基于Zemax的应用光学教程（施跃春、陈家璧）

本书将应用光学基础理论知识与Zemax光学设计相结合。每章首先介绍理论知识，然后落实到Zemax的设计方法上进行光学设计锻炼。本书包含了几何光学成像基本概念、共轴球面系统、理想光学系统、平面系统、光阑、光度学、像差及望远镜等典型成像系统，也涉及Zemax的基本操作、优化设计等概念。在第9章给出了5个详细的Zemax设计案例，包含光纤耦合、透镜整形与耦合、基于棱镜的光环形器、三片式成像系统及苹果手机镜头光学系统分析。 (e9hp2m  
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目录 0|{":i_s  
第1章  几何光学基本定律与成像基本概念    1 PGb}Y {  
1.1  几何光学的基本概念    1 >n1UK5QD  
1.1.1  几何光学中的光源与光束    1 QRF:6bAxsL  
1.1.2  几何光学的基本定律    2 9
QkssI  
1.1.3  费马原理    4 aw7pr464  
1.2  光学系统及成像的基本概念    7 3
Q,p,  
1.3  Zemax的界面简介与光学建模方式    9 L
l,nt  
1.3.1  Zemax的界面简介    9 ]ed7Q3lq  
1.3.2  Zemax光学建模与基本计算流程    11 &fnfuU$  
思考题    12 /q!_f!<q4x  
计算与证明题    12 y }h2
  
