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2020-10-11 16:22 |
现代应用光学(张以谟)
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。 6;5}%
B:#h \kC/)d [attachment=103750] %Ix^Xb0 1gCp/m2r7 Fvi<5v 9>[$;> 目 录 3osAWSCEL 第1章 现代应用光学基础理论概述 1 C2DNyMu 1.1 概述 1 MPNBA1s 1.1.1 本书的背景 1 &hqGGfVsd 1.1.2 本书的内容安排 1 hM+nA::w 1.2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2 |)GE7y0Q 1.2.1 光学材料的光学参量 2 <R_3;5J% 1.2.2 热系数及温度变化效应的消除 4 ><^A4s 1.2.3 其他玻璃数据 4 HLTz|P0JZ 1.3 新型光学材料 5 5?6ATP:[ 1.3.1 新型光学材料概述 5 /:C"n|P7Z 1.3.2 光学材料发展概况 6 &bA;>Lu#|o 1.4 液晶材料及液晶显示器 12 YwHnDVV+ 1.4.1 液晶材料及其分类 12 MqXA8D 1.4.2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16 "f5u2=7 } 1.4.3 STN-LCD技术 27 CDR^xo5
dP 1.4.4 液晶光阀技术 32 DF9Br
D0{ 1.4.5 硅上液晶(LCoS)反射式显示器 36 !"p,9 1.4.6 光计算用SLM 38 X @r5^A[9 1.5 电光源和光电探测器 38 l
^$$d8 1.5.1 电光源 38 F~<$E*&h@ 1.5.2 激光器 41 ,!bOzth2>K 1.5.3 光电导探测器 48 ?Yz.tg 1.5.4 光伏探测器 49 -XD\,y%zi 1.5.5 位敏探测器 53 G}] ZZ 1.5.6 阵列型光电探测器 56 W6~<7 1.6 波像差像质评价基础知识 59 4}#*M2wb 1.6.1 光学系统像差的坐标及符号规则 59 M!mTNIj8~ 1.6.2 无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式 60 0H;dA1 参考文献 63 1AA(qE 第2章 光学非球面的应用 67 'p Z~3q 2.1 概述 67 ?Cmb3pX^\ 2.2 非球面曲面方程 67 F'|,(P 2.2.1 旋转对称的非球面方程 67 l.b 2.2.2 圆锥曲线的意义 68 QAcvv 0Hv 2.2.3 其他常见非球面方程 70 /`2VJw 2.2.4 非球面的法线和曲率 71 := *>:*.Kb 2.3 非球面的初级像差 71 vT3LhN+1 2.3.1 波像差及其与垂轴像差的关系 71 ~5]AXi'e~ 2.3.2 非球面的初级像差 73 b@5&<V;r2 2.3.3 折射锥面轴上物点波像差 75 I>G)wRpfR' 2.3.4 折射锥面轴外物点波像差 76 p72+:I 2.4 微振(perturbed)光学系统的初级像差计算 77 QT^(
oog= 2.4.1 偏心(decentered)光学面 78 <1_?.gSi 2.4.2 光学面的倾斜 80 -7;RPHJs 2.4.3 间隔失调(despace)面 81 ("mW=Ln 2.5 两镜系统的理论基础 82 uCmdNY 2.5.1 两镜系统的基本结构形式 82 OM2|c}]ZQ 2.5.2 单色像差的表示式 82 c3oI\lU
2.5.3 消像差条件式 84 UDuKG\_J<y 2.5.4 常用的两镜系统 85 h_y<A@[P} 2.6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86 x{Gih1 2.6.1 消球差的等光程折射非球面 86 zCPjuS/~
Q 2.6.2 经典卡塞格林系统 87 C:gE
2.6.3 格里高里系统 88 Wpj.G 2.6.4 只消球差的其他特种情况 88 KGK8;Q,O 2.6.5 R-C(Ritchey-Chrétien)系统及马克苏托夫系统 89 +$8hTi, 2.6.6 等晕系统的特殊情况 90 d5sGt# 2.6.7 库特(Cuder)系统及同心系统 91 c.jnPVf: 2.6.8 史瓦希尔德(Schwarzschield)系统 92 T /[)U
2.6.9 一个消四种初级像差 的系统 93 "fz-h 2.6.10 无焦系统 93 >o'D/'>ku 2.7 两镜系统的具体设计过程 93 vP&*(WfO) 2.7.1 R-C系统的设计 93 f\/};a 2.7.2 格里高里系统与卡塞格林系统 94 ilFM+x@ 2.8 施密特光学系统设计 95 {"4t`dM 2.8.1 施密特光学系统的初级像差 95 z XVQLz5 2.8.2 施密特校正器的精确计算法 98 I|iI
,l/9 2.9 三反射镜系统设计示例 99 :gQc@)jZ(* 2.9.1 设计原则 99 +wT,dUin_< 2.9.2 设计过程分析 100 NW!e@;E+i 2.9.3 设计示例 101 P\SD_8 参考文献 103 tDIzn`$z 第3章 衍射光学元件 105 z[OW%(vrm 3.1 概述 105 MQ,$'Y5~H 3.1.1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106 B[b'OtH 3.1.2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108 (
B50~it 3.1.3 菲涅耳圆屏衍射 109 @,zBZNX
y 3.2 波带片 110 j-yD;N 3.2.1 菲涅耳波带片 110 a$9UUH-| 3.2.2 相位型菲涅耳波带片 112 ,9W 0fm\t 3.2.3 条形或方形波带片 113 <-FZ-asem 3.3 衍射光学器件衍射效率 113 Eb{TKz? 3.3.1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113 R<JI 3.3.2 台阶状(二元光学)相位光栅的衍射效率及其计算 114 aY3kww` 3.4 通过衍射面的光线光路计算 115 ~{+J~5!;<H 3.5 衍射光学系统初级像差 118 73N%_8DH 3.5.1 衍射光学透镜的单色初级像差特性 118 7d'@Z2%J0 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 |k?,4
