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。 nM ?Nf}  
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目录 W 1u!&:O  
第1章  几何光学基本定律与成像基本概念    1 81C;D`!K  
1.1  几何光学的基本概念    1 slhMvHOk-  
1.1.1  几何光学中的光源与光束    1 wa~zb!y<  
1.1.2  几何光学的基本定律    2 c&N;r|N  
1.1.3  费马原理    4 ,FXc_BCx4  
1.2  光学系统及成像的基本概念    7 z~==7:Os  
1.3  Zemax的界面简介与光学建模方式    9 5S,Kq35$(  
1.3.1  Zemax的界面简介    9 y/:%S2za>  
1.3.2  Zemax光学建模与基本计算流程    11 bWSc&/9y  
思考题    12 dPbn[*:  
计算与证明题    12 Fq_>}k@fI  
第2章  共轴球面系统的成像理论    13 ;9~ WB X"  
2.1  几何光学中的符号规则    13 )EQz9  
2.1.1  线段    14 )2#&l  
2.1.2  角度    14 *X{7m]5  
2.1.3  符号规则的意义    15 1)jeawVmj  
2.1.4  符号的标注    15 5423Ky<
 
2.2  单折射球面成像    15 ~#i2reG5  
2.2.1  实际光线单折射球面的光路计算    15 3l,-n|x  
2.2.2  近轴区域单折射球面光路计算    18 a+\<2NXYD  
2.2.3  近轴区域单折射球面成像规律    19 tC(MaI  
2.2.4  细光束大视场入射情况与场曲    23 N{~P}Sw  
2.3  共轴球面系统成像    25 oK 7:e~  
2.3.1  共轴球面系统近轴区域的转面过渡公式    26 TLp2a<Iy  
2.3.2  共轴球面系统近轴像面位置计算    27 wy .96  
2.4  单个反射球面的成像    29 }2;iIw`  
2.5  Zemax中的像差评价与镜面参数设置    31 xm1'  
2.5.1  Spot Diagram与Ray Aberration简介    31 LnKgT1  
2.5.2  纯离焦    35 *v]s&$WyO  
2.5.3  纯球差    37 9bM kP2w>  
2.5.4  球差和离焦    39 MBU|<tc  
2.5.5  自动优化设计概念初步    40 TET=>6  
思考题    43 |Olz h63k:  
计算与证明题    43 nlI3|5  
第3章  理想光学系统    45 )Tp"l"(G  
3.1  理想光学系统的基本理论    45 2~l7WW+lx,  
3.2  理想光学系统的基点、基面    46 l2:-).7xt  
3.2.1  焦点、焦面与焦距    47 U#]J5'i  
3.2.2  主面与主点    48 +3o0GJ  
3.2.3  节点    49 _p5#`-%mM  
3.3  理想光学系统的物像解析关系    49 x,]x>Up  
3.3.1  物像位置计算    49 9<&M~(dwT4  
3.3.2  放大率及相互关系    51 C:}1r  
3.4  理想光学系统的图解法    54 'S9o!hb'@  
3.5  理想光学系统的组合    58 E?czolNl  
3.5.1  双光组光学系统    59 bmK  
3.5.2  多光组光学系统正切计算法    61 `/`iLso&-  
3.6  透镜    63 P+CdqOL  
3.6.1  单折射球面的基点、基面与焦距    63 |JF,n~n  
3.6.2  透镜的基点与焦距    64 U.
