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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。 a3E*%G %]P@G^Bv [attachment=103750] .DV#-tUh Qbe{/
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GcY2p< @Tj
6!v 目 录 H'0J1\ h 第1章 现代应用光学基础理论概述 1 v#AO\zYKd 1.1 概述 1 #L1yL<' 1.1.1 本书的背景 1 5qODS_Eq 1.1.2 本书的内容安排 1 Zj /H3,7 1.2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2 =f{Z~`3 1.2.1 光学材料的光学参量 2 ,_X,V! 1.2.2 热系数及温度变化效应的消除 4 jy)9EU= 1.2.3 其他玻璃数据 4 -7A!2mRiz 1.3 新型光学材料 5 0I AaPz/e 1.3.1 新型光学材料概述 5
5G]#'tu 1.3.2 光学材料发展概况 6 (*^E7
[w 1.4 液晶材料及液晶显示器 12 0UAr}H.: 1.4.1 液晶材料及其分类 12 h.+,*9T\ 1.4.2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16 Pq_ApUZa 1.4.3 STN-LCD技术 27 |RbUmuj 1.4.4 液晶光阀技术 32 56~da ){gd 1.4.5 硅上液晶(LCoS)反射式显示器 36 B )3SiU 1.4.6 光计算用SLM 38 ,~68~_) 1.5 电光源和光电探测器 38 ? _h#> 1.5.1 电光源 38 a!6OE"?QQ 1.5.2 激光器 41 W3{5Do.h 1.5.3 光电导探测器 48 >Gu>T\jpe. 1.5.4 光伏探测器 49 e715)_HD 1.5.5 位敏探测器 53 [4(A458H 1.5.6 阵列型光电探测器 56 eVbh$cIrZ 1.6 波像差像质评价基础知识 59 IEKX'+t' 1.6.1 光学系统像差的坐标及符号规则 59 )~o`QM+ 1.6.2 无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式 60 [7t0[U~3? 参考文献 63 0a;FX0S& 第2章 光学非球面的应用 67 GmWQJY X\ 2.1 概述 67 ,C12SM*@ 2.2 非球面曲面方程 67 W9V=hQ2 2.2.1 旋转对称的非球面方程 67 !*QA;*e 2.2.2 圆锥曲线的意义 68 98%a)s)(a 2.2.3 其他常见非球面方程 70 AXv3jH,HF 2.2.4 非球面的法线和曲率 71 l9Cy30O6 2.3 非球面的初级像差 71 0i1?S6]d- 2.3.1 波像差及其与垂轴像差的关系 71 $F'~^2 2.3.2 非球面的初级像差 73 C@:N5},] 2.3.3 折射锥面轴上物点波像差 75 xVmUmftD 2.3.4 折射锥面轴外物点波像差 76 '2B0D|r"a 2.4 微振(perturbed)光学系统的初级像差计算 77 KgkB)1s@n 2.4.1 偏心(decentered)光学面 78 #cg@Z 2.4.2 光学面的倾斜 80 ri.|EmH2:D 2.4.3 间隔失调(despace)面 81 pmXWI`s 2.5 两镜系统的理论基础 82 ="PywZ 2.5.1 两镜系统的基本结构形式 82 gZuR4Ti 2.5.2 单色像差的表示式 82 ~d1RD 2.5.3 消像差条件式 84 g&20F`.N*> 2.5.4 常用的两镜系统 85 G}OrpPP 2.6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86 {>qrf: 2.6.1 消球差的等光程折射非球面 86 Q0cf] 2.6.2 经典卡塞格林系统 87 k/f_@8 2.6.3 格里高里系统 88 _rWXcK3cjr 2.6.4 只消球差的其他特种情况 88 wB0WR 2.6.5 R-C(Ritchey-Chrétien)系统及马克苏托夫系统 89 ToCfLJ?{ 2.6.6 等晕系统的特殊情况 90 ="*C&wB^ 2.6.7 库特(Cuder)系统及同心系统 91 e@MCumc~+ 2.6.8 史瓦希尔德(Schwarzschield)系统 92 zCN;LpbEJY 2.6.9 一个消四种初级像差 的系统 93 S6Xw+W02 2.6.10 无焦系统 93 2FtEt+A+' 2.7 两镜系统的具体设计过程 93 { l~T~3/i 2.7.1 R-C系统的设计 93 '3,JL! 2.7.2 格里高里系统与卡塞格林系统 94 }T(q "Vf~ 2.8 施密特光学系统设计 95 ).6/ii9gt 2.8.1 施密特光学系统的初级像差 95 Y+PxV*"a 2.8.2 施密特校正器的精确计算法 98 s`#j8>`M