第2章  共轴球面系统的成像理论    13 $$R->  
2.1  几何光学中的符号规则    13 OQDx82E  
2.1.1  线段    14 7j"B-k#  
2.1.2  角度    14 {q&A/  
2.1.3  符号规则的意义    15 T<RWz  
2.1.4  符号的标注    15 _HAr0R8BY  
2.2  单折射球面成像    15 GF0Utp:Zf;  
2.2.1  实际光线单折射球面的光路计算    15 ePxf.U  
2.2.2  近轴区域单折射球面光路计算    18 avqJ[R  
2.2.3  近轴区域单折射球面成像规律    19 4Cvo^k/I  
2.2.4  细光束大视场入射情况与场曲    23 W\e!rq  
2.3  共轴球面系统成像    25 ])WIw'L!  
2.3.1  共轴球面系统近轴区域的转面过渡公式    26 + Cq&~<B  
2.3.2  共轴球面系统近轴像面位置计算    27 L)Da1<O  
2.4  单个反射球面的成像    29 `$
/M\aM%  
2.5  Zemax中的像差评价与镜面参数设置    31 -Q1~lN m:  
2.5.1  Spot Diagram与Ray Aberration简介    31 :m("oC@}  
2.5.2  纯离焦    35 ]`}EOS-Q  
2.5.3  纯球差    37 ],wzZhA  
2.5.4  球差和离焦    39 |8\et  
2.5.5  自动优化设计概念初步    40 ?!bWUVC)_  
思考题    43 ;kVo? W]  
计算与证明题    43 [U{RDX  
第3章  理想光学系统    45 1EHNg<J(  
3.1  理想光学系统的基本理论    45 <"S/M]9  
3.2  理想光学系统的基点、基面    46 <a2Kc '  
3.2.1  焦点、焦面与焦距    47 a0 w  
3.2.2  主面与主点    48 KpO%)M!/Z#  
3.2.3  节点    49 <Q.-WV]Z  
3.3  理想光学系统的物像解析关系    49 BFn}~\wzK  
3.3.1  物像位置计算    49 utw@5  
3.3.2  放大率及相互关系    51 `]<~lf  
3.4  理想光学系统的图解法    54 5}_,rF?cX  
3.5  理想光学系统的组合    58 dr4m}v.  
3.5.1  双光组光学系统    59 Uq2Qh@B  
3.5.2  多光组光学系统正切计算法    61 [_p&,$z8[  
3.6  透镜    63 ' @j8tK  
3.6.1  单折射球面的基点、基面与焦距    63 l,Ixz1S3e  
3.6.2  透镜的基点与焦距    64 N37#Vs  
3.6.3  薄透镜与薄透镜组    70 |CjdmQ u  
3.7  单透镜与双透镜的Zemax设计实例    72 w"j[c#vM  
3.7.1  单透镜Zemax设计实例    72 H, O_l%  
3.7.2  双胶合透镜Zemax设计实例    77 Rs 0Gqx  
计算题    81 1)M%]I4  
第4章  平面系统    84 N)$yBzN  
4.1  平面折射与平行平板玻璃成像性质    84 , pr ",=  
4.1.1  平行平板的成像性质    84 i)d'l<RA  
4.1.2  平行平板的等效空气层的概念    86 C#.d sl  
4.2  平面反射镜    88 71Mk!E=1  
4.2.1  平面反射镜的成像特性    89 \"A~ks~  
4.2.2  平面反射镜的旋转效应    90 f@IL2DL}\  
4.2.3  两面角镜的成像特性    91 D5 ^WiQ<  
4.3  反射棱镜    92 I44bm?[S  
4.3.1  反射棱镜的基本概念    92 2lBu"R6}  
4.3.2  反射棱镜系统的物像坐标变换规律    94 #'kVW{  
4.3.3  反射棱镜的展开与结构尺寸计算    95 {I"d"'h  
4.4  折射棱镜和楔镜    99 a7l-kG=R;  
4.4.1  折射棱镜    99 6.GIUM%D  
4.4.2  楔镜    100 FYeUz$/  
4.5  Zemax中的坐标断点    102 CEb .?B  
4.5.1  Zemax中的坐标系    102 ^VB_>|UN4  
4.5.2  坐标变换    103 gOA]..lh  
4.5.3  Zemax中的坐标断点设置    104 jhSc9  
4.6  光学系统中具有反射镜或者平行平板的Zemax仿真分析    106 w1|YR  
4.7  具有反射镜的光学系统Zemax设计方法实例——牛顿望远镜    109 affig  
4.8  具有阿米西（Amici）屋脊棱镜与五棱镜组合的光学系统Zemax设计实例    112 G(y@Tor+  
思考题    115 .;9I:YB$  
计算题    116 WqRg/  
第5章  光学系统的光束限制    118 Nv
_"?er+y  
5.1  光学系统中的孔径光阑、入射光瞳与出射光瞳    118 ,LJX  
5.1.1  孔径光阑的判断    119 ||k^pzj%  
5.1.2  入射光瞳与出射光瞳    121 E&RK My)  
5.2  视场光阑、窗与渐晕    124 eVbaxL!Q^  
5.2.1  视场光阑    124 m/W)IG>  
5.2.2  入射窗与出射窗    125 4*9:  
5.2.3  渐晕    126 u-E*_%y  
5.3  光学系统的景深    131 b7bbrR8  
5.4  Zemax中光束限制的设计方法——单透镜光束限制的设计与分析    135 NFcMh+qnK  
5.5  Zemax中渐晕的设计方法    140 Flzl,3rW4  
5.6  Zemax的多重结构设计——反射式扫描系统设计    146 w`Js"_\  
计算题    149 ~*h` ?A0  
第6章  光度学基础    151 %8yX6`lH  
6.1  光能和光度学的基本概念    151 Y:XxTa*  
6.1.1  立体角的概念    151 NEh5   
6.1.2  辐射通量、光谱光视效率与光通量    153 u!&Vbo? .B  
6.1.3  光亮度、发光强度、光出射度和光照度    155 CEos`  
6.1.4  光学系统中光亮度和光通量的传递    159 E`SFr  
6.2  光学系统中的光能损失分析与计算    161 9:tKRN_D  
6.2.1  光学系统中的光能损失分析    162 cB9`U4<  
6.2.2  光学系统的透过率计算    164 }x1*4+Y1  
6.3  Zemax中相对照度、镀膜简介及序列/非序列混合模型与照明设计实例    164 ?Y#0Je
 
