工程光学(第3版)

本书系统地介绍了几何光学和波动光学的基础理论。全书共13章，第1～9章以几何光学为基础，介绍几何光学的基本定律和物像概念、共轴球面光学系统和平面系统的成像规律、高斯光学的基本理论及像差的基本概念，并介绍典型和实用光学系统及部分特殊结构光学透镜的原理和特性；第10～13章以波动光学为基础，介绍光的电磁理论，光的干涉、衍射、偏振等波动性质及应用。这两部分内容构成了经典光学的完整体系。本书精心编排了有代表性的例题和习题，侧重对关键知识的理解和应用能力的训练，便于读者掌握。本书可作为高等院校光电信息工程、测控技术与仪器、电子信息工程等相关专业的本科生和研究生的专业基础课教材，也可作为考研及有关工程技术人员的参考书。

第1章 几何光学的基本定律和物像概念 1
1.1 几何光学的基本定律 1
1.1.1 几何光学的点、线、面 1
1.1.2 几何光学的三大定律 2
1.1.3 费马原理 4
1.2 光学系统的物像概念 5
习题 7
第2章 共轴球面光学系统 8
2.1 符号规则 8
2.1.1 光路方向 8
2.1.2 线量的正负号 8
2.1.3 角度的正负号 9
2.1.4 符号规则的意义 10
2.1.5 光路图中的符号标 10
2.2 物体经单个折射球面的成像 10
2.2.1 单球面成像的光路计算 10
2.2.2 近轴区域的物像关系 13
2.2.3 近轴区域的物像放大率 15
2.3 单个反射球面的成像 17
2.4 共轴球面系统的成像 18
习题 22
第3章 理想光学系统 23
3.1 理想光学系统的基本理论 23
3.2 理想光学系统的基点与基面 24
3.2.1 无限远的轴上物点与像方焦点 24
3.2.2 无限远的轴上像点与物方焦点 25
3.2.3 主平面 25
3.2.4 光学系统的焦距 26
3.2.5 理像光学系统的节点 27
3.2.3 理像光学系统的物像关系 27
3.3.1 作图法求像 27
3.3.2 解析法求像 30
3.4 理想光学系统的多光组成像 35
3.4.1 多光组成像的一般过程 35
3.4.2 多光组系统的等效系统 37
3.4.3 双光组组合 40
3.4.4 双光组组合的应用实例 43
3.5 实际光学系统的基点和基面 45
3.5.1 实际系统的基点和基面 45
3.5.2 透镜的基点和基面 46
习题 50
第4章 平面系统 54
4.1 平面镜 55
4.1.1 单平面镜的成像特性 55
4.1.2 双面镜的成像特性 56
4.2 反射棱镜 58
4.2.1 反射棱镜的类型 58
4.2.2 棱镜系统成像的物像坐标变化 59
4.2.3 反射棱镜的等效作用与展开 60
4.3 平行平板 62
4.3.1 平行平板的成像特性 62
4.3.2 平行平板对光线位移的计算 63
4.3.3 平行平板的等效空气层 65
4.3.4 共轴球面系统和平面棱镜系统的组合 67
4.4 折射棱镜和光楔 68
4.4.1 折射棱镜 68
4.4.2 光楔 70
习题 71
第5章 光学系统的光束 74
5.1 概述 74
5.2 孔径光阑 76
5.2.1 孔径光阑的判断 76
5.2.2 入射光瞳和出射光瞳 79
5.3 视场光阑 80
5.3.1 视场范围的计算 81
5.3.2 渐晕及其相关计算 81
5.3.3 入射窗和出射窗 84
5.4 渐晕光阑与场镜 84
5.4.1 渐晕光阑 84
5.4.2 场镜 87
5.5 景深和焦深 88
5.5.1 景深 88
5.5.2 焦深 89
5.5.3 远心光路 90
习题 93
第6章 像差概论 95
6.1 轴上点球差 95
6.1.1 球差的概念和形成 95
6.1.2 单个折射球面的齐明点 97
6.1.3 单透镜的球差 98
6.2 彗差 99
6.2.1 彗差的概念和形成 99
6.2.2 孔径光阑对彗差的影响 102
6.3 细光束像散 103
6.4 细光束场曲 105
6.5 畸变 107
6.6 色差 109
6.6.1 位置色差 110
6.6.2 倍率色差 113
习题 115
第7章 光度学与色度学 116
7.1 视敏函数与颜色视觉 116
7.1.1 视敏函数 116
7.1.2 颜色视觉 117
7.2 光度学中的量及其基本规律 119
7.2.1 光通量 119
7.2.2 发光强度 119
7.2.3 光照度 120
7.2.4 光亮度 121
7.2.5 光度学中的基本规律 122
7.3 色度学基础 125
7.3.1 颜色匹配实验 126
7.3.2 CIE标准色度系统 126
7.3.3 CIE色度计算 130
7.3.4 均匀颜色空间与色差计算 132
7.3.5 光源 135
习题 139
第8章 实用光学系统 140
8.1 人眼光学系统 140
8.1.1 眼睛的结构 140
8.1.2 眼睛的调节和适应 142
8.1.3 眼睛的视力缺陷与校正 143
8.1.4 人眼的分辨力和对准精度 145
8.1.5 双眼立体视觉 146
