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。
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3VbMW, _&" tpO%)*
OW\r } kFW9@!9 目 录
5\V>Sj(
第1章 现代应用光学基础理论概述 1
fa;\4# 1.1 概述 1
?`,<l#sj 1.1.1 本书的背景 1
"m.j cKt 1.1.2 本书的内容安排 1
/\hybx' 1.2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2
+LCpE$H 1.2.1 光学材料的光学参量 2
yf*^Y74 1.2.2 热系数及温度变化效应的消除 4
eYMp@Cx 1.2.3 其他玻璃数据 4
D$d8u=S 1.3 新型光学材料 5
u;GS[E4 1.3.1 新型光学材料概述 5
)" q$g& 1.3.2 光学材料发展概况 6
,&rlt+wE 1.4 液晶材料及液晶显示器 12
(;;%B = 1.4.1 液晶材料及其分类 12
V)72]p 1.4.2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16
Cb5;l~}L 1.4.3 STN-LCD技术 27
9aFu51 1.4.4 液晶光阀技术 32
qR/~a 1.4.5 硅上液晶(LCoS)反射式显示器 36
K>hQls+ 1.4.6 光计算用SLM 38
lM~ 3yBy 1.5 电
光源和光电探测器 38
c"Ddw'?e 1.5.1 电光源 38
$'}rBPA/ 1.5.2
激光器 41
sa$CCQ 1.5.3 光电导探测器 48
tAO,s ZW 1.5.4 光伏探测器 49
xr}3vJ7 1.5.5 位敏探测器 53
O%L]*vIr 1.5.6 阵列型光电探测器 56
?55t0 1.6 波像差像质评价基础知识 59
@&p:J0hbp 1.6.1 光学系统像差的坐标及符号规则 59
byoP1F% 1.6.2 无像差成像概念和完善
镜头聚焦衍射模式 60
@k['c
参考文献 63
M?l/_!QB 第2章 光学非球面的应用 67
+e}v)N 2.1 概述 67
p'{B|ujj6 2.2 非球面曲面方程 67
82l$]W 4 2.2.1 旋转对称的非球面方程 67
\!M6-kmi 2.2.2 圆锥曲线的意义 68
Hd]o?q\ 2.2.3 其他常见非球面方程 70
d$qivct 2.2.4 非球面的法线和曲率 71
/.P9n9 2.3 非球面的初级像差 71
`Y>'*4a\ 2.3.1 波像差及其与垂轴像差的关系 71
Z"j #kaXA 2.3.2 非球面的初级像差 73
f?vbIc` 2.3.3 折射锥面轴上物点波像差 75
/9T.]H~ 2.3.4 折射锥面轴外物点波像差 76
'/8{Mx+ 2.4 微振(perturbed)光学系统的初级像差计算 77
])F*)U 2.4.1 偏心(decentered)光学面 78
j5\z7 2.4.2 光学面的倾斜 80
D$@5$./ 2.4.3 间隔失调(despace)面 81
{\zTE1X9 2.5 两镜系统的理论基础 82
}z%fQbw 2.5.1 两镜系统的基本结构形式 82
3-x ;_ 2.5.2 单色像差的表示式 82
Y;2WY0eq 2.5.3 消像差条件式 84
\#Md3!MG 2.5.4 常用的两镜系统 85
8J|2b; Vf 2.6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86
rlxZ,]ul 2.6.1 消球差的等光程折射非球面 86
dRj2%Q f 2.6.2 经典卡塞格林系统 87
1eHU!{<fqm 2.6.3 格里高里系统 88
skr dL.5 2.6.4 只消球差的其他特种情况 88
S$#"bK/p^ 2.6.5 R-C(Ritchey-Chrétien)系统及马克苏托夫系统 89
]R%[cr 2.6.6 等晕系统的特殊情况 90
8Of.n7{ 2.6.7 库特(Cuder)系统及同心系统 91
nv$>iJ^~H 2.6.8 史瓦希尔德(Schwarzschield)系统 92
^m0nInH 2.6.9 一个消四种初级像差 的系统 93
ZHu"&& 2.6.10 无焦系统 93
Td,2.YMQ 2.7 两镜系统的具体设计过程 93
[B~*88T 2.7.1 R-C系统的设计 93
0O>T{< 2.7.2 格里高里系统与卡塞格林系统 94
"&Q sv-9t 2.8 施密特光学系统设计 95
hTfq>jIB_ 2.8.1 施密特光学系统的初级像差 95
/q1k)4?E 2.8.2 施密特校正器的精确计算法 98
{Kh^)oYdd 2.9 三反射镜系统设计示例 99
^mH:8_=(. 2.9.1 设计原则 99
^wass_8 2.9.2 设计过程分析 100
"w7{,HP 2.9.3 设计示例 101
-S\gDB bb 参考文献 103
}%75Wety 第3章 衍射光学元件 105
&t)$5\r 3.1 概述 105
U:r^4,Mz* 3.1.1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106
^VI\:<\{ 3.1.2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108
/]U),LbN 3.1.3 菲涅耳圆屏衍射 109
9'5< b 3.2 波带片 110
q@i>)nC R 3.2.1 菲涅耳波带片 110
!NqLBrcv 0 3.2.2 相位型菲涅耳波带片 112
6JgbJbUi 3.2.3 条形或方形波带片 113
Fs$mLa 3.3 衍射光学器件衍射效率 113
t,NE`LC 3.3.1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113
_tlr8vL 3.3.2 台阶状(二元光学)相位光栅的衍射效率及其计算 114
,
wXixf2 3.4 通过衍射面的光线光路计算 115
O0l1AX" 3.5 衍射光学系统初级像差 118
8|JPQDS7 3.5.1 衍射光学
透镜的单色初级像差特性 118
>o:y.2yCe 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 121
/ jLb{Ky 3.5.3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122
Ly46S 3.6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123
