光学工程基础

内容简介

本书系统而深入地阐述了几何光学的基本概念、基本原理和规律，并详细介绍了几何光学的套用，加深了基础理论的阐述，同时也加强了基础理论的套用。书中引入了国外教材中的一些新方法、新原理、新理论、新表述。与传统内容相比，本书增添了一些新的章节和内容。

本书适用于光学工程、测控技术与仪器及机电类专业大专院校师生和从事相关领域的工程技术人员。

本书是作者30多年来，在清华大学精密仪器与机械学系讲授光学课程所积澱经验的部分小结。全书内容共分9章：光波、光线和成像；近轴光学；理想光学系统；平面反射镜与反射稜镜；常用光学系统；光学系统中的光束限制；光学系统的解析度、景深及光能的传递；梯度折射率光线光学；变焦距镜头的理想光学分析。书中附有218幅插图，92道习题，分章列有百余篇参考文献。

前言

为总结教学改革成果，配合新教学规划的落实，创出新课程体系的系列教材，清华大学精密仪器与机械学系学术委员会组织相关课程的授课教师编写本科生系列教材。本书是该系列教材中的一本，内容主要涉及光学工程学科中的几何光学。

全书共分9章。第1章讨论几何光学的基本原理和成像。其中对费马原理的数学表述作了一个粗浅的说明，主要是为便于套用费马原理分析问题。本章加入“非均匀介质中的光线微分方程”内容是为了将光线光学导向梯度折射率媒质。增加“几何光学中常用的曲面形状”这一小节有两个考虑，其一是随着透镜加工工艺的发展和透镜检测技术的进步，非球面透镜（反射镜）在光学系统中的套用已不少见了；其二是想说明近轴光学的原理及方法不仅适用于球面，同样也适用于非球面。第2章讨论近轴光学。沿用Kidger Michael J的做法，根据费马原理导出了整套近轴光学的理论，用意在于套用费马原理分析问题。套用矩阵工具处理近轴光学问题，虽然不如光线光路那幺直观，但利用它有便利之处，即光线参量与系统参量是完全分离的，所以对诸如雷射谐振腔稳定性、近轴光线相关性等问题的分析更为简便。第3章讨论理想光学系统。除介绍传统内容外，增加了一点对于“正切计算法”的再认识，意图在于利用矩阵光学说明理想光学系统与近轴光学在教学上的相互兼容性。第4章讲述平面反射镜与反射稜镜，不仅讨论了反射稜镜的成像问题，也讨论了稜镜调整及稜镜的製造误差计算等基础理论问题，其目的是想儘可能多地反映反射稜镜的研究全貌。第5章在讨论常用的放大镜、显微镜和望远镜等光学系统时，引出一些小问题让读者思考，为以后几何光学与光学设计的再学习做一点铺垫。第6章讲述光学系统中的光束限制，简述了光阑的定义和功能以及一些要注意的问题后，转入具体光学系统中的光阑分析，其目的在于简化繁琐的光阑理论，使讨论更加切合实际。将光学系统的解析度、景深及光能的传递等问题都放在第7章中，一是为了节省篇幅，二是因为它们与光学系统的孔径大小有关。第8章讨论梯度折射率光线光学。梯度折射率介质是一种很有套用前景的介质，研究在其中行走光线的规律，并熟悉研究方法是学习光学工程的学生不可缺少的。最后一章在讨论变焦距镜头的理想光学分析时，努力将理想光学系统的知识套用于此，并努力理出一个清晰的解题思路，分清什幺是未知的，什幺又必须是已知的，相互之间还有一些什幺制约。同时给出几个具体的设计实例和分析计算过程，方便读者分析参考。

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