和像散
第六節 畸變
第七節 色差
第八節 像差特徵麯綫與分析
第九節 波像差
習題
第七章 典型光學係統
第一節 眼睛及其光學係統
第二節 放大鏡
第三節 顯微鏡係統
第四節 望遠鏡係統
第五節 目鏡
第六節 攝影係統
第七節 投影係統
第八節 現代光學係統
第九節 光學係統的外形尺寸計算
習題
第八章 光學係統的像質評價和像差公差
第一節 瑞利（Reyleigh）判斷和中心點亮度
第二節 分辨率
第三節 點列圖
第四節 光學傳遞函數評價成像質量
第五節 其他像質評價方法
第六節 光學係統的像差公差
上篇習題部分參考答案
上篇主要參考文獻

下篇 物理光學
第九章 光的電磁理論基礎
第一節 光的電磁性質
第二節 光在電介質分界麵上的反射和摺射
第三節 光的吸收、色散和散射
第四節 光波的疊加
第五節 光波的傅裏葉分析
習題
第十章 光的乾涉
第一節 光波乾涉的條件
第二節 楊氏乾涉實驗
第三節 乾涉條紋的可見度
第四節 平闆的雙光束乾涉
第五節 典型的雙光束乾涉係統及其應用
第六節 平行平闆的多光束乾涉及其應用
習題
第十一章 光的衍射
第一節 光波的標量衍射理論
第二節 典型孔徑的夫琅和費衍射
第三節 夫琅和費衍射和傅裏葉變換
第四節 光學成像係統的衍射和分辨本領
第五節 多縫的夫琅和費衍射
第六節 衍射光柵
第七節 菲涅耳衍射
第八節 光學信息處理
第九節 全息術
習題
第十二章 光的偏振
第一節 偏振光概述
第二節 晶體的雙摺射
第三節 晶體偏振器件
第四節 偏振光和偏振器件的矩陣錶示
第五節 偏振光的乾涉
第六節 磁光、電光效應
第七節 液晶
習題
下篇附錄
附錄A 矢量分析及場論的主要公式
附錄B 二維傅裏葉變換關係及其基本定理
附錄C 幾個常用函數的定義及傅裏葉變換
附錄D 捲積和相關
附錄E 艿函數
下篇習題部分參考答案
下篇主要參考文獻

前言/序言

　　《工程光學基礎教程》是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。為適應21世紀高等學校教育教學改革的需要，使工程光學的教學內容和課程體係更適閤於光電信息科學與工程、測控技術與儀器和生物醫學工程等類專業的教學要求，特編寫《工程光學基礎教程》一書。
　　《工程光學基礎教程》一書是在《工程光學》第2版（機械工業齣版社齣版）基礎上編寫而成的，其指導思想仍然堅持既注重論述光學的基本原理和基本理論，又注重理論與工程實際相結閤，並力求反映現代光學的發展和應用。在內容安排上，既包含傳統的光學理論和光學係統，又簡要介紹現代光學的理論及其應用，並側重於光學物理現象的描述，盡量減少其數學理論的推導。
　　為滿足不同學校與專業的教學計劃安排，本書在內容上刪減瞭原《工程光學》（第2版）中的相關章節。如上篇刪減瞭“光學設計”一章，把“現代光學係統原理”一章簡化為“典型光學係統”中的一節。下篇刪減瞭“傅裏葉光學”、“導波光學基礎”和“光子學基礎”三章，但把傅裏葉光學、近場光學、二元光學和光波導等相關重要內容融入到光的衍射原理等章節中，使本書既涵蓋較廣的現代光學內容，又在篇幅上作較大壓縮。
　　本教材分為上、下兩篇，上篇為幾何光學與成像理論，下篇為物理光學。
　　上篇共分八章，主要介紹幾何光學的基本定律和成像特性、理想光學係統的光學參數和成像關係、平麵與平麵鏡成像、光學係統中的光闌與光束限製、光度學和色度學的基本原理、光學係統的光路計算和像差理論、典型光學係統的成像特性和設計要求、光學係統的成像質量評價和像差公差。此外，在典型光學係統一章中，還簡要介紹瞭激光光學係統、傅裏葉光學係統、掃描光學係統和光縴光學係統的光束傳輸和光學成像特性。
　　下篇共分四章，主要介紹光的電磁性質、光在各嚮同性介質界麵上的傳播規律、光波的疊加與分析、光波的乾涉和典型乾涉裝置與應用、光波的衍射原理與應用（其中融入瞭傅裏葉光學的基本理論與概念）、光的偏振及其在晶體中的傳播等。此外，本篇還涵蓋近場光學、二元光學、光調製、光波導、液晶、光學信息處理和光學全息等現代光學的相關內容。
　　本書由天津大學鬱道銀（上篇）和浙江大學談恒英（下篇）主編，上海理工大學莊鬆林院士（上篇）和廣州大學梁銓廷教授（下篇）主審。參加編寫的有天津大學鬱道銀、謝洪波（第七章第八節、第八章）、田學飛（第五章），清華大學毛文煒（第二、四章），武漢大學何平安（第一、三章），長春理工大學王文生（第六章，第七章第一節至第七節、第九節），浙江大學談恒英（第九、十二章），清華大學何慶聲、孫立群（第十一章、附錄），上海理工大學曹俊卿（第十章）。此外，天津大學陳曉鼕參加瞭書稿的修改與整理工作。
　　本書可作為光電信息科學與工程、測控技術與儀器、生物醫學工程及其相近專業的教材，也可作為物理或光學專業的選修教材或參考書，也是從事光學工程、儀器科學與技術、生物醫學工程等學科的工程技術人員參考書。
　　希望廣大讀者對書中的不足給予指正。

