基本信息

书名：现代应用光学

：298.00元

作者：张以谟

出版社：电子工业出版社

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787121314735

字数：

页码：1164

版次：01

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

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内容提要

近年来，应用光学领域中出现了许多新技术。本书基于作者多年光学领域的研究和积累，系统阐述了应用光学的现代理论和应用，并引入这些新技术。全书内容包括波面像差理论及几何像差理论、以非球面和自由光学曲面简化光学系统设计、太阳能电站和现代高效照明中的非成像光学等；反映了应用光学中的前沿技术，如光学系统焦深扩展与衍射极限的突破、微纳光子学和表面等离子体微纳光学设备中的光学系统、自适应光学等；叙述了现代物理光学仪器的光学系统原理，包括光电干涉光学系统、光电光谱仪及分光光度光学系统、偏振光电仪器光学系统及偏振光成像技术等。本书既讲解应用光学基础理论，又涵盖国内外应用光学领域*新的技术理论和实现方法，适合作为相关专业高校师生和广大科研人员的参考书。

目录

目 录
第1章 现代应用光学基础理论概述t1
1．1 概述t1
1．1．1 本书的背景t1
1．1．2 本书的内容安排t1
1．2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数t2
1．2．1 光学材料的光学参量t2
1．2．2 热系数及温度变化效应的消除t4
1．2．3 其他玻璃数据t4
1．3 新型光学材料t5
1．3．1 新型光学材料概述t5
1．3．2 光学材料发展概况t6
1．4 液晶材料及液晶显示器t12
1．4．1 液晶材料及其分类t12
1．4．2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理t16
1．4．3 STN-LCD技术t27
1．4．4 液晶光阀技术t32
1．4．5 硅上液晶（LCoS）反射式显示器t36
1．4．6 光计算用SLMt38
1．5 电光源和光电探测器t38
1．5．1 电光源t38
1．5．2 激光器t41
1．5．3 光电导探测器t48
1．5．4 光伏探测器t49
1．5．5 位敏探测器t53
1．5．6 阵列型光电探测器t56
1．6 波像差像质评价基础知识t59
1．6．1 光学系统像差的坐标及符号规则t59
1．6．2 无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式t60
参考文献t63
第2章 光学非球面的应用t67
2．1 概述t67
2．2 非球面曲面方程t67
2．2．1 旋转对称的非球面方程t67
2．2．2 圆锥曲线的意义t68
2．2．3 其他常见非球面方程t70
2．2．4 非球面的法线和曲率t71
2．3 非球面的初级像差t71
2．3．1 波像差及其与垂轴像差的关系t71
2．3．2 非球面的初级像差t73
2．3．3 折射锥面轴上物点波像差t75
2．3．4 折射锥面轴外物点波像差t76
2．4 微振（perturbed）光学系统的初级像差计算t77
2．4．1 偏心（decentered）光学面t78
2．4．2 光学面的倾斜t80
2．4．3 间隔失调（despace）面t81
2．5 两镜系统的理论基础t82
2．5．1 两镜系统的基本结构形式t82
2．5．2 单色像差的表示式t82
2．5．3 消像差条件式t84
2．5．4 常用的两镜系统t85
2．6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面t86
2．6．1 消球差的等光程折射非球面t86
2．6．2 经典卡塞格林系统t87
2．6．3 格里高里系统t88
2．6．4 只消球差的其他特种情况t88
2．6．5 R-C（Ritchey-Chrétien）系统及马克苏托夫系统t89
2．6．6 等晕系统的特殊情况t90
2．6．7 库特（Cuder）系统及同心系统t91
2．6．8 史瓦希尔德（Schwarzschield）系统t92
2．6．9 一个消四种初级像差 的系统t93
2．6．10 无焦系统t93
2．7 两镜系统的具体设计过程t93
2．7．1 R-C系统的设计t93
2．7．2 格里高里系统与卡塞格林系统t94
2．8 施密特光学系统设计t95
2．8．1 施密特光学系统的初级像差t95