mUan(iJ 3.6.1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123
t
$m: 3.6.2 用DOL实现消色差 124
Vp$<@Y 3.6.3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125
mX/'Fta 3.7 衍射透镜的热变形特性 127
P(oGNKAS 3.7.1 光热膨胀系数 127
''^2rF^ 3.7.2 消热变形光学系统的设计 129
\h>6k 3.7.3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130
Sq]VtQ( 3.8 衍射面的相位分布函数 132
a#D \8; 3.8.1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132
fQU5' wGp 3.8.2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133
]FNe&o1zX 3.9 多层衍射光学元件(multi-layer diffractive optical elements) 133
7Y?59
[ 3.9.1 多层衍射光学元件的理论分析 134
y_``-F&Z 3.9.2 多层衍射光学元件的结构 134
-{2Vz[ [ 3.9.3 多层衍射光学元件材料的选择 134
(}RTHpD 3.9.4 多层衍射光学元件的衍射效率 135
|.OS7Gt? 3.9.5 多层衍射光学元件在成像光学系统中的应用举例 136
uS<og P 3.10 谐衍射透镜(HDL)及其成像特点 137
'7<^x>D|
3.10.1 谐衍射透镜 137
[jz@d\k$_ 3.10.2 谐衍射透镜的特点 137
:]JMsa6 3.10.3 单片谐衍射透镜成像 138
AvVPPEryal 3.10.4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139
`*o ko[\3 3.11 衍射光学轴锥镜(简称衍射轴锥镜) 143
/H?) qk 3.11.1 衍射轴锥镜 143
(]Q0L{~K 3.11.2 设计原理和方法 144
xsIfR3Ze9 参考文献 150
wG&Z7C b 第4章 非对称光学系统像差理论 153
|J"\~%8 4.1 波像差与Zernike多项式概述 153
e/uLBZ 4.1.1 波前像差理论概述 153
CZ!gu Y= 4.1.2 角向、横向和纵向像差 154
.unlr_eA 4.1.3 Seidel像差的波前像差表示 155
+TW,!.NBG 4.1.4 泽尼克(Zernike)多项式 162
~OMo$qt`lP 4.1.5 条纹(fringe)Zernike系数 164
R5i xG9 4.1.6 波前像差的综合评价指标 165
\WqC^Di 4.1.7 色差 167
u+9)B 6O1 4.1.8 典型光学元件的像差特性 167
*:%I|5 4.2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174
>]HvXEdNZ| 4.2.1 重要概念简介 174
e= XC$Jv 4.2.2 倾斜非球面光学面处理 176
Y
.E.(\ 4.2.3 局部坐标系统(LCS)近轴光方法计算单个光学面像差场中心 176
tl
9` 4.2.4 OAR的参数化 179
'=H3Y_{oO 4.2.5 倾斜和偏心的光学面的定位像差场对称中心矢量(像差场偏移量的推导) 181
g) ofAG2 4.2.6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182
@X2 zIFm 4.2.7 失调光学系统的波像差表示式 183
9!PM1<p 4.2.8 举例:LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185
:*vSC: q 4.3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187
Rzyaicj^c 4.3.1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187
r]'[qaP 4.3.2 带有近圆光瞳的非旋转对称光学系统中的三级像差 187
RA!8AS? 4.3.3 节点像差场 191
WOeG3jMz? 4.3.4 波前误差以及光线的横向像差 194
F=?GV\Tw 4.3.5 非对称光学系统中的三级畸变 195
BI<(]`FP;s 4.4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差:球差 197
k$.l^H u 4.4.1 非旋转对称光学系统像差概述 197
4}Y? :R 4.4.2 非旋转对称光学系统的五级像差 198
RWB]uHzE 4.4.3 五级像差的特征节点行为:球差族包括的各项 199
Zbr1e5? 参考文献 203
g7w#;E 第5章 光学自由曲面的应用 205
=eR#]d 5.1 光学自由曲面概述 205
tI 5.2 参数曲线和曲面 206
T4J
WZ 5.2.1 曲线和曲面的参数表示 206
/eBcPu"[Vb 5.2.2 参数曲线的代数和几何形式 210
5Z(q|nn7P 5.3 Bézier曲线与曲面 212
-M+o; 5.3.1 Bézier曲线的数学描述和性质 212
|RBL5,t^ 5.3.2 Bézier曲面 215
uG+eF 5.4 B样条(B-spline)曲线与曲面 217
_ t.E_K 5.4.1 B样条曲线的数学描述和性质 217
wH\
K'/ 5.4.2 B样条曲线的性质 219
?es9j] 5.4.3 B样条曲面的表示 220
('`mPD, 5.5 双三次均匀B样条曲面 221
K#N5S]2yb 5.5.1 B 样条曲面 221
MH]?:]K9V 5.5.2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223
x&N@R?AG1 5.6 非均匀有理B样条(NURBS)曲线与曲面 224
P
V9q= 5.6.1 NURBS曲线与曲面 224
c],Zw 5.6.2 NURBS曲线的定义 224
V0bKtg1f?- 5.6.3 NURBS表示 226
iA4VT, 5.6.4 非均匀有理B样条曲面 228
R0yp9icS 5.7 Coons曲面 229
<899r \ 5.7.1 基本概念 229
]>0$l _V 5.7.2 双线性Coons曲面 230
Qqd +=mgc 5.7.3 双三次Coons曲面 231
}5d|y* 5.8 自由曲面棱镜光学系统 232
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