北京理工大学应用光学大全李林
工程光学基础1
Chapter1
2011.3
约在公元前400多年(先秦时代)，中国的《墨经》 中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学 的记载，叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针 孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。
公元11世纪阿拉伯人伊本· 海赛木发明透镜 公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发 明显微镜； 17世纪上半叶，斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的 观察结果，归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定 律。
Chapter1
2011.3
1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋 转； 1856 年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强 度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光 学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。
1860年前后，麦克斯韦指出光是电磁波。 1900年，普朗克提出了辐射的量子论。光的量子称为光子。 1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。第一次提 出 了狭义相对论基本原理。 1922年发现了康普顿效应，1928年发现了喇曼效应——量 子 力学和狭义相对论都是在关于光的研究中诞生和发展的。
Chapter1 2011.3
自 20 世纪 50 年代以来，开始把数学、电子技术和 通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间 滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经 典成像光学，形成了“傅里叶光学”和光学信息处理 学科。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它 为信息传输和处理提供了崭新的技术。 在现代光学研究中，由强激光产生的非线性光学现象正 为越来越多的人们所注意。激光光谱学，包括激光喇曼 光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激 光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化， 成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制 的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的 动态过程的研究提供了前所未有的技术。
火炮周视瞄准镜设计
lz' 3 80 ' ，则目镜焦距 f目 mm ，不妨取焦距为 30mm。最终目镜参 ' f目 4 3
' 数如下：焦距 f目 30mm ，视场角 2目 35.88 ，出瞳直径 D出 4mm 。
图4
图5
2、确定物镜结构形式 由公式
E 2 (50 ) tan 5 D斜 D上直 2
其中 E
D直 n
，n 取 1.5163，所以有
D上直
(100 tan 5 D斜 ) 20.70mm tan 5 1 n
再考虑到俯仰角为 18°，如图 10 有
' E D上直 2 (50 ( x) sin 9 )) tan 5 ' 2 2 2 x D直 cos9
h h tan 2 a
所以斜光束入射口径为
h 1 3 . 1m 6m
D斜 h h tan 5 12.01mm
渐晕系数为
K
D斜 D入
100% 80.1%
图7
图8
由上可看出，无论如何计算，渐晕系数都大于 0.5，故满足要求。此外，由 于斜向下入射光线口径较大，故以后都以斜向下光束为准进行讨论。 4、确定端部棱镜与保护玻璃尺寸 不妨取端部直角棱镜斜边中点到道威棱镜中点距离 l直道 50mm ， 则为使边缘 光线仍然能进入道威棱镜，如图 9 有
a 2n 2 1 a 2 2n 2 1
0.2364a 可得 a 63.45mm ， h 15mm ，其中 a 为道威棱
镜下底边长，h 为道威棱镜高度。道威棱镜相对空气层厚度为
E
a 0.8 23.67mm 。其中 0.8 为光由 45°入射时的修正系数。 2n
应用光学课程设计-学生资料
一、 在平行光路中工作的棱镜，绕垂直于棱镜主截面的z轴转 动
平行光路中，只需要考虑像空间的方向，而不用考虑其位置 P和P′都看作自由向量。根据转动定理
y
z
x
z’
y’
x’
［例一］ 在下图中，棱镜2、3一起绕O1O2转θ,然后棱镜3 再按同一方向绕O4O3转θ，求出射光轴的方向和像的方向 的变化。
①先确定棱镜转动前的成像方向。属于单一主截面的系统， 没有屋脊面， z′与z同向。光轴同向，总反射次数为偶数， 根据物像相似的关系，y′与y也同向。
y
z
x