6.3.1  相对照度    164 nzHsyL  
6.3.2  镀膜    165 n.$wW =  
6.3.3  利用序列与非序列混合模型设计一个LED（点光源）的照明系统    167 _S;L|1>S  
计算题    173 u;*Wc9>sU  
第7章  像差理论    174 kiFTx &gf  
7.1  单色像差    174 0UvN ws  
7.1.1  轴上点与轴外点像差    174 NPM}w!  
7.1.2  正弦差与彗差    177 85 tQHm6j  
7.1.3  像散    180 7$7Y)&\5w  
7.1.4  场曲    181 \^+=vO;A  
7.1.5  畸变    183 3N,
!y  
7.2  色差    184 T7=~l)I  
7.2.1  位置色差    184 z`D;8x2b  
7.2.2  放大率色差    184 ',yY  
7.3  Zemax中的像差模拟与分析    185 48BPo,nWR  
7.3.1  球差    185 QviH+9  
7.3.2  彗差    187 6A]Ia4PL  
7.3.3  像散    189 r}y]B\/  
7.3.4  场曲    189 u;Q'xuo3  
7.3.5  畸变    191 Py[
Z9KLX  
7.3.6  色差    192 ^\uj&K6l  
第8章  实际光学系统    196 8*^Q#;^~99  
8.1  人眼光学系统与视光学    196 H}QOoXWkg  
8.1.1  人眼的构造    196 L;0ZB=3n  
8.1.2  人眼的主要特性    197 Z\d7dbv  
8.1.3  双眼立体视觉    201 8ctUK|
 
8.2  放大镜    202 DM%4V|F"  
8.2.1  目视光学仪器的工作原理    203 nkp!kqJ09  
8.2.2  放大镜的视觉放大率    203 L+PrV y  
8.2.3  放大镜光束限制    204 )0P>
o]fWI  
8.3  望远镜    205 i!30f^9D-S  
8.3.1  望远镜的历史发展背景    205 L s=2!  
8.3.2  望远镜的基本类型与工作原理    206 <=*xwI&q  
8.3.3  望远镜的技术指标    207 Y,kTk  
8.4  显微镜    209 AopCxaJ`  
8.4.1  显微镜的历史发展背景    209 H|H!VPof]  
8.4.2  显微镜的基本工作原理与技术指标    210 eM*@zo<-  
8.4.3  显微镜的光束限制    211 4w:_4qyb  
8.4.4  显微镜的分辨力与有效放大率    212 eXI^9u
H  
8.5  照相机与投影仪    216 uJ4RjLM`  
8.5.1  照相机的历史发展背景    216 R)"Y40nW  
8.5.2  照相机的基本工作原理与性能参数    216 A`4j=OF\  
8.5.3  投影仪的历史发展背景    220 Z;aQ/n[`  
8.5.4  投影仪的基本工作原理与性能参数    220 =3J&UQL  
8.6  光学成像系统的像质评价简介    222 c_]$UM[7L  
8.7  光学传递函数、人眼模型和虚拟现实应用    223 *ws!8-)fH  
8.7.1  光学传递函数像质评价基本概念    223 $Blo`'  
8.7.2  人眼的Zemax模型和在虚拟现实（VR）中的应用    225 fo$iV;x`  
思考题    230 Kv[,!P"Y  
计算题    231 `7P4O   
第9章  Zemax中的优化、公差与若干设计案例    233 @O<kjR<b  
9.1  Zemax优化方法简介    233 Eoug/we  
9.1.1  优化方法概述    233 DT_HG|  
9.1.2  光学系统数学建模    234 sH(AsKiNKe  
9.1.3  Zemax中评价函数的定义    236 EnJAHgRV;e  
9.1.4  Zemax操作符的定义    237 SxYX`NQ  
9.1.5  默认评价函数    238 h1Ca9Z_  
9.2  Zemax公差分析简介    239  '._8  
9.3  若干光学系统设计实例    242 #e0tT+  
9.3.1  优化设计双透镜光纤对接耦合系统    243 &>Q_  
9.3.2  优化非球面镜实现半导体激光器与单模光纤的高效耦合    255 i8w(G<Y=  
9.3.3  基于偏振元件的光环形器设计    264 Z<Rz}8s  
9.3.4  库克三片式成像镜头设计    272 lM C4j  
9.3.5  苹果手机镜头剖析    279 2jf-
vWV_  
思考与练习题    292 ti)foam  
参考文献    294 nJF"[w,
?  
.9WJ/RKZ\D  
d{@X-4k:  
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作者:施跃春,陈家璧 编 >b#z o,  
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定  价:56 W$@q ~/E  
e@s+]a8D-k  
出 版 社:电子工业出版社 2>#Pt^R:C  

4^VY  
出版日期:2022年03月01日 |n3PznV  
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页  数:308 BclZsU=xn  
G8@({EY  
装  帧:平装 o;mXk2  
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ISBN:9787121430510 LbtcZ)D!  
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