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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。 @O"7@%nu L0w6K0J4 [attachment=103750] i{$-[*WHiV B=A!hXNa
[?K>s>it w=KfkdAJ*/ 目 录 Snr(<u 第1章 现代应用光学基础理论概述 1 6Bq_<3P_ 1.1 概述 1 i(~DhXz*T 1.1.1 本书的背景 1 ?G `m;S 1.1.2 本书的内容安排 1 t/|0"\ p 1.2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2 9'MGv*Ho 1.2.1 光学材料的光学参量 2 h@RpS8!Bi 1.2.2 热系数及温度变化效应的消除 4 E/cV59 1.2.3 其他玻璃数据 4 bjVk9XvH6 1.3 新型光学材料 5 I\*6
> 1.3.1 新型光学材料概述 5 ^ZMbJe%L 1.3.2 光学材料发展概况 6 v_KO xV:<` 1.4 液晶材料及液晶显示器 12 (xgw';g 1.4.1 液晶材料及其分类 12 E{
/,
b) 1.4.2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16 !Yof%%m$; 1.4.3 STN-LCD技术 27 ,Zmjw@w 1.4.4 液晶光阀技术 32 '$FF/|{ 1.4.5 硅上液晶(LCoS)反射式显示器 36 x2v0cR"KL 1.4.6 光计算用SLM 38 /3s&??{tv 1.5 电光源和光电探测器 38 B*tYp 1.5.1 电光源 38 |r~ u7U\ 1.5.2 激光器 41 cWW?@_ 1.5.3 光电导探测器 48 @c^ Dl 1.5.4 光伏探测器 49 I>?oVY6M@u 1.5.5 位敏探测器 53 fkI 5~Y| 1.5.6 阵列型光电探测器 56 >/ay'EyY;> 1.6 波像差像质评价基础知识 59 *RkUF!)( 1.6.1 光学系统像差的坐标及符号规则 59 Pd7\Q]of 1.6.2 无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式 60 !hVbx#bXl 参考文献 63 [IAUJ09>I 第2章 光学非球面的应用 67 3(e_2v 2.1 概述 67 A8f.h5~9 2.2 非球面曲面方程 67 (MLcA\LJ 2.2.1 旋转对称的非球面方程 67 }y6)d. 2.2.2 圆锥曲线的意义 68 y#Dh)~|k 2.2.3 其他常见非球面方程 70 "t^v;?4 2.2.4 非球面的法线和曲率 71 t7by OMC 2.3 非球面的初级像差 71 WEwa<%Ss 2.3.1 波像差及其与垂轴像差的关系 71 tWn
dAM(U7 2.3.2 非球面的初级像差 73 T'p L&@,Q 2.3.3 折射锥面轴上物点波像差 75 Zv!`R($ 2.3.4 折射锥面轴外物点波像差 76 ROFZ*@CH< 2.4 微振(perturbed)光学系统的初级像差计算 77 :)1"yo\ 2.4.1 偏心(decentered)光学面 78 &nIu^,. 2.4.2 光学面的倾斜 80 SfS3}Tn[ 2.4.3 间隔失调(despace)面 81 ]5'$EAsuW 2.5 两镜系统的理论基础 82 ~N!HxQ 2.5.1 两镜系统的基本结构形式 82 Au,oX2$ 2.5.2 单色像差的表示式 82 CH6 m 2.5.3 消像差条件式 84 -,bnj^L 2.5.4 常用的两镜系统 85 7^><Vh"qV 2.6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86 l.@1]4. 2.6.1 消球差的等光程折射非球面 86 +vkmS 2.6.2 经典卡塞格林系统 87 X+!+&RAN* 2.6.3 格里高里系统 88 Z:9 Q~}x8 2.6.4 只消球差的其他特种情况 88 e|Ri 2.6.5 R-C(Ritchey-Chrétien)系统及马克苏托夫系统 89 T^ktfgXq 2.6.6 等晕系统的特殊情况 90 [v~,|N>w 2.6.7 库特(Cuder)系统及同心系统 91 Uxjc&o 2.6.8 史瓦希尔德(Schwarzschield)系统 92 f\_RW;y|m 2.6.9 一个消四种初级像差 的系统 93 N,TV?Q5l7 2.6.10 无焦系统 93 !JA;0[;l= 2.7 两镜系统的具体设计过程 93 Gd!-fqNa'x 2.7.1 R-C系统的设计 93 9rEBq& 2.7.2 格里高里系统与卡塞格林系统 94 ~
*&\5rPb 2.8 施密特光学系统设计 95 _)45G"M 2.8.1 施密特光学系统的初级像差 95 sqKx?r72 2.8.2 施密特校正器的精确计算法 98 L('1NN2 2.9 三反射镜系统设计示例 99 wsmgkg 2.9.1 设计原则 99 os5$( 2.9.2 设计过程分析 100 T >8P1p@A, 2.9.3 设计示例 101 e(7#>O%1 参考文献 103 brA#p>4]Wf 第3章 衍射光学元件 105 [1rQ'FBB^1 3.1 概述 105 ,)`_?^\$f 3.1.1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106 k ]NZ%. 3.1.2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108 =\6)B{#T 3.1.3 菲涅耳圆屏衍射 109 nkHl;;WJ 3.2 波带片 110 h
