郁道银工程光学天津天大蔡怀宇54视频赠ppt讲义典型光学系统6 11chap6-4
应用光学 郁道银版的课件 工程光学 第四章)
视场光阑、入射窗、出射窗
光学系统的成像范围是有限的。
照相机中底片框限制了被成像范围 的大小
工具显微镜中分划板的直径决定成 像物体的大小
第三节望远镜系统中成像光束的选择
典型的双目望远镜系统是由一个物镜、一 对转向棱镜、一个分划板和一组目镜构成的， 如图4-7所示。有关光学数据如下：
或加大，从而达到调节光能量以适应外界
不同的照明条件。显然可变光阑不能放在
镜头L上，否A1则A2
的大小就不可变了。
底片框B1B2 的大小确定的。超出底片框的
范围，光线被遮拦，底片就不能感光。
在光学系统中，不论是限制成像光束口径、 或者是限制成像范围的光孔或框，都统称为 “光阑”。
限制进入光学系统的成像光束口径的光阑 称为“孔径光阑” ，例如照像系统中的可 变光阑 A 就是孔径光阑。
渐晕光阑
光阑以减少轴外像差为目的，使物空 间轴外点发出的、原本能通过上述两 种光孔的成像光束只能部分通过，这 种光阑称为渐晕光阑。
入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是 出射光瞳
入瞳与出瞳对整个光学系统是共轭的。 如果光阑在整个光学系统的像空间，那
么它本身也就是出射光瞳；
反之，若在物空间，它就是入射光瞳
光学系统中的光束限制
§1 照像系统和光阑 §2 望远镜系统中成像光束的选择 §3 显微镜系统中的光束限制与分析 §4 光学系统的景深 补充: 光学系统的分辨率
实际光学系统与理想光学系统不同， 其参与成像的光束宽度和成像范围都是 有限的。限制来自于光学零件的尺寸大 小和其他金属框。从光学设计的角度看， 如何合理的选择成像光束是必须分析的 问题。光学系统不同，对参与成像的光 束位置和宽度要求也不同。
郁道银 几何光学
第6章 光路计算与像差理论
• 光路计算
计算光线选择
• 产生像差原因：
孔径、视场、波长
• 像差分类
波像差；7种几何像差
• 齐明点与齐明透镜
第7章 典型光学系统
• 眼睛
– 调节与适应 – 缺陷与校正 – 目视光学仪器
• 放大镜 250 ＝ • 显微镜 f' • 望远镜 • 照相系统与投影系统
第4章 光学系统中的光束限制
• 孔径光阑－（入瞳、出瞳：共轭） • 视场光阑－（入窗、出窗：共轭） • 渐晕光阑－渐晕系数 • 典型系统的光束限制 • 远心光路－测量仪器
第5章 光度学与色度学
• 辐射量、光学量 • 光传播中的变化规律、余弦辐射 • 光学系统的能量损失：三种
透射面的反射损失；介质吸收损失； 反射面的光能损失。
《几何光学》与工程实践
理论：why？ 工程：how？ 必须让学生改变学习思路
《几何光学》与工程实践
教师需熟知照相系统的主 要构成、物镜的主要参数 及其意义、物镜的结构形 式及其特点，并特别明确 光阑在照相系统中的作用
《几何光学》与工程实践
Байду номын сангаас
教师需熟知各种类型的 望远镜，明确球面系统、 平面系统以及多种光阑 在仪器中的特点和作用
－ 显微镜 1）组成（光学结构特点）、成像关系、 光束限制（生物显微镜和测量显微镜） 2）视觉放大率公式： tg ' 250 e tg f '0 f ' e
• • • • • •
3）数值孔径：NA＝nsinu, D'＝500NA/Г 4）物镜的分辨率： σ＝a/β＝0.61λ/NA 5）有效放大率：500NA≤Г≤1000NA 6）物镜的景深：NA,
工程光学郁道银第七章解读
tg y L y 250
y f l y P' l f P' l
放大镜
f l 250 P' l f
并非常数
y’ ’ y
P’
F’ -l’ f’
放大镜
结 论
f l 250 P' l f
瞳孔 角膜 虹膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
*网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状
细胞，锥状细胞直径约5微米，长约35微米；杆状细胞直径约2微米 ，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。在黄斑中心凹处 是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；
8
人眼的构造剖视图
3
已学过：折射定律——单个折射球面——理 想光组——平面系统——光束限制——像差 目的：组成仪器，得到实际应用的光学系统
根据光学基本理论，将光学元件合理组合， 得到光学仪器。 由使用要求决定成像要求，根据成像要求设 计光学系统。 设计过程就是合理的组合过程。
4
§7.1 眼睛及其光学系统