現代光學前沿與應用探析 本書旨在為讀者提供一個廣闊的視角，深入探討現代光學領域的前沿理論、關鍵技術及其在各個工業和科研領域的創新性應用。全書內容聚焦於那些在《工程光學基礎教程/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》之外，代錶瞭當前光學學科發展新方嚮和新技術突破的關鍵節點。 第一部分：超分辨與納米光學：突破衍射極限的藝術 本部分重點剖析瞭超越傳統阿貝衍射極限的尖端光學技術，這部分內容是當前信息、生物和材料科學交叉領域研究的熱點。 第一章：近場掃描光學顯微鏡（NSOM）的原理與發展 詳細闡述瞭掃描近場光學顯微鏡（NSOM，或稱SNOM）如何通過利用亞波長尺度的光學場（特彆是錶麵等離激元場）來突破衍射極限，實現對物質錶麵形貌和光學性質的納米級成像。內容涵蓋瞭NSOM的探針設計（如錐形、針尖式探針的製備工藝）、工作模式（如常開型、接觸型、原子力輔助型）的優缺點對比，以及如何通過時間分辨技術和光譜分析提升成像分辨率和信息量。特彆討論瞭在生物活體成像中，NSOM如何用於追蹤單分子動態過程的應用實例，這是對傳統遠場光學方法無法企及的領域。 第二章：超材料與超錶麵光學（Metamaterials and Metasurfaces） 本章深入介紹瞭人工設計的亞波長結構單元如何調控電磁波的傳播特性，實現對光的相位、振幅和偏振的任意操控。內容從基礎的等效介質理論齣發，詳細分析瞭負摺射率材料、零摺射率材料的物理機製。隨後，重點轉嚮二維化的超錶麵技術。我們將詳盡解析基於Pancharatnam-Berry（PB）相位、幾何相位以及局域共振的超錶麵設計原理，並展示其在超薄平麵透鏡（Metalens）、光束偏轉器、隱身器件以及高維度信息復用方麵的突破性進展。關於超錶麵的製造公差、寬帶響應優化以及與CMOS工藝的兼容性問題，也將進行深入探討。 第三章：STED、PALM/STORM等隨機光學重構技術 本部分聚焦於熒光顯微成像中的超分辨技術。詳細解析瞭受激發射損耗（STED）顯微鏡中“甜甜圈”形光束的形成原理、猝滅劑的選擇對分辨率提升的貢獻，以及如何剋服高功率帶來的光漂白效應。同時，對基於單分子定位的超分辨技術（如PALM和STORM）的成像流程進行瞭係統的梳理，包括分子開關的設計、精確的球差校正、數據配準與圖像重建算法（如高斯擬閤、Bessel束輔助定位）的數學基礎。本書強調瞭這些技術在分析細胞骨架結構、膜蛋白分布等生命科學前沿問題中的獨特價值。 第二部分：量子光學與光信息處理的前沿技術 本部分聚焦於將量子力學原理應用於光信號的産生、傳輸和處理，這是下一代計算和通信技術的核心驅動力。 第四章：量子光源的製備與錶徵 區彆於經典光源，本章專注於單光子源和糾纏光子對的製備技術。詳細介紹基於半導體量子點（QD）、氮-空位中心（NV Center）在金剛石中的應用，以及通過自發參量下轉換（SPDC）和自發四波混頻（SFWM）製備糾纏光子的實驗方案。內容深入探討瞭如何通過高諧振腔、有效耦閤機製來提高單光子的純度（$g^{(2)}(0) ll 1$）和通量。此外，如何利用時間-能量糾纏和空間-偏振糾纏進行量子態錶徵（如貝爾不等式檢驗）也是本章的重點。 第五章：集成光子學與矽光子芯片 本章探討如何將復雜的光學係統小型化並集成到矽基芯片上，以實現高密度、低功耗的光信息處理。深入分析瞭矽基波導的損耗機理、耦閤機製（如光柵耦閤器、端麵耦閤器）。重點介紹矽光子技術在高速調製器（如馬赫-曾德爾乾涉儀調製器）、片上激光器（如增益介質的集成）、以及光子濾波器陣列中的應用。本章還將涉及光子集成電路的設計流程，包括光電轉換效率的優化和熱穩定性控製。 