具体描述
《应用光学例题与习题集》是《应用光学》和《工程光学》的辅助教材之一，可与张以谟教授主编的《应用光学》配套使用。全书共分四个部分：第1～7章为几何光学；第8-13章为像差理论；第14、15章为典型光学系统；第16-20章为光学设计。《应用光学例题与习题集》每章前有重点内容及主要公式提要，书后附有部分思考题提示和习题答案。全书共编入217个例题，159个思考题和326个习题。《应用光学例题与习题集》可供光电信息科学与工程专业及其他相关专业的师生和考研生使用，也可供从事光电工作的科技人员参考。
光的奇妙之旅：从微观世界到宏观应用 自古以来，人类对光的探索从未停止。它既是宇宙中最神秘的使者，也是我们认识世界、改造世界最强大的工具。本书并非一本枯燥的理论手册，而是带领读者踏上一段充满惊喜的光学之旅。我们将从最基础的光学原理出发，逐步深入到那些令人叹为观止的实际应用，揭示光如何在科学、技术乃至我们日常生活中的方方面面发挥着不可或缺的作用。 第一篇：光之初探——几何光学与波动光学的基础 旅程的起点，我们将聚焦于构成光学世界两大基石的几何光学与波动光学。 在几何光学的范畴内，我们将深入理解光沿直线传播的原理，并以此为基础，探究反射和折射现象。无论是简单的小孔成像，还是复杂的透镜成像，我们都将一一剖析其原理，揭示光线如何在镜面和介质界面发生变化。你将了解到，日常生活中随处可见的镜子、放大镜、望远镜，其背后都蕴含着精妙的几何光学计算。我们不仅会学习成像公式，更会探讨像差问题，理解为何理想透镜并非完美，以及如何通过巧妙的设计来克服这些限制。从彩虹的形成到潜望镜的设计，几何光学将为你打开一扇认识世界的新视角。 紧接着，我们将进入更为深邃的波动光学领域。这里，光不再是单纯的射线，而是以波的形式存在，展现出其更加丰富多彩的特性。我们将详细阐述光的干涉现象，例如肥皂泡表面五彩斑斓的光泽，或是CD光盘上衍射出的光谱，都将不再是神秘莫测的幻象，而是可以通过光的干涉来解释的物理规律。我们还将深入探讨光的衍射，理解光波在遇到障碍物或通过狭缝时产生的绕射现象，这将帮助我们理解显微镜的分辨能力极限，以及全息摄影的神奇原理。同时，光的偏振也将是我们探索的重要课题。你将了解到偏振片如何消除眩光，以及它在液晶显示技术中的关键作用。通过对波动光学的学习，我们将深刻体会到光的波粒二象性，并为理解更前沿的光学现象打下坚实的基础。 第二篇：光影魔术——成像与视觉的奥秘 光与我们自身的联系最为紧密的，莫过于成像和视觉。本篇将带领大家探索人眼这一自然界中最神奇的光学仪器，以及人类如何利用光学原理来模拟、增强甚至超越人眼的视觉能力。 我们将从人眼的成像机制开始。人眼如何像一个精密的相机一样捕捉光线？晶状体的聚焦过程，视网膜的光电转换，大脑的信号处理，我们将一一解析。你将了解近视、远视、散光等常见的视力问题是如何产生的，以及眼镜和隐形眼镜是如何通过折射和聚焦来矫正视力的。 随后，我们将深入研究各种成像设备。从最古老的照相机原理，到现代数码相机的高级成像技术，你将了解到镜头的设计、感光元件的工作原理，以及图像处理算法如何将原始光信号转化为我们所见的精美照片。显微镜作为人类探索微观世界的眼睛，其成像原理将是本篇的重点之一。我们将探讨光学显微镜、电子显微镜等不同类型显微镜的成像方式，以及它们如何帮助我们揭示细胞、病毒乃至原子级别的微观结构。望远镜则将带领我们“望向”遥远的宇宙，理解其聚焦远方星体的原理，以及各种类型望远镜（如折射望远镜、反射望远镜）的特点和优势。 此外，我们还将探讨全息技术。这项神奇的技术能够记录和再现物体的三维信息，让你仿佛置身于真实的物体面前。你将了解全息图像是如何通过光的干涉和衍射原理形成的，以及全息技术在数据存储、防伪技术以及艺术创作等领域的广阔前景。 第三篇：光的应用前沿——科技革新与生活便利 光，早已不仅仅是科学家的研究对象，更是驱动现代科技发展的核心动力。本篇将聚焦于光在各个领域的广泛应用，展示光学技术如何深刻地改变着我们的生活。 