_fb=  
3.6.3  薄透镜与薄透镜组    70 `e~i<Pi  
3.7  单透镜与双透镜的Zemax设计实例    72 Du65>O  
3.7.1  单透镜Zemax设计实例    72 s]OZ+^Z  
3.7.2  双胶合透镜Zemax设计实例    77 fP5i
3[T  
计算题    81 2oV6#!{Z  
第4章  平面系统    84 uR{)%udu  
4.1  平面折射与平行平板玻璃成像性质    84 /3Gq&[R{  
4.1.1  平行平板的成像性质    84 D!! B4zt  
4.1.2  平行平板的等效空气层的概念    86 }e/vKWfT  
4.2  平面反射镜    88 {6GX ?aw'  
4.2.1  平面反射镜的成像特性    89 HR"clD\{Di  
4.2.2  平面反射镜的旋转效应    90 2T)k-3  
4.2.3  两面角镜的成像特性    91 ,[6Rmsk  
4.3  反射棱镜    92 _pZ <  
4.3.1  反射棱镜的基本概念    92 egSs=\  
4.3.2  反射棱镜系统的物像坐标变换规律    94 R!QR@*N  
4.3.3  反射棱镜的展开与结构尺寸计算    95 iu(obmh/o  
4.4  折射棱镜和楔镜    99 .?5 ~zK  
4.4.1  折射棱镜    99 i%.k{MY  
4.4.2  楔镜    100 E;{CoL  
4.5  Zemax中的坐标断点    102 ]&"ii  
4.5.1  Zemax中的坐标系    102 n44 T4q  
4.5.2  坐标变换    103 `^[Tu 1  
4.5.3  Zemax中的坐标断点设置    104 u"
V,/1++\  
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 /;+\6(+X  
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 v]EZYEXFL)  
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 B>>_t2IU  
思考题    115 h&CZN !  
计算题    116 u&uFXOc'  
第5章  光学系统的光束限制    118 ^h2+""  
5.1  光学系统中的孔径光阑、入射光瞳与出射光瞳    118 tc[Ld#
 
5.1.1  孔径光阑的判断    119 97\K]Tr  
5.1.2  入射光瞳与出射光瞳    121 ;22?-F^  
5.2  视场光阑、窗与渐晕    124
pTG[F  
5.2.1  视场光阑    124 Y:O|6%00Y  
5.2.2  入射窗与出射窗    125 KYw7Jx`l  
5.2.3  渐晕    126 _b&26!gl  
5.3  光学系统的景深    131 *cCx]C.~  
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 %q3`k#?<  
5.5  Zemax中渐晕的设计方法    140 _q#pEv  
5.6  Zemax的多重结构设计——反射式扫描系统设计    146 <!FcQVH+L  
计算题    149 (wq8[1Wzup  
第6章  光度学基础    151 ;lb  
6.1  光能和光度学的基本概念    151 ]r0j  
6.1.1  立体角的概念    151 keRLai7h  
6.1.2  辐射通量、光谱光视效率与光通量    153 He'VqUw_  
6.1.3  光亮度、发光强度、光出射度和光照度    155 X"d"a={]  
6.1.4  光学系统中光亮度和光通量的传递    159 #J3o~,t<  
6.2  光学系统中的光能损失分析与计算    161 VnkhY  
6.2.1  光学系统中的光能损失分析    162 }:c~5whN  
6.2.2  光学系统的透过率计算    164 HQ9tvSc  
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 0+op|bdj  
6.3.1  相对照度    164 kN1R8|pv  
6.3.2  镀膜    165 \1joW#  
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 9uWg4U  
计算题    173 Qx,#Hj  
第7章  像差理论    174 |[iO./zP  
7.1  单色像差    174 5o 5DG  
7.1.1  轴上点与轴外点像差    174
Miw=2F  
7.1.2  正弦差与彗差    177 NYP3u_ QX  
7.1.3  像散    180 h M7 SGEV  
7.1.4  场曲    181 4hxP`!<  
7.1.5  畸变    183 BWxJ1ENM  
7.2  色差    184 ejyx[CF  
7.2.1  位置色差    184 j>;1jzr2}  
7.2.2  放大率色差    184 (nq""kO6'  
7.3  Zemax中的像差模拟与分析    185 s<#BxN  
7.3.1  球差    185 G\MeJSt*  
7.3.2  彗差    187 %.f%Q?P  
7.3.3  像散    189 Z]Udx  
7.3.4  场曲    189 8%u|[Si;  
7.3.5  畸变    191 /{hT3ncb  
7.3.6  色差    192 $8U$.~v  
第8章  实际光学系统    196 w (RRu~J  
8.1  人眼光学系统与视光学    196 *5oQZ".vA*  
8.1.1  人眼的构造    196 WgR%mm^  
8.1.2  人眼的主要特性    197 q?mpvpLG  
8.1.3  双眼立体视觉    201 UW8yu.`?  