第六章：非綫性光學在光頻率梳與太赫茲波産生中的應用 本部分探討瞭高階非綫性過程在産生新型電磁波譜方麵的應用。首先，係統性地介紹瞭基於光縴或空心光縴中的自相位調製（SPM）和剋爾效應形成的光學頻率梳（OFC）。詳細分析瞭周期性極化鈮酸鋰（PPLN）波導中的參量放大和下轉換過程，及其在精密測量和光譜學中的應用。其次，深入討論瞭如何通過光整流效應（Optical Rectification）或電光耦閤機製，在太赫茲（THz）頻段産生高功率、可調諧的電磁波，及其在材料無損檢測和高速通信中的潛力。 第三部分：復雜介質中的光傳輸與成像 本部分關注光波在散射、吸收或具有特殊結構的介質中傳播時的行為，以及如何利用先進算法進行成像重建。 第七章：光在散射介質中的傳輸與波前整形 詳細剖析瞭光在強散射環境（如生物組織、乳濁液）中經曆的多次散射效應。本章不再側重於傳統的擴散方程，而是引入瞭時間反演、光子射齣時間（Early Time）分析等概念。重點講解瞭波前整形（Wavefront Shaping）技術，即利用空間光調製器（SLM）對入射光場進行精確的相位和振幅編碼，以補償散射介質引入的隨機相位延遲，實現對焦點在散射後介質中聚焦的能力。內容將涉及反饋優化算法和通道矩陣的測量方法。 第八章：計算層析成像（Computational Tomography） 本章聚焦於如何通過采集有限或不完全的投影數據，利用強大的計算能力重建齣三維或四維（含時間維度）的物體信息。內容涵蓋瞭X射綫斷層掃描之外的領域，如熒光層析成像（FLIT）、光學相乾層析成像（OCT）中的相位恢復算法，以及基於深度學習的快速重建模型。特彆討論瞭壓縮感知（Compressed Sensing, CS）理論在低采樣率三維成像中的應用，以及如何設計高效的編碼和解碼策略來提高信噪比和重建速度。 第九章：自適應光學（Adaptive Optics, AO）的原理與生物醫學應用 係統介紹自適應光學係統在實時校正由大氣湍流或生物組織引起的像差中的核心技術。詳細分析瞭波前傳感器的類型（如Shack-Hartmann傳感器、Pyramidal傳感器）的工作原理和局限性。重點闡述瞭變形鏡（DM）驅動方式、控製算法（如基於Zernike多項式的展開與優化）的數學模型。結閤實際應用，探討瞭AO在天文觀測（消除大氣抖動）和眼底成像（實現視網膜細胞級分辨率）中的具體工程實現和性能指標。 全書的每一章都力求將理論深度與工程實踐相結閤，通過分析最新的科研論文和工業專利，為讀者提供一個超越基礎教程的、麵嚮未來光電技術研發的知識體係。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，一開始我拿到這本書，是被它的“普通高等教育‘十一五’國傢級規劃教材”這個名頭吸引的。總覺得這樣的教材，內容肯定是最權威、最係統的。拿到書後，翻開一看，果然名不虛傳。它在內容的覆蓋麵上非常廣，幾乎涵蓋瞭工程光學的所有重要分支。從基礎的衍射、乾涉，到更復雜的偏振、光的全息技術，再到一些新興的光學應用，比如激光光學、光縴光學，都有涉及。而且，它不僅僅是簡單地羅列概念，而是非常注重理論與實踐的結閤。書中不僅有嚴謹的數學推導，還有大量的工程實例分析，比如在光學儀器設計中的應用，在光通信係統中的作用等等。這讓我覺得，這本書不僅僅是為理論學習者準備的，更是為將來要從事光學相關工作的工程師們打下堅實基礎的。我特彆欣賞它在章節安排上的邏輯性，往往會先介紹基本原理，然後深入到具體的技術細節，最後再拓展到相關的應用領域，這種結構讓學習過程非常順暢，也更容易建立起知識體係。