当棱镜绕z轴转θ时，如果反射次数为偶数，则像空间方
向不变，如果反射次数为奇数，则像空间绕z轴转2θ。和讨
论平面镜旋转时结论完全相同。
在屋脊棱镜的情形，P=z,P′=z′=-z，得 ：
［A′］=［(-1)n-1θP′］+［θP］=［(-1)nθz］+[θz］
当总反射次数n为偶数时， ［A′］=[θz］+［θz］=0
当入射和出射光轴平行反向，棱镜绕光轴转θ，反射 次数n为偶数时像转2θ，反射次数n为奇数时像不转。
y
z
x
x’ z’ y’
三、 出射和入射光轴垂直，棱镜绕入射光轴转动
有: P=x,P′=x′ 得： ［A′］=［(-1)n-1θx′］+［θx］ 当n为偶数时: ［A′］=［-θx′］+［θx］ 当n为奇数时: ［A′］=［θx′］+［θx］ 当入射和出射光轴垂直时，棱镜绕入射光轴转θ ，如果反 射次数为偶数，像空间首先绕出射光轴统-θ，然后绕入射光 轴转θ；如果反射次数为奇数，则像空间首先绕出射光轴转θ， 然后再绕入射光轴转θ。
光学工程基础参考文献与习题
<<光学工程基础>>参考文献和习题1 光波、光线和成像参考文献：1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,19982. 袁旭滄. 应用光学. 北京：国防工业出版社，19883. Ditteon Richard 著，詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙：湖南大学出版社，20044. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 20015. 陈熙谋. 光学•近代物理. 北京：北京大学出版社，20026. 钟钖华. 现代光学基础. 北京：北京大学出版社，20037. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New Y ork: Plenum Publishing Corporation, 19788. 彭旭麟，罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉：华中工学院出版社，19839. Kidger Michael J. Fundamental Optical Design. Bellingham, Washington: SPIE,200210. Jenkins F , White H. Fundamentals of Optics. New Y ork: The McGreaw -Hill Companies, Inc, 197611. Hecht E. Optics. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1987习题:1. 简述几何光学的几个基本定律。
2. 简述成像的基本概念。
3. 光在真空中的速度是多少？在水中呢？在钻石中呢？4. 画出折射角i '随入射角i 变化的函数曲线，条件是1=n ，n '是下列值：(a) 1.333；(b)1.5163；(c) 1.78831。
应用光学 赵存华著 I 1-21章精选ppt课件
V（55n5m ）1
V（ ） 1
图1.5 视见函数
1.2.1 光线和光束
人眼睛可以感受的光称为“可见光” 相同波长（或频率）的光颜色相同，称为“单色光” 不同波长光波的混合称为“复色光” 光在透明介质中行进的速度称为“光速” 光波传播时抽象的能传递能量的几何线称为“光线” 一束光线的集合称“光束”
当光线遇到障碍物时会发生光的衍射现象，从而偏离光线的直线 传播。
衍射
双折射
梯度折射率
2.2 光的独立传播定律
在光相交的区域可能发生叠加，甚至发生干涉。不管是哪一种情 况，在光离开相交区域后，光波继续沿着既定的方向向前传播，该 光波身上找不到其他光波对其产生的任何影响，此现象称为光的独 立传播定律。
德国科学家夫琅禾费 （Joseph von Fraunhofer）在研 究太阳光光谱时，把太阳光光 谱中在可见光区域内，某些明 显的线型用英文字母命名，称 为夫琅和费波长，列于右表。
波长/nm 404.6 435.8 480.0 486.1 546.1 587.6 589.3 643.8 656.3 706.5
由折射率定义
n' 1 n 2
sin I 1 sin I ' 2
nsiInn'siIn'
2.6.3 Snell定律的讨论
讨论:
nsiInn'siIn'
1. 如果 nn' 那么 sinIsinI'
所以 I I'
结论: 折射率小的一边相对法线夹角大.
2. 假定: 入射角很小
nIn'I'
如果光波在某种透明介质中的电容率（capacitivity）为ε，磁导率 （magnetoconductivity）为μ，该介质中的光速为
北京理工大学820应用光学1999-08、11、13-14年(11年回忆版)考研专业课历年真题汇编
第1页，共3页 一、问答题（共60分，每小题6分）
1.用显微镜观察相距0.0005mm 的两物点，采用划线对准的方式，视放大率至少要多少？
2.什么叫望远镜的视角分辨率和衍射分辨率？已知望远镜的视放大率为30×，出瞳距离为1.5mm ，求该望远镜的视角分辨率和衍射分辨率。
3.什么叫主平面？什么叫节平面？主平面和节平面什么条件下重合？
4.什么叫波像差？光学系统成像质量的判断标准是什么？
5.已知棱镜展开厚度为d = 50mm ，折射率n = 1.5，求像面的移动距离。