激光技术无疑是光应用中最耀眼的明星之一。我们将深入了解激光的产生原理，以及其独特的单色性、方向性和高相干性为何使其在诸多领域大放异彩。从医疗领域的激光手术，如激光近视矫正、激光治疗眼疾，到工业领域的激光切割、焊接，再到通信领域的光纤通信，你将看到激光如何以其精准、高效的特性，在各行各业掀起技术革命。我们还将探讨激光在科学研究中的应用，例如激光光谱学，它如何帮助我们分析物质的成分；以及激光雷达（LiDAR），它如何在自动驾驶、测绘等领域发挥关键作用。 光通信是信息时代不可或缺的基石。我们将探讨光如何在光纤中以极高的速度和容量传输信息，以及光通信系统是如何构建的。你将理解光信号的编码、传输和解码过程，认识到正是光通信技术，才使得我们能够享受到互联网的便捷，进行全球范围内的实时交流。 光学传感技术同样是本篇的重要组成部分。我们将介绍各种利用光来检测和测量物理量的传感器，例如光学温度传感器、压力传感器、气体传感器等。这些传感器以其高精度、非接触式测量等优点，广泛应用于环境监测、工业自动化、医疗诊断等领域。例如，光谱分析技术，通过分析光的吸收、发射光谱来识别物质成分，在食品安全、药物检测、天文学研究中都发挥着至关重要的作用。 此外，我们还将涉足光电子学的领域。这将带领我们认识光与电的相互作用，例如发光二极管（LED），它如何以高效节能的方式照亮我们的世界，以及光伏电池（太阳能电池），它如何将光能转化为电能，为可持续发展贡献力量。图像传感器，如CCD和CMOS，它们如何将光信号转化为电信号，是现代所有数字成像设备的核心。 第四篇：未来的光——探索与展望 在旅程的最后，我们将目光投向光学的未来。随着科技的不断发展，光学领域正孕育着无数激动人心的可能性。 量子光学将是我们探索的重点。我们将尝试理解光子的量子特性，以及由此衍生的量子通信和量子计算。量子通信以其绝对的安全性和高效性，有望彻底改变信息安全的面貌。而量子计算则有望解决当今超级计算机也无法解决的复杂问题，为科学研究和技术创新带来颠覆性的变革。 超材料光学是近年来备受瞩目的前沿领域。超材料是指人工设计和制造的具有奇异光学性质的材料，例如负折射材料。我们将探讨超材料如何能够实现“隐身衣”的设想，以及其在超透镜、光学计算等方面的巨大潜力。 生物光学则将目光聚焦于光在生命科学中的作用。我们将探讨荧光标记技术如何帮助我们追踪细胞内的生物过程，光动力疗法如何利用光来治疗癌症，以及生物成像技术如何帮助我们更深入地理解生命体的奥秘。 本书旨在激发读者对光学世界的好奇心，通过生动有趣的讲解和清晰的逻辑，让读者理解光学原理的精妙之处，并认识到光学技术在现代社会中的重要地位。无论你是光学专业的学生，还是对科学技术充满兴趣的探索者，本书都将是你光学之旅的理想伴侣，带你领略光影的无穷魅力，点亮你对科学的无限热爱。
作者简介
目录信息
前言
第1部分 几何光学
第1章 几何光学的基本定律和成像概念
1.1 基本定律
1.2 矢量形式的折射定律和反射定律
1.3 光的全反射与临界角
第2章 球面和共轴球面系统
2.1 正负号的规定
2.2 光线经球面折射时的光路计算公式
2.3 近轴光及其光路计算公式
2.4 单个折射球面成像的放大率，拉赫不变量
2.5 共轴球面系统
2.6 球面反射镜
第3章 理想光学系统
3.1 光学系统的基点和基面
3.2 理想光学系统的物像关系
3.3 理想光学系统二焦距之间关系
3.4 理想光学系统的拉赫公式
3.5 理想光学系统的放大率及其相互关系
3.6 光学系统的光焦度、屈光度和光束的会聚度
3.7 光学系统的组合
3.8 透镜
3.9 近轴光学中矩阵方法
第4章 平面镜和平面系统
4.1 平面反射镜的成像特征
4.2 双平面镜(角镜)成像特征
4.3 玻璃平板(平行平板)
4.4 反射棱镜
4.5 折射棱镜和光楔
第5章 光学系统中的光阑
5.1 光学系统中的光阑及其作用
5.2 确定孔径光阑和视场光阑的方法
5.3 渐晕
