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模块一 几何光学基础1

任务一 几何光学基本定律1

一、任务目标1

二、知识平台1

（一）几何光学的基本概念1

（二）几何光学的基本定律3

（三）几何光学的基本原理4

三、知识应用5

任务二 共轴球面光学系统6

一、任务目标6

二、知识平台6

（一）光学系统6

（二）物像概念7

（三）符号规则8

（四）单个折射球面的成像9

（五）单个反射球面的成像13

（六）共轴球面光学系统成像14

三、知识应用15

任务三 平面系统17

一、任务目标18

二、知识平台18

（一）平面镜的成像特性18

（二）平行平板的成像特性20

（三）反射棱镜的分类和坐标变换21

（四）折射棱镜23

三、知识应用24

实践应用24

习题26

模块二 理想光学系统28

任务一 理想光学系统的基点与基面28

一、任务目标28

二、知识平台28

（一）理想光学系统28

（二）理想光学系统的基点和基面29

任务二 用图解法求理想光学系统的物像关系30

一、任务目标30

二、知识平台30

（一）轴外点求像30

（二）轴上点求像30

三、知识应用31

任务三 解析法求解理想光学系统的物像关系31

一、任务目标31

二、知识平台31

（一）物像的位置关系式31

（二）物像的大小关系式33

（三）光焦度34

三、知识应用34

任务四 节点节平面单个折射球面的基点、基面35

一、任务目标35

二、知识平台36

（一）节点和节平面36

（二）单个折射球面的基点、基面36

任务五 透镜和薄透镜组37

一、任务目标37

二、知识平台37

（一）透镜37

（二）薄透镜和薄透镜组39

三、知识应用41

实践应用42

思考题43

习题43

模块三 光学系统中的光束限制45

任务一 光阑45

一、任务目标45

二、知识平台45

（一）光阑45

（二）孔径光阑45

（三）视场光阑47

（四）渐晕48

三、知识应用49

任务二 景深 远心光路49

一、任务目标49

二、知识平台49

（一）光学系统的景深49

（二）远心光路50

实践应用51

思考题53

习题53

模块四 像差概论54

任务一 轴上点球差 彗差54

一、任务目标54

二、知识平台54

（一）轴上点球差54

（二）彗差55

任务二 其他像差56

一、任务目标56

二、知识平台56

（一）像散56

（二）场曲57

（三）畸变57

（四）色差59

思考题59

模块五 典型光学系统60

任务一 眼睛的光学成像特性60

一、任务目标60

二、知识平台60

（一）眼睛的调节和适应60

（二）眼睛的缺陷及校正61

（三）眼睛的分辨率62

（四）双目立体视觉63

三、知识应用64

任务二 放大镜65

一、任务目标65

二、知识平台65

（一）视觉放大率65

（二）光束限制和线视场66

三、知识应用67

任务三 显微镜系统68

一、任务目标68

二、知识平台68

（一）显微镜的视觉放大率68

（二）显微镜的光束限制69

（三）显微镜的分辨率和有效放大率70

（四）显微物镜71

（五）显微镜的照明方法72

三、知识应用73

任务四 望远镜系统73

一、任务目标73

二、知识平台73

（一）望远镜系统的视觉放大率73

（二）望远系统的分辨率及工作放大率75

（三）望远镜的视场75

三、知识应用76

思考题77

习题77

模块六 光的波动理论基础79

任务一 光波的特性79

一、任务目标79

二、知识平台79

（一）电磁波谱79

（二）光学和电磁学的物理量之间的联系79

（三）光电磁场的能流密度80

三、知识应用81

任务二 几种特殊形式的光波81

一、任务目标81

二、知识平台81

（一）单色平面光波81

（二）球面光波83

（三）柱面光波84

任务三 光波的横波性、偏振态及其表示84

一、任务目标84

二、知识平台84

（一）平面光波的横波特性84

（二）光波的偏振态85

任务四 光在介质表面的反射和折射88

一、任务目标88

二、知识平台88

（一）边界条件88

（二）反射定律和折射定律89

（三）菲涅耳公式89

（四）半波损失90

（五）反射率和透射率92

三、知识应用92

思考题95

习题96

模块七 光的干涉97

任务一 光的干涉概述97

一、任务目标97

二、知识平台97

（一）光的干涉现象97

（二）相干条件98

（三）获得相干光的方法98

（四）条纹对比度99

三、知识应用99

任务二 分波面干涉99

一、任务目标99

二、知识平台99

（一）杨氏干涉实验99

（二）双镜101

（三）劳埃德镜102

三、知识应用102

任务三 分振幅干涉103

一、任务目标103

二、知识平台103

（一）等倾干涉103

（二）等厚干涉105

（三）等厚干涉之一——劈尖106

（四）等厚干涉之二——牛顿环107

（五）多光束干涉108

三、知识应用109

任务四 典型干涉仪111

一、任务目标111

二、知识平台111

（一）迈克耳逊干涉仪111

（二）法布里—珀罗干涉仪113

三、知识应用113

任务五 光的相干性114

一、任务目标114

二、知识平台114

（一）空间相干性114

（二）时间相干性116

三、知识应用117

思考题117

习题117

模块八 光的衍射现象及其应用120

任务一 光的衍射概述120

一、任务目标120

二、知识平台120

（一）光的衍射现象120

（二）惠更斯—菲涅耳原理121

任务二 菲涅耳衍射122

一、任务目标122

二、知识平台122

（一）菲涅耳波带法122

（二）菲涅耳波带片123

三、知识应用124

任务三 夫琅禾费矩孔衍射126

一、任务目标126

二、知识平台126

（一）夫琅禾费矩孔衍射光强分布126

（二）夫琅禾费矩孔衍射的衍射图样127

任务四 夫琅禾费单缝衍射128

一、任务目标128

二、知识平台128

（一）夫琅禾费单缝衍射的光强公式128

（二）单缝衍射花样的特征129

三、知识应用130

任务五 夫琅禾费圆孔衍射131

一、任务目标131

二、知识平台131

（一）夫琅禾费圆孔衍射光强分布131

（二）光学成像系统的分辨本领（分辨率）133

三、知识应用134

任务六 夫琅禾费多缝衍射135

一、任务目标135

二、知识平台135

（一）光强公式136

（二）多缝衍射图样136

三、知识应用138

任务七 衍射光栅及其应用139

一、任务目标139

二、知识平台139

（一）衍射光栅139

（二）光谱仪140

（三）闪耀光栅141

三、知识应用143

实践应用144

思考题149

习题149

模块九 晶体光学基础151

任务一 光通过单轴晶体的双折射现象151

一、任务目标151

二、知识平台151

（一）晶体的双折射151

（二）光轴与主截面151

（三）单轴晶体的折射率椭球152

三、知识应用152

任务二 晶体光学元件153

一、任务目标153

二、知识平台154

（一）从自然光获得线偏振光的方法154

（二）马吕斯定律和消光比154

（三）偏振器155

（四）波片158

（五）补偿器160

三、知识应用161

任务三 晶体的偏光干涉163

一、任务目标163

二、知识平台163

（一）平行光的偏光干涉163

（二）会聚光的偏光干涉167

三、知识应用170

思考题171

习题171

附录一 几种常见透镜173

附录二 电磁场基本方程174

附录三 基尔霍夫衍射公式175

附录四 菲涅耳衍射的振幅计算181

附录五 夫琅禾费矩孔衍射光强公式推导181

附录六 夫琅禾费圆孔衍射的光强计算公式182

附录七 光学设计基础183

附录八 激光技术概述187

附录九 光纤光学概述192

附录十 光电行业常见术语中英文对照196

参考文献210