8.2  放大镜    202 =dHdq D  
8.2.1  目视光学仪器的工作原理    203 nTo?~=b  
8.2.2  放大镜的视觉放大率    203 2>^(&95M  
8.2.3  放大镜光束限制    204 C}<e3BXc  
8.3  望远镜    205 dl8f]y#Q  
8.3.1  望远镜的历史发展背景    205 ?'a>?al%>  
8.3.2  望远镜的基本类型与工作原理    206 F%$q]J[  
8.3.3  望远镜的技术指标    207 p<'pqf  
8.4  显微镜    209 /KC^x=Xv:  
8.4.1  显微镜的历史发展背景    209 7J5jf231  
8.4.2  显微镜的基本工作原理与技术指标    210 klAlS%  
8.4.3  显微镜的光束限制    211 G)[gLD{g?  
8.4.4  显微镜的分辨力与有效放大率    212 2
4 [cU  
8.5  照相机与投影仪    216 Q.eD:
@%iE  
8.5.1  照相机的历史发展背景    216 ,7s+-sRG  
8.5.2  照相机的基本工作原理与性能参数    216 !m~r0M7  
8.5.3  投影仪的历史发展背景    220 zfI{cMn'J  
8.5.4  投影仪的基本工作原理与性能参数    220 x?B`p"ifS  
8.6  光学成像系统的像质评价简介    222 &L?]w=*  
8.7  光学传递函数、人眼模型和虚拟现实应用    223 (-0d@eqw  
8.7.1  光学传递函数像质评价基本概念    223 6p&2A  
8.7.2  人眼的Zemax模型和在虚拟现实（VR）中的应用    225 V >eG\  
思考题    230 hNYO+LrI)  
计算题    231 ;:oJFI#;  
第9章  Zemax中的优化、公差与若干设计案例    233 <5j%!6zo  
9.1  Zemax优化方法简介    233 BjPU@rS.U  
9.1.1  优化方法概述    233 MtPdpm6\  
9.1.2  光学系统数学建模    234 AU)\ lyB  
9.1.3  Zemax中评价函数的定义    236 :oW 16m1`  
9.1.4  Zemax操作符的定义    237 1>\V>g
9  
9.1.5  默认评价函数    238 S2|pn\0V  
9.2  Zemax公差分析简介    239 @>$qb|j  
9.3  若干光学系统设计实例    242 :%AEwRZ  
9.3.1  优化设计双透镜光纤对接耦合系统    243 >#&25,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 J9tV|
0  
9.3.3  基于偏振元件的光环形器设计    264 'lpCwH  
9.3.4  库克三片式成像镜头设计    272 i
uXXFuh  
9.3.5  苹果手机镜头剖析    279 .Ow8C  
思考与练习题    292 ](n)bF+ym  
参考文献    294 9S9j  
2{BS `f  
TYR \K  
98 NFJ  
作者:施跃春,陈家璧 编 ]G8"\J4 &  
*PFQ  
定  价:56 AZik:C"Q  
fD\Fq'29{  
出 版 社:电子工业出版社 `S4*~Xx  
u.n'dF-  
出版日期:2022年03月01日 C .B=E"e  
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页  数:308 60ciI,_`  
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装  帧:平装 {"$[MYi:  
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ISBN:9787121430510 SvkCx>6/G  
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