2．8．2 施密特校正器的计算法t98
2．9 三反射镜系统设计示例t99
2．9．1 设计原则t99
2．9．2 设计过程分析t100
2．9．3 设计示例t101
参考文献t103
第3章 衍射光学元件t105
3．1 概述t105
3．1．1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法t106
3．1．2 菲涅耳圆孔衍射的特点t108
3．1．3 菲涅耳圆屏衍射t109
3．2 波带片t110
3．2．1 菲涅耳波带片t110
3．2．2 相位型菲涅耳波带片t112
3．2．3 条形或方形波带片t113
3．3 衍射光学器件衍射效率t113
3．3．1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率t113
3．3．2 台阶状（二元光学）相位光栅的衍射效率及其计算t114
3．4 通过衍射面的光线光路计算t115
3．5 衍射光学系统初级像差t118
3．5．1 衍射光学透镜的单色初级像差特性t118
3．5．2 折衍混合成像系统中衍射结构的高折射率模型及PWC描述t121
3．5．3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系t122
3．6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正t123
3．6．1 折衍光学透镜的等效阿贝数νt123
3．6．2 用DOL实现消色差t124
3．6．3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正t125
3．7 衍射透镜的热变形特性t127
3．7．1 光热膨胀系数t127
3．7．2 消热变形光学系统的设计t129
3．7．3 折衍混合系统消热差系统设计示例t130
3．8 衍射面的相位分布函数t132
3．8．1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数t132
3．8．2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数t133
3．9 多层衍射光学元件（multi-layer diffractive optical elements）t133
3．9．1 多层衍射光学元件的理论分析t134
3．9．2 多层衍射光学元件的结构t134
3．9．3 多层衍射光学元件材料的选择t134
3．9．4 多层衍射光学元件的衍射效率t135
3．9．5 多层衍射光学元件在成像光学系统中的应用举例t136
3．10 谐衍射透镜（HDL）及其成像特点t137
3．10．1 谐衍射透镜t137
3．10．2 谐衍射透镜的特点t137
3．10．3 单片谐衍射透镜成像t138
3．10．4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例t139
3．11 衍射光学轴锥镜（简称衍射轴锥镜）t143
3．11．1 衍射轴锥镜t143
3．11．2 设计原理和方法t144
参考文献t150
第4章 非对称光学系统像差理论t153
4．1 波像差与Zernike多项式概述t153
4．1．1 波前像差理论概述t153
4．1．2 角向、横向和纵向像差t154
4．1．3 Seidel像差的波前像差表示t155
4．1．4 泽尼克（Zernike）多项式t162
4．1．5 条纹（fringe）Zernike系数t164
4．1．6 波前像差的综合评价指标t165
4．1．7 色差t167
4．1．8 典型光学元件的像差特性t167
4．2 非对称旋转成像光学系统中像差理论t174
4．2．1 重要概念简介t174
4．2．2 倾斜非球面光学面处理t176
4．2．3 局部坐标系统（LCS）近轴光方法计算单个光学面像差场中心t176
4．2．4 OAR的参数化t179
4．2．5 倾斜和偏心的光学面的定位像差场对称中心矢量（像差场偏移量的推导）t181
4．2．6 基于实际光线计算单个面的像差场中心t182
4．2．7 失调光学系统的波像差表示式t183
4．2．8 举例：LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较t185
4．3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述t187
4．3．1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和t187