5.4 景深
5.5 远心光路
5.6 消杂光光阑
第6章 光能及其计算
6.1 光度学的基本概念与物理量
6.2 光通量和光亮度在光学系统中的传递像面光照度
6.3 光学系统中光能损失的计算
第7章 颜色
7.1 颜色的特征
7.2 颜色的分类
7.3 颜色的匹配
7.4 三原色
7.5 颜色方程
第2部分像差理论
第8章 光线的光路计算及像差概述
8.1 子午平面内光线的光路计算
8.2 轴外点细光束的光路计算
8.3 空间光线的光路计算
8.4 单色像差
8.5 色差
第9章 球差、正弦差
9.1 光学系统的球差分布公式
9.2 单个折射球面的实际球差分布及不晕点
9.3 初级球差
9.4 带球差和高级球差
9.5 E弦条件
9.6 等晕条件与正弦差
9.7 薄透镜的初级球差及初级正弦差
第10章 轴外像差
10.1 单个折射球面的初级像差普遍表示式
10.2 用像差普遍式分析各种初级像差
10.3 单个折射球面，单个平行平板及反射球面的初级几何像差系数
10.4 初级像差及实际像差计算
10.5 像差级数展开式
第11章 色差
11.1 介质的光学特性
11.2 消像差谱线的选择
11.3 初级色差分布系数及初级色差
11.4 由消色差决定光学系统中各透镜的光焦度分配
11.5 薄透镜系统的初级倍率色差
11.6 色差级数展开式
117二级光谱
11.8 F行平板的色差
第12章 像差综述及计算结果处理
12.1 光学系统的像差特性曲线
12.2 像差曲线综合分析
第13章 波像差
13.1 轴上物点球差与波像差的关系
13.2 轴外点的波像差与垂轴像差的关系
13.3 波像差的一般表达式
13.4 参考点移动产生的波像差和焦深
13.5 色差的波像差表示
13.6 初级波色差的一般表示式
13.7 光学系统的像差容限
第3部分典型光学系统
第14章 眼睛与目视仪器
14.1 眼睛
14.2 放大镜
14.3 显微镜
14.4 望远镜
14.5 双目立体视觉，体视测距机
第15章 摄影及投影系统
15.1 摄影系统的特性
15.2 放映与投影物镜
15.3 光电传感器
第4部分光学设计
第16章 光学系统初始结构计算方法
16.1 PIV形式初级像差系数
16.2 薄透镜系统的基本像差参量
16.3 双胶合透镜组、单透镜的P、W、C1和结构参数的关系
16.4 具有必要厚度的透镜曲率半径的确定
第17章 典型光学系统设计
17.1 光学系统设计的一般过程和步骤
17.2 变焦距光学系统概述
17.3 照明系统光学设计
第18章 非球面及其在光学系统中的应用
18.1 曲面方程一
18.2 非球面子午和弧矢曲率半径
18.3 非球面空间光线光路计算
18.4 柱面空间光线光路计算-
18.5 非球面的初级像差概述
18.6 二次圆锥曲面-
18.7 施密特校正板的设计
18.8 菲涅尔透镜的设计
18.9 偏轴偏心非球面系统光路计算
第19章 像质评价
19.1 光学系统设计质量评价方法
19.2 OTF计算实例
19.3 利用光学传递函数评价像质的优点
第20章 像差自动平衡
20.1 评价函数及其构成
20.2 阻尼最小二乘法
20.3 使用像差自动平衡程序时应注意的几个问题
20.4 目前概况
思考题提示
习题答案
参考文献
· · · · · · (收起)
第1部分 几何光学
第1章 几何光学的基本定律和成像概念
1.1 基本定律
1.2 矢量形式的折射定律和反射定律
1.3 光的全反射与临界角
第2章 球面和共轴球面系统
2.1 正负号的规定
2.2 光线经球面折射时的光路计算公式
2.3 近轴光及其光路计算公式
2.4 单个折射球面成像的放大率，拉赫不变量
2.5 共轴球面系统
2.6 球面反射镜
第3章 理想光学系统
3.1 光学系统的基点和基面
3.2 理想光学系统的物像关系
3.3 理想光学系统二焦距之间关系
3.4 理想光学系统的拉赫公式
