成像衍射光学元件设计及应用

本书以衍射光学基础理论为载体，将物理光学、几何光学、光学设计与技术以及应用等知识有效结合，针对成像衍射光学元件进行研究和探讨，主要内容包括衍射光学与系统概述、衍射光学理论基础、成像衍射光学元件的设计、成像衍射光学元件加工和衍射效率测量、镀有增透膜的成像衍射光学元件优化设计、基于角度带宽积分平均衍射效率的成像衍射光学元件设计、成像衍射光学元件在混合光学系统中的应用，共七章。本书系统地讲解了成像衍射光学元件的设计原理、设计方法、实现技术，以及在成像光学系统中的应用等问题，以系统工程的角度实现混合光学系统的设计、制造与检测。
本书内容翔实、层次分明，非常适合光学仪器、光学工程、光电信息科学与工程、仪器科学与技术及其他光学相关专业的从业者、研究人员、高校师生等阅读参考。

“博士后文库”序言
序
前言
第1章衍射光学与系统概述1
1.1概述1
1.2衍射光学元件的发展史及研究进展2
1.3衍射光学元件在光学系统中的应用7
1.3.1衍射光学元件在成像光学系统的应用8
1.3.2衍射光学元件的其他应用17参考文献22
第2章衍射光学理论基础29
2.1衍射光学元件设计理论29
2.1.1矢量衍射理论29
2.1.2标量衍射理论34
2.1.3光线追迹理论37
2.1.4扩展标量衍射理论40
2.2衍射光学元件设计概述48
2.2.1成像衍射光学元件的设计原理48
2.2.2衍射光学元件的成像光学系统模型49
2.3衍射光学元件的成像特性51
2.3.1色散性质51
2.3.2三级像差性质53
2.3.3温度性质57
2.4衍射效率及其对像质的影响60
2.4.1衍射效率的含义和计算60
2.4.2衍射效率对混合成像光学系统像质的影响61
2.5成像衍射光学元件在光学设计中的建模64
2.5.1常用光学设计软件概述64
2.5.2成像衍射光学元件模型和结构的建立65
参考文献70
第3章成像衍射光学元件的设计72
3.1多级相位光栅的衍射效率72
3.2单层衍射光学元件设计及其衍射效率76
3.2.1设计理论76
3.2.2衍射效率77
3.2.3设计及分析举例79
3.3谐衍射光学元件设计及其衍射效率80
3.3.1设计理论80
3.3.2衍射效率81
3.3.3设计及分析举例82
3.4多层衍射光学元件设计及其衍射效率83
3.4.1设计理论83
3.4.2衍射效率86
3.4.3设计及分析举例88
3.5多层衍射光学元件常用设计方法89
3.6不同类型多层衍射光学元件衍射效率分析举例92
3.6.1分离型双层衍射光学元件92
3.6.2密接型双层衍射光学元件97
3.6.3填充型三层衍射光学元件102
3.6.4密接型三层衍射光学元件106
3.7衍射光学元件的扩展模型设计和衍射效率分析109
3.7.1斜入射下扩展模型衍射光学元件设计和衍射效率分析109
3.7.2宽温度范围下扩展模型衍射光学元件设计和衍射效率分析115
3.8负折射材料基衍射光学元件122
3.9反射式衍射光学元件125
参考文献127
第4章成像衍射光学元件加工和衍射效率测量129
4.1成像衍射光学元件的加工概述129
4.1.1加工方法概述129
4.1.2单点金刚石车削方法135
4.2成像衍射光学元件的加工问题138
4.2.1单层衍射光学元件加工误差类型及其影响138
4.2.2多层衍射光学元件加工误差类型及其影响140
4.2.3多层衍射光学元件加工误差对衍射效率影响的举例144
4.3表面粗糙度对成像衍射光学元件的影响160
4.3.1单点金刚石车削加工引起的表面粗糙度161
4.3.2成像衍射光学元件表面粗糙度对衍射效率的影响166
4.3.3实例分析170
4.4成像衍射光学元件的装调问题178
4.4.1装调误差类型和影响179
4.4.2实例分析182
4.5成像衍射光学元件形貌检测技术188
4.6成像衍射光学元件的衍射效率测量191
4.6.1测量原理和方法192
4.6.2测量装置194
4.6.3测量结果的处理方法197
参考文献198
第5章镀有增透膜的成像衍射光学元件优化设计201
5.1衍射光学元件镀膜的必要性201
5.2镀有增透膜的单层衍射光学元件优化方法202
5.2.1增透膜对单层衍射光学元件衍射效率的影响202
5.2.2优化设计实例204
5.3一般入射下镀有增透膜的双层衍射光学元件的优化方法208
5.3.1倾斜入射下镀有增透膜的双层衍射光学元件模型和优化方法208
5.3.2优化设计实例211
5.4垂直入射下镀有增透膜的双层衍射光学元件模型和优化方法216
5.4.1镀有增透膜的双层衍射光学元件模型和优化方法216
5.4.2优化设计实例219
参考文献223
第6章基于角度带宽积分平均衍射效率的成像衍射光学元件设计224
6.1入射角度对衍射效率影响的问题分析224
6.2单层衍射光学元件角度带宽积分平均衍射效率设计方法227
6.2.1设计模型227
6.2.2设计举例230
6.3双层衍射光学元件角度带宽积分平均衍射效率设计方法236
6.3.1设计模型236
6.3.2设计举例240
参考文献245
第7章成像衍射光学元件在混合光学系统中的应用246
7.1单层衍射光学元件在目镜光学系统的设计246
7.1.1光学系统需求与设计指标246
7.1.2传统折射式目镜光学系统设计与像质评价248
7.1.3引入衍射光学元件的目镜光学系统优化设计与像质评价252
7.2双层衍射光学元件在宽波段光学系统的设计256
7.2.1光学系统需求与设计指标256
7.2.2传统折射式宽波段光学系统设计与像质评价256
7.2.3基于衍射光学元件的混合成像系统优化设计与像质评价257
7.3双层衍射光学元件在双波段红外光学系统的设计265
7.3.1双波段红外双层衍射光学元件优化设计265
7.3.2含有双层衍射光学元件的红外双波段折衍混合成像光学系统设计270
7.3.3双层衍射光学元件衍射效率和对像质的影响274
7.4双层衍射光学元件在双波段无热化光学系统的设计276
7.4.1基于衍射光学元件的光学系统无热化设计原理276
7.4.2光学系统设计实例279
7.4.3像质分析280
参考文献282
编后记283