Pk 3.5.3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122 ?\^u},HnE| 3.6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123 S0p]:r";x 3.6.1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123 QKHm OVh] 3.6.2 用DOL实现消色差 124 Y]P
$|JW): 3.6.3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125 17};I7 3.7 衍射透镜的热变形特性 127 a#G7pZX/I} 3.7.1 光热膨胀系数 127 +{Q\B}3cj1 3.7.2 消热变形光学系统的设计 129 'OF)`5sj 3.7.3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130 _$Z46wHmB 3.8 衍射面的相位分布函数 132 [nG/>Z]W 3.8.1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132 2.; OHQTE 3.8.2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133 c}rRNS$F 3.9 多层衍射光学元件(multi-layer diffractive optical elements) 133 a&Z|3+ZA 3.9.1 多层衍射光学元件的理论分析 134 +86\&y) 3.9.2 多层衍射光学元件的结构 134 QuF%m^aE 3.9.3 多层衍射光学元件材料的选择 134 #Oe=G:+A 3.9.4 多层衍射光学元件的衍射效率 135 U/jJ@8 3.9.5 多层衍射光学元件在成像光学系统中的应用举例 136 Y z%= 3.10 谐衍射透镜(HDL)及其成像特点 137 ]YOQIzkL4} 3.10.1 谐衍射透镜 137 :_^9.` 3.10.2 谐衍射透镜的特点 137 >1joCG~ 3.10.3 单片谐衍射透镜成像 138 9rA3qj% 3.10.4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139 q$EVd9aN 3.11 衍射光学轴锥镜(简称衍射轴锥镜) 143 eZg31. 3.11.1 衍射轴锥镜 143 %f:'A%'Qb 3.11.2 设计原理和方法 144 hpAIIgn 参考文献 150 -,XS2[ 第4章 非对称光学系统像差理论 153 * z{D}L-& 4.1 波像差与Zernike多项式概述 153 gb@!Co3 4.1.1 波前像差理论概述 153 )FU4i N)ei 4.1.2 角向、横向和纵向像差 154 S!.xmc\ 4.1.3 Seidel像差的波前像差表示 155 bF B;N+> 4.1.4 泽尼克(Zernike)多项式 162 o8Bo%OjE 4.1.5 条纹(fringe)Zernike系数 164 b*p,s9k7 4.1.6 波前像差的综合评价指标 165 z{ymVd0# 4.1.7 色差 167 ;q$<]X_S)} 4.1.8 典型光学元件的像差特性 167 ]FFU,me2 4.2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174 Odbjl[>k 4.2.1 重要概念简介 174 ^g~-$ t<! 4.2.2 倾斜非球面光学面处理 176 1noFXzeU3 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 {]Lc]4J 4.2.4 OAR的参数化 179 ?*4]LuK6 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 T-<^mX[} 4.2.6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182 %|-Rh^H[JK 4.2.7 失调光学系统的波像差表示式 183 - MBK/ 4.2.8 举例:LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185
ym${4 4.3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187 yK}#|b'cM 4.3.1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187 +mF}j=k 4.3.2 带有近圆光瞳的非旋转对称光学系统中的三级像差 187 *[vf47)r! 4.3.3 节点像差场 191 />f`X+d 4.3.4 波前误差以及光线的横向像差 194 5dL-v&W 4.3.5 非对称光学系统中的三级畸变 195 v`v+M4upC 4.4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差:球差 197 4|XE
f, 4.4.1 非旋转对称光学系统像差概述 197 |
sQ5`lV? 4.4.2 非旋转对称光学系统的五级像差 198 _$fxo D9 4.4.3 五级像差的特征节点行为:球差族包括的各项 199 x80~j(uVf 参考文献 203 FPcgQ
v;p 第5章 光学自由曲面的应用 205 I7[+:?2 5.1 光学自由曲面概述 205 Mq*Sp
UR 5.2 参数曲线和曲面 206 @j^qT-0M 5.2.1 曲线和曲面的参数表示 206 `qfVgT=2 5.2.2 参数曲线的代数和几何形式 210 VvoJ85 5.3 Bézier曲线与曲面 212 6\E |` 5.3.1 Bézier曲线的数学描述和性质 212 wI`uAZ=" 5.3.2 Bézier曲面 215 8fDnDA.e 5.4 B样条(B-spline)曲线与曲面 217 D/{- 5.4.1 B样条曲线的数学描述和性质 217 y:v0&9L 5.4.2 B样条曲线的性质 219 "M? (Ax 5.4.3 B样条曲面的表示 220 3w^q 0/GD 5.5 双三次均匀B样条曲面 221 MJ7!f+!5
5.5.1 B 样条曲面 221 rc;| ,\ 5.5.2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223 $jw!DrE 5.6 非均匀有理B样条(NURBS)曲线与曲面 224 g8vN^nQf[ 5.6.1 NURBS曲线与曲面 224 hl# 9a? 5.6.2 NURBS曲线的定义 224 @V< | |