/ 3.2.1 菲涅耳波带片 110 aEN` ` 3.2.2 相位型菲涅耳波带片 112 2Wzx1_D"a 3.2.3 条形或方形波带片 113 pX%:XpC!h 3.3 衍射光学器件衍射效率 113 gBqDx|G 3.3.1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113 h:fiUCw 3.3.2 台阶状(二元光学)相位光栅的衍射效率及其计算 114 _*~F1% d 3.4 通过衍射面的光线光路计算 115 aMI;;iL^ 3.5 衍射光学系统初级像差 118 ox&5}&\ 3.5.1 衍射光学透镜的单色初级像差特性 118 R&cTMd 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 )M0`dy{1 3.5.3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122 PIH\*2\/ 3.6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123 +0Q 3.6.1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123 \dHqCQ 3.6.2 用DOL实现消色差 124 =7V4{|ESfy 3.6.3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125 kgo#JY-4 3.7 衍射透镜的热变形特性 127 J2qsZ 3.7.1 光热膨胀系数 127 ob>)F^.iS 3.7.2 消热变形光学系统的设计 129 `Moo WG 3.7.3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130 b^HDN(v 3.8 衍射面的相位分布函数 132 @V:K]M 5 3.8.1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132 CtY-Gs 3.8.2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133 o^epXIrIPi 3.9 多层衍射光学元件(multi-layer diffractive optical elements) 133 ^t'mW;C$4 3.9.1 多层衍射光学元件的理论分析 134 CFFb>d 3.9.2 多层衍射光学元件的结构 134 :[<Y#EX. 3.9.3 多层衍射光学元件材料的选择 134 qy|bOl 3.9.4 多层衍射光学元件的衍射效率 135 G`l\R:Q 3.9.5 多层衍射光学元件在成像光学系统中的应用举例 136 1"y!wsM% 3.10 谐衍射透镜(HDL)及其成像特点 137 Rs=Fcvl 3.10.1 谐衍射透镜 137 XH%pV 3.10.2 谐衍射透镜的特点 137 eV"%(<{ 3.10.3 单片谐衍射透镜成像 138 ?J2{6,}O*. 3.10.4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139 GQt5GOt 3.11 衍射光学轴锥镜(简称衍射轴锥镜) 143 ]y{tMC 3.11.1 衍射轴锥镜 143 6SCjlaGW5 3.11.2 设计原理和方法 144 -f |/#1 参考文献 150 k1,k 9BK 第4章 非对称光学系统像差理论 153 jgE{JK\n4 4.1 波像差与Zernike多项式概述 153 2mEqfy 4.1.1 波前像差理论概述 153 I<QUvs%e 4.1.2 角向、横向和纵向像差 154 ]KuM's 4.1.3 Seidel像差的波前像差表示 155 w"0$cL3 4.1.4 泽尼克(Zernike)多项式 162 XKGiw 2
C 4.1.5 条纹(fringe)Zernike系数 164 eP2Q2C8g 4.1.6 波前像差的综合评价指标 165 LGL;3EI 4.1.7 色差 167 P"NI> HM 4.1.8 典型光学元件的像差特性 167 %R$)bGT 4.2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174 ()6%1zCO 4.2.1 重要概念简介 174 |&@q$d 4.2.2 倾斜非球面光学面处理 176 ^X&`YXjuN 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 b=Nsz$[ 4.2.4 OAR的参数化 179 CRo'r/G 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 ).kU7;0 4.2.6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182 n@`3O'S 4.2.7 失调光学系统的波像差表示式 183 U)kyq 4.2.8 举例:LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185 d_
=K (}eR 4.3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187 TzC(YWt 4.3.1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187 .45wwouZkc 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 2- L-=0 4.3.3 节点像差场 191 |6d:k~p 4.3.4 波前误差以及光线的横向像差 194 W^elzN(
4.3.5 非对称光学系统中的三级畸变 195 W\[E 4.4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差:球差 197 OyDoktz$) 4.4.1 非旋转对称光学系统像差概述 197 aKMX-?%t4 4.4.2 非旋转对称光学系统的五级像差 198 NATi)A"TZ 4.4.3 五级像差的特征节点行为:球差族包括的各项 199 _A]jiPq 参考文献 203 :G#%+, 第5章 光学自由曲面的应用 205 !}c D e12 5.1 光学自由曲面概述 205 X:Y1g)|K 5.2 参数曲线和曲面 206 %;4#?.W8 5.2.1 曲线和曲面的参数表示 206 26~rEOgJ 5.2.2 参数曲线的代数和几何形式 210 q"Bd-?9 5.3 Bézier曲线与曲面 212 UP-2{zb |? 5.3.1 Bézier曲线的数学描述和性质 212 >
X
AB# 5.3.2 Bézier曲面 215 hak#Iz0[C 5.4 B样条(B-spline)曲线与曲面 217 |g7)A?2J~ 5.4.1 B样条曲线的数学描述和性质 217 Tyb_'|?rW 5.4.2 B样条曲线的性质 219 Yaq0mef0 5.4.3 B样条曲面的表示 220 gs2qLb 5.5 双三次均匀B样条曲面 221 <=uO*s>% 5.5.1 B 样条曲面 221 2;]tIt d1 5.5.2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223 Q\X_JZ 5.6 非均匀有理B样条(NURBS)曲线与曲面 224 [
2@Lc3< 5.6.1 NURBS曲线与曲面 224 bY`Chb. 5.6.2 NURBS曲线的定义 224 ;\"Nekd| 5.6.3 NURBS表示 226 fx 0 8>r
5.6.4 非均匀有理B样条曲面 228 \yymp70w 5.7 Coons曲面 229 BCExhp 5.7.1 基本概念 229 Ge$& | |