一、眼睛的结构
从光学角度看，眼睛中最主要的是：水晶体、视 网膜和瞳孔。
眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：
人眼 ↕ 照相机 水晶体 ↕ ↕ 镜头 视网膜 ↕ 底片 瞳孔
光阑
13
2、眼睛的成像：
人眼是一个类似的摄影系统，角膜相当于一个凸凹镜，前室亦 如此，水晶体相当于一个双凸镜。物点在视网膜上形成一个倒立的 实像，但这一倒像的感觉经神经系统的作用，给人以正像的视觉。 眼睛的物方和像方焦距不相等: f = -17.1mm f ’ =22.8mm 眼睛的调焦范围: -f =14.2~17.1mm f ’ =18.9~22.8mm 瞳孔起着孔径光阑的作用，自动调节进入人眼的光能，它有一 定范围，( 2~8mm)若外界光很强，即使=2mm时仍然使人无法适 应，就很容易使视网膜造成伤害。
工程光学答案_课后答案_郁道银_第二版_完整
2、有一聚光镜， 全部能量的百分比。 解：
（数值孔径
），求进入系统的能量占
而一点周围全部空间的立体角为
3、一个
的钨丝灯，已知：
，该灯与一聚光镜联用，灯丝中 ，若设灯丝是各向均匀发光，求 1）灯
心对聚光镜所张的孔径角
泡总的光通量及进入聚光镜的能量；2）求平均发光强度 解:
4、一个
的钨丝灯发出的总的光通量为
（2）从第二面向第一面看
（3）在水中
7、 有一平凸透镜 r1=100mm,r2=,d=300mm,n=1.5,当物体在时， 求高斯像的位置 l’。 在第二面上刻一十字丝，问其通过球面的共轭像在何处？当入射高度 h=10mm， 实际光线的像方截距为多少？与高斯像面的距离为多少？
3
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1
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解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射， 使得光束可以在光纤内传 播，则有：
在天花板中心，离地面 处地板上的光照度。 解：
设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公
式：
会聚点位于第二面后 15mm 处。 （ 2 ） 将 第 一 面 镀 膜 ， 就 相 当 于 凸 面 镜
像位于第一面的右侧，只是延长线的交点，因此是虚像。 还可以用β正负判断： （3）光线经过第一面折射： , 虚像
第11章工程光学 郁道银 第二版ppt课件
则波动微分方程可写为简洁的形式：
2
1 0 2 2 v t
2
该偏微分方程的通解是各种形式以速度 v传播的波的叠加。因此 任何物质运动，只要它的运动规律符合上式，就可以肯定它是以 v为传播速度的波动过程！
1 2E 2 v 1 2B 2 v
2E 0 2 t 2B 0 2 t
2 p0 sin E expikr t 2 4v r 2 p0 sin B expikr t 3 4v r
一个振荡电偶极子的E场
（2）辐射能: 1 1 2 1 2 w E D H B E B 电磁场的能量密度为 2 2
二、平面电磁波
1 E 2 v 1 2 B 2 v
2
2E 0 2 t 2B 0 2 t
该方程的解可以有多种形式，如平面波、球面波和柱面波解， 也可以是各种频率的简谐波及其叠加，解的具体形式有赖于电 磁场的边界条件和初始条件。下面以该方程最基本的解---平面 简谐波解讨论。
（1）波动方程的平面波解： 平面电磁波指电场或磁场在与传播方向正交的平面上各点具有相同 值的波。如图所示，假设波沿直角坐标系xyz的z方向传播，则平面 波的E和B仅与z、t有关，而与x、y无关，则电磁场的波动方程变为
（三）平面电磁波的性质 1、电磁波是横波 取 E A exp[ik r t ] 散度：
E A expik r - t ik Aexpik r t ik E
E 0 k E 0
同理得到 B 0 k B 0
2 E 1 2 E 2 0 2 2 z v t
2B 1 2B 2 2 0 2 z v t
工程光学郁道银
工程光学郁道银PPT大纲
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题
02 工程光学概述
03 工程光学基础知识
04 工程光学应用领域
05 工程光学实验与实 践
06 工程光学前沿技术 与发展趋势
添加章节标题
工程光学概述
定义与背景
添加项标题
工程光学是一门研究光与物质相互作用以及光信息传输、处理和存 储的学科。
光学系统与成像
光学系统的基本组成 成像原理及分类 光学仪器的成像特性 光学系统的应用领域
光的度量与计算
