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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X",fp nbw&+dcJ8 目 录
y yrCO"eh 第1章 现代应用光学基础理论概述 1
t/_w} 1.1 概述 1
\CB{Ut+s 1.1.1 本书的背景 1
^DVr>u 1.1.2 本书的内容安排 1
qI<6% ^i 1.2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2
r~u/M0h ` 1.2.1 光学材料的光学参量 2
?{$Q'c_I 1.2.2 热系数及温度变化效应的消除 4
U
n2xZ[4 1.2.3 其他玻璃数据 4
}.4`zK&SB 1.3 新型光学材料 5
|v}"UW(y 1.3.1 新型光学材料概述 5
0[xum 1.3.2 光学材料发展概况 6
m1VyYG 1.4 液晶材料及液晶显示器 12
9">}@1k 1.4.1 液晶材料及其分类 12
6
EE7<& 1.4.2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16
Rs{L 1.4.3 STN-LCD技术 27
k _hiGg 1.4.4 液晶光阀技术 32
${KDGJ,^ 1.4.5 硅上液晶(LCoS)反射式显示器 36
9C$b^wHd 1.4.6 光计算用SLM 38
57)S" 1.5 电
光源和光电探测器 38
! k||-Q& 1.5.1 电光源 38
WhSQ>h!@s 1.5.2
激光器 41
`.Y["f
1B 1.5.3 光电导探测器 48
06pLa3oi 1.5.4 光伏探测器 49
f/?#
1 1.5.5 位敏探测器 53
Z~~{!C+G 1.5.6 阵列型光电探测器 56
+e%9P%[+ 1.6 波像差像质评价基础知识 59
z*l3O~mZ 1.6.1 光学系统像差的坐标及符号规则 59
U{RW=sYB~9 1.6.2 无像差成像概念和完善
镜头聚焦衍射模式 60
zVZZdG~8 参考文献 63
7h<Q{X<A 第2章 光学非球面的应用 67
>yg mE`g 2.1 概述 67
AASw^A3p 2.2 非球面曲面方程 67
,!|/|4vh 2.2.1 旋转对称的非球面方程 67
- P1OD)B 2.2.2 圆锥曲线的意义 68
"QA# 2.2.3 其他常见非球面方程 70
~LuZpV 2.2.4 非球面的法线和曲率 71
z;GnQfYG 2.3 非球面的初级像差 71
'[~NRKQJ 2.3.1 波像差及其与垂轴像差的关系 71
Bra>C 2.3.2 非球面的初级像差 73
^u:7U4 2.3.3 折射锥面轴上物点波像差 75
782be-n 2.3.4 折射锥面轴外物点波像差 76
-B9C2 2.4 微振(perturbed)光学系统的初级像差计算 77
/0d_{Y+9 2.4.1 偏心(decentered)光学面 78
J8J~$DU\Gv 2.4.2 光学面的倾斜 80
C&,&~^_F 2.4.3 间隔失调(despace)面 81
|J'@-*5?[8 2.5 两镜系统的理论基础 82
5iz]3]}% 2.5.1 两镜系统的基本结构形式 82
b~Op1p 2.5.2 单色像差的表示式 82
4g b2$" ! 2.5.3 消像差条件式 84
\ZigG{ 2.5.4 常用的两镜系统 85
E08FUAth]# 2.6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86
2Auhv!xV 2.6.1 消球差的等光程折射非球面 86
b>hNkVI 2.6.2 经典卡塞格林系统 87
=_\5h=`Yx 2.6.3 格里高里系统 88
kTAb
< 2.6.4 只消球差的其他特种情况 88
Y]P';C_eP 2.6.5 R-C(Ritchey-Chrétien)系统及马克苏托夫系统 89
s-}|_g.Pt 2.6.6 等晕系统的特殊情况 90
LpGplDlB 2.6.7 库特(Cuder)系统及同心系统 91
6,G1:BV{K 2.6.8 史瓦希尔德(Schwarzschield)系统 92
n&D<l '4 2.6.9 一个消四种初级像差 的系统 93
]IoJ(4f 2.6.10 无焦系统 93
;RflzY|D 2.7 两镜系统的具体设计过程 93
=GL}\I 2.7.1 R-C系统的设计 93
9s6@AJf 2.7.2 格里高里系统与卡塞格林系统 94
Uy5IvG;O+ 2.8 施密特光学系统设计 95
HlqCL1\< 2.8.1 施密特光学系统的初级像差 95
P_B# 2.8.2 施密特校正器的精确计算法 98
Al09R,I; 2.9 三反射镜系统设计示例 99
;3U-ghj 2.9.1 设计原则 99
sNc(aGvy 2.9.2 设计过程分析 100
@HxEp;*NH" 2.9.3 设计示例 101
"yCCei,hA? 参考文献 103
R5g-b2Lm 第3章 衍射光学元件 105
|Up+Kc:z/n 3.1 概述 105
FAfk;<#'n+ 3.1.1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106
KiT>W~ 3.1.2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108
hF s:9 3.1.3 菲涅耳圆屏衍射 109
NKvBNf|D 3.2 波带片 110
b4Br!PL@G 3.2.1 菲涅耳波带片 110
K:Wxx" 3.2.2 相位型菲涅耳波带片 112
yQ}$G
,x 3.2.3 条形或方形波带片 113
mM!'~{r[- 3.3 衍射光学器件衍射效率 113
Y;8Y s&/t 3.3.1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113
"=@b>d6U+ 3.3.2 台阶状(二元光学)相位光栅的衍射效率及其计算 114
l~;H~h!h/ 3.4 通过衍射面的光线光路计算 115
PUV)w\!&is 3.5 衍射光学系统初级像差 118
:tp2@*]9Z 3.5.1 衍射光学
透镜的单色初级像差特性 118
I@+h|
n 3.5.2 折衍混合成像系统中衍射结构的高折射率模型及PWC描述 121
iZ<^p1i 3.5.3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122
Yz=(zj 3.6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123
%'a%ynFs 3.6.1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123