8.2 放大镜 148
8.2.1 视觉放大率 148
8.2.2 光束和线视场 150
8.2.3 放大镜用做目镜 150
8.3 显微镜系统 151
8.3.1 显微镜工作原理与视觉放大率 151
8.3.2 显微镜的光束 152
8.3.3 显微镜的分辨力和有效放大率 154
8.3.4 显微镜的应用举例 157
8.4 望远镜系统 160
8.4.1 望远系统的视觉放大率 160
8.4.2 望远系统的分辨力和有效放大率 161
8.4.3 望远镜的光束 162
8.4.4 望远镜的转向系统 165
8.5 摄影系统 166
8.5.1 摄影物镜的光学特性 166
8.5.2 摄影物镜的景深 168
8.5.3 变焦距物镜 169
8.6 投影系统 170
8.6.1 光学性能 171
8.6.2 光度特性 171
8.6.3 投影物镜的结构形式 172
8.6.4 变形物镜 172
8.7 照明系统 174
习题 176
第9章 特殊结构光学透镜 178
9.1 双液体变焦透镜 178
9.2 菲涅耳透镜 182
习题 186
第10章 光的电磁理论基础 187
10.1 光波的特性 187
10.1.1 麦克斯韦方程组 187
10.1.2 物质方程 189
10.1.3 电磁波动方程 190
10.2 几种简单的光波场 192
10.2.1 简谐平面波 192
10.2.2 球面波和柱面波 196
10.2.3 电磁场的能量和能流 197
10.3 光波的叠加 198
10.3.1 波的叠加原理 198
10.3.2 同频率、同振动方向单色光波的叠加 199
10.3.3 频率相同、振动方向相互垂直的光波的叠加 200
10.3.4 不同频率单色光波的叠加 201
10.4 光在两种介质分界面上的反射和折射 203
10.4.1 电磁场的边界条件 203
10.4.2 反射定律和折射定律 203
10.4.3 菲涅耳公式 204
10.4.4 菲涅耳公式的讨论 207
10.4.5 全反射与倏逝波 210
习题 213
第11章 光的干涉 215
11.1 光波干涉条件和杨氏干涉实验 215
11.1.2 杨氏干涉实验 216
11.2 干涉条纹的可见度 218
11.2.1 双光束干涉时干涉条纹的可见度 219
11.2.2 光源的非单色性对干涉条纹可见度的影响 220
11.2.3 光源大小对干涉条纹可见度的影响 221
11.3 平板的双光束干涉 223
11.3.1 干涉条纹的分类 223
11.3.2 等倾干涉 225
11.3.3 等厚干涉 228
11.4 平板干涉的应用 232
11.4.1 迈克耳孙干涉仪 232
11.4.2 泰曼-格林干涉仪和波面干涉技术 235
11.4.3 马赫-曾德尔干涉仪 236
11.5 平行平板的多光束干涉及其应用 236
11.5.1 平行平板多光束干涉的原理 237
11.5.2 法布里-拍罗干涉仪 240
11.5.3 干涉滤光片 242
11.6 光学薄膜 242
11.6.1 单层膜 242
11.6.2 多层膜 244
习题 246
第12章 光的衍射 248
12.1 光波的标量衍射理论 248
12.1.1 衍射的基本概念 248
12.1.2 惠更斯原理 249
12.1.3 惠更斯原理-菲涅耳原理 249
12.1.4 两种典型的衍射 250
12.2 菲涅耳衍射 252
12.2.1 菲涅耳半波带法 252
12.2.2 菲涅耳波带片 253
12.3 夫琅禾费衍射 255
11.1.1 光波干涉条件 215
12.3.1 矩孔衍射 255
12.3.2 单缝衍射 256
12.3.3 单缝衍射因子的特点 256
12.3.4 多缝衍射 258
12.3.5 圆孔衍射 260
12.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 262
12.4.1 成像系统的衍射现象 262
12.4.2 成像系统的分辨本领 262
12.4. 3 望远镜的分辨率 262
12.4.4 照相物镜的分辨率 263
12.4.5 显微镜的分辨率 264
12.5 衍射光栅 264
12.5.1 衍射光栅概述 264
12.5.2 几种典型衍射光栅 267
习题 269
第13章 光的偏振 272
13.1 偏振光的描述 272
13.1.1 光波的偏振态 272
13.1.2 偏振度 273
13.1.3 偏振态的表示法 274
13.2 各向异性介质中的光波传播特性 277
13.2.1 晶体的光学各向异性 277
13.2.2 平面波在晶体中的传播 278
13.2.3 平面波在晶体界面上的双反射和双折射 282
13.3 偏振器件 284
13.3.1 偏振器 284
13.3.2 波片 285
13.3.3 偏振器件的数学描述 287
13.4 偏振光的干涉 291
13.5 柱矢量偏振光 292
习题 294
简明习题答案 295
参考文献 300
附录 302