光的波长、频率和能量之间的关系 光通量、发光强度和光照度的定义及计算方法 光的反射、折射和吸收的基本规律 光学系统中的光束限制和光能计算
工程光学应用领域
物理光学应用
干涉和衍射：在物理实验、计量和测量中广泛应用 光学仪器：显微镜、望远镜、照相机等光学仪器中应用 光学信息处理：全息摄影、光学图像处理等领域应用 光学通信：光纤通信、空间光通信等领域应用
互补性：物理光 学和几何光学相 互补充共同构成 了光学学科体系。
工程光学在各领域的应用实例
医学领域：光学仪器用于诊断和治疗如激光手术刀、光学显微镜等。 军事领域：光学仪器用于瞄准和侦察如望远镜、瞄准镜等。 通信领域：光纤通信利用光的传输性质实现高速、大容量的通信是现代通信的重要支柱之一。 能源领域：太阳能光伏利用光生伏打效应将光能转化为电能是可再生能源的重要应用之一。
工程光学发展趋势分析
微纳光学技术：利用微纳加工技术在芯片上实现光学器件具有小型化、集成化的优势 是未来光学技术的重要发展方向。
光子晶体技术：利用光子晶体具有控制光子传播的特性可应用于光子集成电路、光 子计算机等领域是未来光通信和光计算的重要技术。
工程光学郁道银第二版ppt课件
0
E~＝a1
exp(ikz)
x0
a2 exp(ikz) y0
振动方向(fāngxiàng)与 a1和a2的比值有关。
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2. 圆偏振光
a1 a2 E~＝a1 exp(ikz
)
x0
a2 exp[i(kz )]y0
左旋 右旋。
2 (zuǒ
2
xuán)，
精品文档
3. 椭圆偏振光
在右旋时，光矢量末端构成的螺旋线的旋向与光传播方向 (fāngxiàng)成左手螺旋系统；在左旋时，光矢量末端构成的螺 旋线的旋向与光传播方向(fāngxiàng)成右手螺旋系统。
二.旋向的判断
(pànduàn):
如：Ex
Aeiwtkz ,Ey
Ae i wt kz
2
注意：z=z0是确定的位置，旋向是随时间的变量。
a1 a2 E~＝a1 exp(ikz
)
x0
a2 exp[i(kz )]y0
0 右旋椭圆 2 (tuǒyuán)光
左旋椭圆
(tuǒyuán)光
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常见(chánɡ jiàn)的几种偏振光：
4.自然光：振动方向(fāngxiàng)几率、振动方向(fāngxiàng)分解 5.部分偏振光和偏振度
•
光轴
A
90
o,e
d)
B
90
e o
精品文档
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一、偏振(piān zhèn)器件
(一)偏振起偏棱镜
1.尼科耳棱镜(léngjìng)（W.Nicol
）
：材料：方解石
no 1.65836, ne 1.48641
D
A
工程光学 第二章 郁道银版 PPT作者窦柳明(长沙理工大学)
第二节 理想光学系统的基点和基面
（3）为求物镜的物方焦距f、物方焦点的位置F、物方主点的位 置H，可沿反向光路追迹一条平行于光轴的光线。 利用近轴光线的光路计算公式 平行光线初始坐标为： 逐面计算，其结果为：
l u1 0 h1 10m m i1 h1 / r1
' lF mm, u' 0.121869 ' l ' 70.0183 h h f ' 82.055m m tgU ' u 'l ' l f ' 12.0366 mm
第一节
理想光学系统与共线成像理论
作图法证明： ①已知两对共轭面的位置和放大率
已知：M为理想光学系统 像面O’1与物面O1共轭，其对应放大率为β1 像面O’2 与物面O2共轭，其对应放大率为β2 求： 物空间任意物点O的像点位置O’ B A M O’ B’ A’
第一节
理想光学系统与共线成像理论
作图法证明： ②已知一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共 轭点的位置
定义：像方焦点、焦平面；像方主点、主平面；像方焦距
A B Q’ F’ H’ E’
像方主平面
像方主点H’：平行于光轴的入射光线AB的延长线，与其出射光 线E’F’反向延长线交于Q’，过Q’作垂直光轴的平面与光轴的交点 H’。 像方主平面：过像方主点H’且垂直于光轴的平面Q’ H’ 。
第二节 理想光学系统的基点和基面
第二章
理想光学系统
第二章
1 第一节 第二节 第三节
理想光学系统
理想光学系统与共线成像理论 理想光学系统的基点与基面 理想光学系统的物像关系
2
3
4
4 5
第四节
郁道银主编-工程光学（知识点）要点
郁道银主编-⼯程光学（知识点）要点第⼀章⼩结（⼏何光学基本定律与成像概念）1 、光线、波⾯、光束概念。