8W#/=Xh? 3.6.2 用DOL实现消色差 124
CL.JalR`b 3.6.3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125
&PaqqU. 3.7 衍射透镜的热变形特性 127
ns[v.YDL 3.7.1 光热膨胀系数 127
eqU2>bIf 3.7.2 消热变形光学系统的设计 129
SeN4gr* 3.7.3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130
=.(yOUI 3.8 衍射面的相位分布函数 132
HS XS%v/Y 3.8.1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132
M$~3`n*^ 3.8.2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133
Ig}G"GR 3.9 多层衍射光学元件(multi-layer diffractive optical elements) 133
a
yn6k=F 3.9.1 多层衍射光学元件的理论分析 134
<cNXe4( 3.9.2 多层衍射光学元件的结构 134
k!3X4;F!_ 3.9.3 多层衍射光学元件材料的选择 134
:K>v
F`SM 3.9.4 多层衍射光学元件的衍射效率 135
fuSfBtLPR# 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
reR ><p 3.10 谐衍射透镜(HDL)及其成像特点 137
u?5d%]* 3.10.1 谐衍射透镜 137
gyj.M`+y 3.10.2 谐衍射透镜的特点 137
4e~^G 3.10.3 单片谐衍射透镜成像 138
gD10C,{ 3.10.4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139
N-`Vb0;N 3.11 衍射光学轴锥镜(简称衍射轴锥镜) 143
dE19_KPm[j 3.11.1 衍射轴锥镜 143
I=o[\?u*_ 3.11.2 设计原理和方法 144
B4 yU}v 参考文献 150
Oo|*q+{ 第4章 非对称光学系统像差理论 153
Hy^Em 4.1 波像差与Zernike多项式概述 153
XK??5'&{ 4.1.1 波前像差理论概述 153
C~4_Vc* 4.1.2 角向、横向和纵向像差 154
W2/FGJD 4.1.3 Seidel像差的波前像差表示 155
gNF8&T 4.1.4 泽尼克(Zernike)多项式 162
=M'M/vKD 4.1.5 条纹(fringe)Zernike系数 164
rqW[B/a{ 4.1.6 波前像差的综合评价指标 165
HM57b>6 4.1.7 色差 167
A]ZCQ49 4.1.8 典型光学元件的像差特性 167
oNQ;9&Z,^2 4.2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174
W&CQ87b 4.2.1 重要概念简介 174
,Tc3koi 4.2.2 倾斜非球面光学面处理 176
7K.&zn 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
A}WRpsA9 4.2.4 OAR的参数化 179
f2Zi.?``H 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
`q|&;wP. 4.2.6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182
OzY55 4.2.7 失调光学系统的波像差表示式 183
B?Ac 4.2.8 举例:LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185
#[0:5$-[ 4.3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187
Ck;O59A"&- 4.3.1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187
N1,=5P$ 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
$*
1?"$LN 4.3.3 节点像差场 191
:MeshzWK 4.3.4 波前误差以及光线的横向像差 194
H,,-;tN? 4.3.5 非对称光学系统中的三级畸变 195
{6{y"8 4.4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差:球差 197
z@;]Hy 4.4.1 非旋转对称光学系统像差概述 197
d]1%/$v^ 4.4.2 非旋转对称光学系统的五级像差 198
u>c\J|K_V 4.4.3 五级像差的特征节点行为:球差族包括的各项 199
^?PU:eS 参考文献 203
QK _1!t3 第5章 光学自由曲面的应用 205
f?8cO#GU 5.1 光学自由曲面概述 205
o&uO ] 5.2 参数曲线和曲面 206
,:g.B\'Q 5.2.1 曲线和曲面的参数表示 206
0^'A^ 5.2.2 参数曲线的代数和几何形式 210
h4rIt3` 5.3 Bézier曲线与曲面 212
/~3~Xc~=p 5.3.1 Bézier曲线的数学描述和性质 212
:VwU2 5.3.2 Bézier曲面 215
S<}2y 9F
5.4 B样条(B-spline)曲线与曲面 217
x,$N!X 5.4.1 B样条曲线的数学描述和性质 217
Gr9/@U+ 5.4.2 B样条曲线的性质 219
+Qy*s1fit 5.4.3 B样条曲面的表示 220
272j$T 5.5 双三次均匀B样条曲面 221
L9tjHC] 5.5.1 B 样条曲面 221
z'@j9vT 5.5.2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223
^0"^Xk* 5.6 非均匀有理B样条(NURBS)曲线与曲面 224
1'ne[@i^/ 5.6.1 NURBS曲线与曲面 224
K&FGTS, 5.6.2 NURBS曲线的定义 224
GMmz`O
XN 5.6.3 NURBS表示 226
VBc[(8o 5.6.4 非均匀有理B样条曲面 228
*9:oTN 5.7 Coons曲面 229
tP; &$y.8 5.7.1 基本概念 229
u I$|M 5.7.2 双线性Coons曲面 230
Z(Da?6#1 5.7.3 双三次Coons曲面 231
d:/8P985 5.8 自由曲面棱镜光学系统 232
2|'v[ 5.8.1 自由曲面棱镜概述 232
C${{&$&