4．3．2 带有近圆光瞳的非旋转对称光学系统中的三级像差t187
4．3．3 节点像差场t191
4．3．4 波前误差以及光线的横向像差t194
4．3．5 非对称光学系统中的三级畸变t195
4．4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差：球差t197
4．4．1 非旋转对称光学系统像差概述t197
4．4．2 非旋转对称光学系统的五级像差t198
4．4．3 五级像差的特征节点行为：球差族包括的各项t199
参考文献t203
第5章 光学自由曲面的应用t205
5．1 光学自由曲面概述t205
5．2 参数曲线和曲面t206
5．2．1 曲线和曲面的参数表示t206
5．2．2 参数曲线的代数和几何形式t210
5．3 Bézier曲线与曲面t212
5．3．1 Bézier曲线的数学描述和性质t212
5．3．2 Bézier曲面t215
5．4 B样条（B-spline）曲线与曲面t217
5．4．1 B样条曲线的数学描述和性质t217
5．4．2 B样条曲线的性质t219
5．4．3 B样条曲面的表示t220
5．5 双三次均匀B样条曲面t221
5．5．1 B 样条曲面t221
5．5．2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式t223
5．6 非均匀有理B样条（NURBS）曲线与曲面t224
5．6．1 NURBS曲线与曲面t224
5．6．2 NURBS曲线的定义t224
5．6．3 NURBS表示t226
5．6．4 非均匀有理B样条曲面t228
5．7 Coons曲面t229
5．7．1 基本概念t229
5．7．2 双线性Coons曲面t230
5．7．3 双三次Coons曲面t231
5．8 自由曲面棱镜光学系统t232
5．8．1 自由曲面棱镜概述t232
5．8．2 矢量像差理论及初始结构确定方法t233
5．8．3 自由曲面棱镜设计t236
5．8．4 用光学设计软件设计含自由曲面的光学系统t238
参考文献t239
第6章 共形光学系统t241
6．1 概述t241
6．1．1 共形光学系统的一般要求t241
6．1．2 共形光学系统的主要参量t244
6．1．3 共形光学系统中的像差校正t250
6．1．4 共形光学系统实际应用须考虑的问题t252
6．2 椭球整流罩的几何特性及消像差条件在共形光学系统中的应用t253
6．2．1 椭球面几何特性分析t253
6．2．2 椭球整流罩的几何特性t256
6．2．3 利用矢量像差理论分析椭球整流罩结构的像差特性t258
6．3 基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计t259
6．3．1 共形光学系统解决像差动态变化的方法概述t259
6．3．2 共形光学系统的像差分析t260
6．3．3 Wassermann-Wolf非球面理论t261
6．3．4 利用Wassermann-Wolf原理设计共形光学系统t265
6．4 折/反射椭球形整流罩光学系统的设计t268
6．4．1 折/反射椭球形整流罩光学系统的设计原则t269
6．4．2 椭球形整流罩像差分析t269
6．4．3 两镜校正系统初始结构设计原理t269
6．4．4 用平面对称矢量像差理论分析光学系统像差特性t274
6．4．5 设计结果t275
6．5 共形光学系统的动态像差校正技术t276
6．5．1 共形光学系统的固定校正器t276
6．5．2 弧形校正器t278
6．5．3 基于轴向移动柱面―泽尼克校正元件的动态像差校正技术t280
6．6 二元光学元件在椭球整流罩导引头光学系统中的应用t283
6．6．1 二元光学元件的光学特性t284
6．6．2 二元衍射光学元件在椭球形整流罩导引头光学系统中的应用t286
6．6．3 利用衍/射光学元件进行共形整流罩像差校正的研究t288
6．6．4 折/衍混合消热差共形光学系统的设计t291
6．7 利用自由曲面进行微变焦共形光学系统设计t295
6．7．1 自由曲面进行微变焦共形光学系统的特点t295
6．7．2 利用自由曲面的像差校正方法t295
6．8 基于实际光线追迹的共形光学系统设计概述t298
6．8．1 实际光线追迹设计方法可在共形光学系统整个观察视场内得到较好像质t298
6．8．2 实际光线追迹方法概述t299
参考文献t302
第7章 非成像光学系统t308
7．1 引言t308
7．1．1 太阳能热发电技术简介t308
7．1．2 太阳能光伏发电t311
7．1．3 照明非成像光学t312