光线：在⼏何光学中，我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有⽅向的⼏何线。
波⾯：发光点发出的光波向四周传播时，某⼀时刻其振动位相相同的点所构成的等相位⾯称为波阵⾯，简称波⾯。
光束：与波⾯对应所有光线的集合称为光束。
2 、⼏何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释）1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。
2 ）光的独⽴传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独⽴传播。
3 ）反射定律和折射定律（全反射及其应⽤）：反射定律：1、位于由⼊射光线和法线所决定的平⾯内；2、反射光线和⼊射光线位于法线的两侧，且反射⾓和⼊射⾓绝对值相等，符号相反，即I’’=-I。
全反射：当满⾜1、光线从光密介质向光疏介质⼊射，2、⼊射⾓⼤于临界⾓时，⼊射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，⽽没有折射光产⽣。
sinI m=n’/n，其中I m为临界⾓。
应⽤：1、⽤全反射棱镜代替平⾯反射镜以减少光能损失。
（镀膜平⾯反射镜只能反射90%左右的⼊射光能）2、光纤折射定律：1、折射光线位于由⼊射光线和法线所决定的平⾯内；2、折射⾓的正弦和⼊射⾓的正弦之⽐与⼊射⾓⼤⼩⽆关，仅由两种介质的性质决定。
n’sinI’=nsinI。
应⽤：光纤4 ）光路的可逆性光从A点以AB⽅向沿⼀路径S传递，最后在D点以CD⽅向出射，若光从D点以CD ⽅向⼊射，必原路径S传递，在A点以AB⽅向出射，即光线传播是可逆的。
5 ）费马原理光从⼀点传播到另⼀点，其间⽆论经历多少次折射和反射，其光程为极值。
（光是沿着光程为极值（极⼤、极⼩或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。
6 ）马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波⾯的正交性，并且⼊射波⾯与出射波⾯对应点之间的光程均为定值。
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简介
本文档将通过郁道银工程光学天津天大蔡怀宇54视频的赠ppt讲义典型光学系统6 11chap6-4，详细介绍该光学系统的结构、原理和应用。
该光学系统是典型的工程光学系统，在实际的工程应用中有着广泛的应用价值。
光学系统的结构
光学系统由多个光学元件组成，其中包括透镜、反射器、光学窗口等。
这些光学元件按照一定的顺序排列，形成一个完整的光学路径。
光线从光源经过光学系统的各个光学元件，最终汇聚到焦点或者形成所需的光斑。
对于典型的光学系统6 11chap6-4，其结构如下所示：
光学系统结构图
光学系统结构图
该系统包括透镜L1、透镜L2、光学窗口W1和光学窗口W2。
光线从左侧的光源射入光学系统，经过透镜L1和L2的折射后，通过光学窗口W1抵达光学系统的输出端，最终到达光学窗口W2。
光学系统的原理
光学系统的原理主要通过光学元件对光进行折射、反射和衍射等处理来实现。
透镜是最常见的光学元件之一，其主要作用是通过折射来聚焦光线。
透镜的折射效果是根据菲涅尔公式和斯涅尔定律来计算的。
在光学系统6 11chap6-4中，透镜L1和L2起到了聚焦光线的作用。
透镜的焦距决定了光线经过透镜后的汇聚效果。
通过控制透镜L1和L2的参数，可以达到所需的光学效果。
另外，光学窗口W1和W2在光学系统中起到保护透镜和光学元件的作用。
它们通常由透明材料制成，具有较好的透光性能和物理强度。
光学系统的应用
光学系统在工程领域中有着广泛的应用。
光学系统能够将光线聚焦到微小的光斑上，从而实现高分辨率成像。
这一特性使得光学系统在光学测量、成像、通信等领域中得到了广泛的应用。
在光学系统6 11chap6-4中，该系统可能用于实现光学测量或者成像。
通过调整透镜L1和L2的参数，可以实现对光
线的精确聚焦，从而得到清晰的成像效果。
同时，在系统设计中，要考虑光学窗口W1和W2的选择，以保证光线的传输质量和系统的稳定性。
此外，光学系统还可以应用于激光器、放大器、扫描仪等光学设备中。
通过合理设计光学系统的结构和参数，可以提高光学设备的性能和稳定性。
总结
通过本文档，我们详细介绍了光学系统6 11chap6-4的结构、原理和应用。
光学系统作为一种重要的工程工具，具有广泛的应用前景。
在实际的工程应用中，我们可以根据具体需求来设计和优化光学系统，实现所需的光学效果。
希望本文档能够对读者理解光学系统6 11chap6-4提供帮助，并能够在实际的工程应用中发挥作用。
若有任何疑问，请随时与我们联系。