2.9 三反射镜系统设计示例 99 WxI]Fcb< 2.9.1 设计原则 99 _J#Hq 'K 2.9.2 设计过程分析 100 Z\yLzy#8 2.9.3 设计示例 101 +Gs;3jC^ 参考文献 103 5_T>HHR6 第3章 衍射光学元件 105 HCCp<2D"C 3.1 概述 105 ojI"<Q~g 3.1.1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106 Y{B_OoTun 3.1.2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108 W5yu`Br 3.1.3 菲涅耳圆屏衍射 109 M%LwC/h:, 3.2 波带片 110 w4/)r-Z4I 3.2.1 菲涅耳波带片 110 {nWtNyJpS 3.2.2 相位型菲涅耳波带片 112 %bETr"Xom
3.2.3 条形或方形波带片 113 c8 fb)`,k 3.3 衍射光学器件衍射效率 113 Kct +QO( 3.3.1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113 v\T1,Z@N^ 3.3.2 台阶状(二元光学)相位光栅的衍射效率及其计算 114 AZP>\Dq 3.4 通过衍射面的光线光路计算 115 .}op mI 3.5 衍射光学系统初级像差 118 YS6az0ie 3.5.1 衍射光学透镜的单色初级像差特性 118 ~|jy$*m4A 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 U*l>8 3.5.3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122 U/lra&P 3.6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123 "K=)J'/n 3.6.1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123 `t"Kq+ 3.6.2 用DOL实现消色差 124 lY,1 w 3.6.3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125 iC\=U 3.7 衍射透镜的热变形特性 127 ~H."{ 3.7.1 光热膨胀系数 127 !I
P* 3.7.2 消热变形光学系统的设计 129 %5w) }|fw 3.7.3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130 )W#g@V)> 3.8 衍射面的相位分布函数 132 J@-9{< 3.8.1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132 TuR?r`P% 3.8.2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133 >sY+Y 22U 3.9 多层衍射光学元件(multi-layer diffractive optical elements) 133 X0L{#U 3.9.1 多层衍射光学元件的理论分析 134 qWK7K%-$E 3.9.2 多层衍射光学元件的结构 134 ZSf+5{2m 3.9.3 多层衍射光学元件材料的选择 134 )^xmy6k 3.9.4 多层衍射光学元件的衍射效率 135 `2+52q<FO 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 p{GDW_ 3.10 谐衍射透镜(HDL)及其成像特点 137 U}TQXYAg 3.10.1 谐衍射透镜 137 AE~}^(G` 3.10.2 谐衍射透镜的特点 137 {[iQRYD0| 3.10.3 单片谐衍射透镜成像 138 4H'&5 3.10.4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139 ;f*xOdi*k 3.11 衍射光学轴锥镜(简称衍射轴锥镜) 143 g#NUo/ 3.11.1 衍射轴锥镜 143 x/v+7Pt_ 3.11.2 设计原理和方法 144 $^GnY7$!> 参考文献 150 bsDUFXH] 第4章 非对称光学系统像差理论 153 XAkl,Y 4.1 波像差与Zernike多项式概述 153 TR7TF]itb 4.1.1 波前像差理论概述 153 VUhu"h@w% 4.1.2 角向、横向和纵向像差 154 .w"O/6." 4.1.3 Seidel像差的波前像差表示 155 J>|` 4.1.4 泽尼克(Zernike)多项式 162 6YbSzx`?k 4.1.5 条纹(fringe)Zernike系数 164 >eI(M $ 4.1.6 波前像差的综合评价指标 165 ,bg#pG!x Q 4.1.7 色差 167 ,]'!2? 4.1.8 典型光学元件的像差特性 167 #{PNdINoU 4.2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174 -hfY:W`Dz 4.2.1 重要概念简介 174 ~Y[b