7．2 非成像光学概述t314
7．2．1 非成像会聚器特性t314
7．2．2 光学扩展不变量t314
7．2．3 会聚度的定义t315
7．3 会聚器理论中的一些几何光学概念t316
7．3．1 光学扩展量的几何光学概念t316
7．3．2 在成像光学系统中像差对会聚度的影响t317
7．3．3 光学扩展量（拉氏不变量）和相空间的广义概念t318
7．3．4 斜不变量t320
7．4 非成像光学的边缘光线原理t322
7．4．1 边缘光线原理t322
7．4．2 边缘光线原理应用――“拉线”方法t322
7．5 复合抛物面会聚器（CPC）t324
7．5．1 光锥会聚器t324
7．5．2 复合抛物面会聚器（CPC）概述t324
7．5．3 复合抛物面会聚器的性质t326
7．5．4 增加复合抛物面会聚器的大会聚角t328
7．6 同步多曲面设计方法t331
7．6．1 SMS方法设计会聚器概述t331
7．6．2 一个非成像透镜的设计：RR会聚器t332
7．6．3 XR会聚器t335
7．6．4 RX会聚器t337
7．7 XX类会聚器t340
7．7．1 XX类会聚器的原理t340
7．7．2 RX1会聚器t341
7．7．3 RX1会聚器的三维分析t341
7．8 非成像光学用于LED照明t343
7．8．1 边缘光线扩展度守恒原理和控制网格算法t344
7．8．2 LED的非成像光学系统设计实例t346
7．8．3 大范围照明光源设计（二维给定光分布设计）t347
7．9 非成像光学用于LED均匀照明的自由曲面透镜t348
7．9．1 均匀照明的自由曲面透镜概述t348
7．9．2 LED浸没式自由曲面透镜设计方法t349
7．9．3 设计示例t351
参考文献t353
第8章 光电光学系统中紧凑型照相光学系统设计t356
8．1 概述t356
8．1．1 数码相机的组成t356
8．1．2 数码相机中图像传感器CCD和CMOS的比较t357
8．1．3 数码相机的分类t359
8．1．4 数码相机的光学性能t364
8．1．5 数码相机镜头的分类和特点t365
8．2 数码相机镜头设计示例t367
8．2．1 球面定焦距镜头设计示例t367
8．2．2 非球面定焦距镜头设计示例t370
8．3 变焦距镜头设计示例t372
8．3．1 变焦透镜组原理t373
8．3．2 非球面变倍镜头初始数据t373
8．3．3 折叠式（潜望式）变焦镜头示例t376
8．4 手机照相光学系统t378
8．4．1 手机照相光学系统概述t378
8．4．2 两片型非球面手机物镜设计示例t379
8．4．3 三片型手机物镜设计t382
8．5 手机镜头新技术概述t385
8．5．1 自由曲面在手机镜头中的应用t385
8．5．2 液体镜头t385
8．6 鱼眼镜头概述t388
8．6．1 鱼眼镜头是“仿生学的示例”t388
8．6．2 鱼眼镜头基本结构的像差校正t390
8．6．3 鱼眼镜头基本光学结构的演变t391
8．6．4 鱼眼镜头的发展t391
8．6．5 鱼眼镜头的光学性能t393
8．6．6 光阑球差与入瞳位置的确定t396
8．6．7 光阑彗差与像差渐晕t398
8．6．8 鱼眼镜头示例与投影方式比较t399
参考文献t402
第9章 光学系统焦深的扩展与衍射极限的突破t405
9．1 概述t405
9．1．1 扩展焦深概述t405
9．1．2 超衍射极限近场显微术概述t409
9．1．3 远场超分辨成像t418
9．2 光学成像系统景深的延拓t420
9．2．1 景深延拓概述t420
9．2．2 延拓景深的方形孔径相位模板t425
9．2．3 增大景深的圆对称相位模板t438
9．3 多环分区圆对称相位模板设计t442
9．3．1 多环分区圆对称相位模板的概念t442
9．3．2 多环分区圆对称相位模板对应系统的特性t448
9．3．3 圆对称相位模板成像系统的优缺点t450
9．3．4 初级像差的影响以及延拓景深图像的复原t451
9．3．5 延拓景深相位模板系统的图像复原与其光学成像系统的光学设计t456
9．3．6 延拓景深光学成像系统的光学设计t460
9．4 轴锥镜（axicon）扩展焦深t468
9．4．1 轴锥镜t468
9．4．2 小焦斑长焦深激光焦点的衍射轴锥镜的设计t476
9．5 近场光学与近场光学显微镜t478
9．5．1 近场光学概念t478
9．5．2 近场扫描光学显微镜（NSOM）t482
9．6 扫描探针显微镜t488
9．6．1 与隧道效应有关的显微镜t489
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