3.5 理想光学系统的放大率及其相互关系
3.6 光学系统的光焦度、屈光度和光束的会聚度
3.7 光学系统的组合
3.8 透镜
3.9 近轴光学中矩阵方法
第4章 平面镜和平面系统
4.1 平面反射镜的成像特征
4.2 双平面镜(角镜)成像特征
4.3 玻璃平板(平行平板)
4.4 反射棱镜
4.5 折射棱镜和光楔
第5章 光学系统中的光阑
5.1 光学系统中的光阑及其作用
5.2 确定孔径光阑和视场光阑的方法
5.3 渐晕
5.4 景深
5.5 远心光路
5.6 消杂光光阑
第6章 光能及其计算
6.1 光度学的基本概念与物理量
6.2 光通量和光亮度在光学系统中的传递像面光照度
6.3 光学系统中光能损失的计算
第7章 颜色
7.1 颜色的特征
7.2 颜色的分类
7.3 颜色的匹配
7.4 三原色
7.5 颜色方程
第2部分像差理论
第8章 光线的光路计算及像差概述
8.1 子午平面内光线的光路计算
8.2 轴外点细光束的光路计算
8.3 空间光线的光路计算
8.4 单色像差
8.5 色差
第9章 球差、正弦差
9.1 光学系统的球差分布公式
9.2 单个折射球面的实际球差分布及不晕点
9.3 初级球差
9.4 带球差和高级球差
9.5 E弦条件
9.6 等晕条件与正弦差
9.7 薄透镜的初级球差及初级正弦差
第10章 轴外像差
10.1 单个折射球面的初级像差普遍表示式
10.2 用像差普遍式分析各种初级像差
10.3 单个折射球面，单个平行平板及反射球面的初级几何像差系数
10.4 初级像差及实际像差计算
10.5 像差级数展开式
第11章 色差
11.1 介质的光学特性
11.2 消像差谱线的选择
11.3 初级色差分布系数及初级色差
11.4 由消色差决定光学系统中各透镜的光焦度分配
11.5 薄透镜系统的初级倍率色差
11.6 色差级数展开式
117二级光谱
11.8 F行平板的色差
第12章 像差综述及计算结果处理
12.1 光学系统的像差特性曲线
12.2 像差曲线综合分析
第13章 波像差
13.1 轴上物点球差与波像差的关系
13.2 轴外点的波像差与垂轴像差的关系
13.3 波像差的一般表达式
13.4 参考点移动产生的波像差和焦深
13.5 色差的波像差表示
13.6 初级波色差的一般表示式
13.7 光学系统的像差容限
第3部分典型光学系统
第14章 眼睛与目视仪器
14.1 眼睛
14.2 放大镜
14.3 显微镜
14.4 望远镜
14.5 双目立体视觉，体视测距机
第15章 摄影及投影系统
15.1 摄影系统的特性
15.2 放映与投影物镜
15.3 光电传感器
第4部分光学设计
第16章 光学系统初始结构计算方法
16.1 PIV形式初级像差系数
16.2 薄透镜系统的基本像差参量
16.3 双胶合透镜组、单透镜的P、W、C1和结构参数的关系
16.4 具有必要厚度的透镜曲率半径的确定
第17章 典型光学系统设计
17.1 光学系统设计的一般过程和步骤
17.2 变焦距光学系统概述
17.3 照明系统光学设计
第18章 非球面及其在光学系统中的应用
18.1 曲面方程一
18.2 非球面子午和弧矢曲率半径
18.3 非球面空间光线光路计算
18.4 柱面空间光线光路计算-
18.5 非球面的初级像差概述
18.6 二次圆锥曲面-
18.7 施密特校正板的设计
18.8 菲涅尔透镜的设计
18.9 偏轴偏心非球面系统光路计算
第19章 像质评价
19.1 光学系统设计质量评价方法
19.2 OTF计算实例
19.3 利用光学传递函数评价像质的优点
第20章 像差自动平衡
20.1 评价函数及其构成
20.2 阻尼最小二乘法
20.3 使用像差自动平衡程序时应注意的几个问题
20.4 目前概况
思考题提示
习题答案
参考文献
· · · · · · (收起)
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