QuA=) 4.2.2 倾斜非球面光学面处理 176 J>&GP#7} 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 "=O)2} 4.2.4 OAR的参数化 179 eZo%q,L 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
WR%iUO40 4.2.6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182 w=5qth7 4.2.7 失调光学系统的波像差表示式 183 wVX0!y6 4.2.8 举例:LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185 *?\Nioii 4.3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187 AG%aH=TKp 4.3.1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187 }2"k:-g 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 G3n7x?4m 4.3.3 节点像差场 191 P@ u%{ 4.3.4 波前误差以及光线的横向像差 194 ;anG
F0x 4.3.5 非对称光学系统中的三级畸变 195 /vKDlCH* 4.4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差:球差 197 }P#gXG 4.4.1 非旋转对称光学系统像差概述 197
su$juI{ 4.4.2 非旋转对称光学系统的五级像差 198 UNae&Zir 4.4.3 五级像差的特征节点行为:球差族包括的各项 199 pDT6>2t 参考文献 203 jHzb,& 第5章 光学自由曲面的应用 205 stScz#! 5.1 光学自由曲面概述 205 BGS6uV4^> 5.2 参数曲线和曲面 206 L|Iq#QX| 5.2.1 曲线和曲面的参数表示 206 I_Qnq4Sk( 5.2.2 参数曲线的代数和几何形式 210 7v_e"[s~ 5.3 Bézier曲线与曲面 212 lw{|~m5` 5.3.1 Bézier曲线的数学描述和性质 212
-fv.ByyA 5.3.2 Bézier曲面 215 z~al
h?H 5.4 B样条(B-spline)曲线与曲面 217 d29HEu 5.4.1 B样条曲线的数学描述和性质 217 N4pA3~P 5.4.2 B样条曲线的性质 219 3&
$E 5.4.3 B样条曲面的表示 220 ~gD'up@$/ 5.5 双三次均匀B样条曲面 221 AseY.0 5.5.1 B 样条曲面 221 cE[lB08 5.5.2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223 z m%\L/BF 5.6 非均匀有理B样条(NURBS)曲线与曲面 224 W\ckt]' 5.6.1 NURBS曲线与曲面 224 pY@+.V`a 5.6.2 NURBS曲线的定义 224 O1"!'Gk[!L 5.6.3 NURBS表示 226 Pa*yo:U'h 5.6.4 非均匀有理B样条曲面 228 ~Q0}>m,S 5.7 Coons曲面 229 [0Sd +{Q 5.7.1 基本概念 229 Fu$otMw%l 5.7.2 双线性Coons曲面 230 p%_TbH3j` 5.7.3 双三次Coons曲面 231 idq= US 5.8 自由曲面棱镜光学系统 232 YH9BJ 5.8.1 自由曲面棱镜概述 232 @{G(.S 5.8.2 矢量像差理论及初始结构确定方法 233 !ibp/:x 5.8.3 自由曲面棱镜设计 236 0NGokaD)H 5.8.4 用光学设计软件设计含自由曲面的光学系统 238 4{_5z7ody 参考文献 239 *MNY1+RJ 第6章 共形光学系统 241 R!=XMV3$PH 6.1 概述 241 %k~=iDk@ 6.1.1 共形光学系统的一般要求 241 _\6-] 6.1.2 共形光学系统的主要参量 244 0;9LIL5 6.1.3 共形光学系统中的像差校正 250 AMr 9rB d 6.1.4 共形光学系统实际应用须考虑的问题 252 F&Gb[Q&a8 6.2 椭球整流罩的几何特性及消像差条件在共形光学系统中的应用 253 K(?7E6\vO 6.2.1 椭球面几何特性分析 253 =J,:j[D( 6.2.2 椭球整流罩的几何特性 256 Z=xrjE 6.2.3 利用矢量像差理论分析椭球整流罩结构的像差特性 258 f"Z2& | |