評分☆☆☆☆☆

在我看來，這本書的精髓在於它對工程實踐的側重。它不是純粹的理論堆砌，而是緊密圍繞著工程應用來展開。比如，在講到透鏡設計時，它不僅僅介紹瞭理想透鏡的成像，更深入地討論瞭各種像差的産生原因以及如何通過優化設計來減小這些像差。書中還涉及到瞭一些光學元件的製造和測試方麵的知識，這對於理解一個光學係統如何從理論走嚮現實非常有幫助。我記得有一章專門講瞭光學儀器的分辨率和靈敏度，以及影響這些性能的各種因素，這對於理解我們日常接觸到的各種光學設備，比如相機、顯微鏡，背後的科學原理非常有啓發。而且，它裏麵的一些案例分析，都非常貼近實際工程問題，讀起來很有代入感，讓我能更好地理解光學知識在實際工作中的價值。這本書讓我覺得，光學不僅僅是實驗室裏的學問，更是可以解決實際問題的強大工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最深刻感受，是它對光學領域基礎理論的深度挖掘和嚴謹闡述。它沒有迴避那些可能讓初學者望而卻步的數學推導，反而把它們當作理解光學現象本質的關鍵。我非常欣賞書中對物理模型建立的清晰思路，以及對數學工具運用的恰到好處。從麥剋斯韋方程組對電磁波的描述，到惠更斯原理對光的衍射的解釋，每一個重要理論的提齣和發展，都梳理得非常清楚。它不僅僅是告訴我們“是什麼”，更重要的是“為什麼是這樣”。我記得在講到傅裏葉光學時，書中通過引入傅裏葉變換，將光的傳播和成像問題，從空間域轉化到頻率域，極大地簡化瞭復雜問題的分析。這種抽象的數學工具在物理問題中的巧妙運用，讓我對光學産生瞭更深刻的理解。這本書要求讀者有一定的數學和物理基礎，但如果你願意投入精力去學習，它絕對會讓你受益匪淺，為你打開一扇通往更高級光學研究的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，就像一位經驗豐富的老教授，在循循善誘地引導你進入光學這個奇妙的世界。它不是那種賣弄概念、堆砌術語的書，而是非常注重原理的講解和概念的梳理。我印象特彆深刻的是，它在講到光的傳播時，不僅僅停留在幾何光學的直綫傳播，而是花瞭很大的篇幅去闡述波動光學中的衍射和乾涉現象，並且用瞭很多形象的比喻來解釋這些復雜的概念，比如用波浪在水麵上擴散來類比光的衍射。這對我這個初學者來說，真的是太友好瞭。而且，這本書在內容組織上，也顯得非常用心。它不會把所有內容一股腦地拋給你，而是循序漸進，一層一層地剝開來。每個章節的開始，都會有一個清晰的引入，讓你知道即將要學習什麼，以及這些內容在整個光學體係中的位置。章節結束時，也會有小結，幫助你鞏固所學。我尤其喜歡它在講解一些重要公式時，會給齣詳細的推導過程，而不是直接給你一個結論，這讓我更能理解公式的由來和適用範圍。

評分☆☆☆☆☆

這本書，我拿到手的時候，就覺得它是一本非常紮實的工具書，絕對不是那種泛泛而談的科普讀物。它的內容深入淺齣，但“深入”是占瞭很大比重的。從基礎的光學原理講起，比如光的波動性和粒子性，再到幾何光學裏那些精妙的成像定律，比如透鏡成像、反射成像，都講得特彆透徹。書中對各種光學元件的特性分析，比如不同麯率半徑的透鏡、不同材質的棱鏡，都有詳細的推導和計算公式，讀起來很有挑戰性，但也特彆能理解物理現象背後的數學邏輯。我尤其喜歡它在講到光學係統時，那種層層遞進的講解方式，從簡單的單透鏡係統，一步步構建到復雜的顯微鏡、望遠鏡等，每一步都把前麵學到的知識巧妙地結閤起來，讓整個光學係統的成像過程變得清晰可見。而且，書中大量的插圖和圖示，真的是我的救星，很多抽象的概念，通過一張清晰的示意圖，就能豁然開朗。我覺得，如果你想真正弄懂光學，不滿足於知道“是什麼”，而想知道“為什麼”，那這本書絕對是首選。它可能需要你靜下心來，一點點啃，但迴報絕對是巨大的。