6.一个发光圆盘（可视为朗伯光源），在与法线成30°角方向上的光强为I 。
求出射光通量。
7.什么是光圈数？在5.6、8、11这几个光圈数中，相同曝光时间下，哪个进光量最大？
8.投影仪分为哪几个部分？分别有什么作用？
9.什么叫场镜？场镜有什么作用？
10.什么叫渐晕？渐晕大小如何表示？
二、叙述及证明题（共30分，每小题10分）
1.描述如何判断平面棱镜系统的成像方向。
2.两组透镜组成倒像系统，对无限远物体成像，焦距分别为f 1′和f 2′，中间的两个透镜之间为平行光。
将倒像系统旋转180°，保持物、像位置不变。
证明系统总的视放大率
2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题 科目代码： 820 科目名称： 应用光学
★ 答卷须知
试题答案必须书
写在答题纸上，在
试题和草稿纸上
答题无效。
应用光学-北京理工大学
《应用光学》课程编号：******课程名称：应用光学学分：4 学时:64 (其中实验学时：8)先修课程：大学物理一、目的与任务应用光学是电子科学与技术（光电子方向）、光信息科学与技术和测控技术与仪器等专业的技术基础课。
它主要是要让学生学习几何光学、典型光学仪器原理、光度学等的基础理论和方法。
本课程的主要任务是学习几何光学的基本理论及其应用，学习近轴光学、光度学、平面镜棱镜系统的理论与计算方法，学习典型光学仪器的基本原理，培养学生设计光电仪器的初步设计能力。
二、教学内容及学时分配理论教学部分（56学时）第一章:几何光学基本原理(4学时)1.2.3.4.5.6.第二章:共轴球面系统的物像关系(14学时)1.2.3.4.5.共轴理想光学系统的基点——6.7.共轴球面系统主平面和焦点位置的计8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.第三章:眼睛的目视光学系统(7学时)1.2.3.4.5.6.第四章:平面镜棱镜系统(9学时)1.2.3.4.5.6.7.8.第五章:光学系统中成像光束的选择(5学时) 1.2.3.4.5.空间物体成像的清晰深度——第六章:辐射度学和光度学基础(10学时) 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.15.第七章:光学系统成像质量评价(7学时)1.2.轴上像点的单色像差——3.4.5.6.7.8.9.实验教学部分 (8学时)（1）光线成像实验（2学时）（2）目视光学仪器原理实验（2学时）（3）光具座演示几何像差实验（2学时）（4）计算机演示波像差和光学传递函数实验（2学时）三、考核与成绩评定考核：本课程为中英文双语教学，采用全英文命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。
成绩评定：考试占90%，平时作业、实验及日常考核质疑等占10%，按百分制给出最终成绩。
四、大纲说明1.本大纲是根据教育部电子信息与电气学科教学指导委员会和仪器科学与技术教学指导委员会审定的《应用光学》课程教学基本要求，并适当考虑我校教学改革要求而制定的。
北京理工大学光电学院820应用光学历年考研真题汇编
2014年北京理工大学820应用光学考研真题
2013年北京理工大学820应用光学考研真题
2010年北京理工大学820应用光学考研真题（回忆版）
2008年北京理工大学820应用光学考研真题
2007年北京理工大学420应用光学考研真题
2006年北京理工大学420应用光学考研真题
2005年北京理工大学420应用光学考研真题
2013年北京理工大学820应用光学考研真题
2010年北京理工大学820应用光学考研真题（回忆版）
2008年北京理工大学820应用光学考研真题
2007年北京理工大学420应用光学考研真题
2006年北京理工大学420应用光学考研真题
2005年北京理工大学420应用光学考研真题
2004年北京理工大学420应用光学考研真题
2003年北京理工大学420应用光学考研真题
2002年北京理工大学517应用光学考研真题
2001年北京理工大学517应用光学考研真题
2000年北理工大学应用光学考研真题
2004年北京理工大学420应用光学考研真题
2003年北京理工大学420应用光学考研真题
2002年北京理工大学517应用光学考研真题
2001年北京理工大学517应用光学考研真题
2000年北京理工大学517应用光学考研真题
1999年北京理工大学应用光学考研真题
2014年北京理工大学820应用光学考研真题
北京理工大学教师李林
1.《应用光学》（兵总95重点教材），第二作者，北京理工大学出版社出版，2000年，此教材为本课程现用教材，获20
北京理工大学教师李林
自1984年毕业留校任教以来，主要精力放在了教学工作上。每年都担任本科生的《应用光学》和《光学设计》的授课教师。参与编写了最新版本的《应用光学》和《工程光学》教材，主持制作了计算机辅助教学的CAI课件和习题试题库，并由此获得了校级优秀教学软件CAI二等奖。主持制作了《应用光学》电化教学教材，《应用光学》两次获得校级一类课程称号和教学集体一等奖。
1、1995年“光电仪器总体设计评估与模拟试验技术研究”获部级科技进步三等奖。
2、1997年“视场仪计量标准”获部级科技进步三等奖。
3、1998年“OTF标准望远镜研制”获国防科工委科技进步二等奖。
4、1999年“飞行仿真头位跟踪视景显示系统”获国防科工委科技一等奖。
5、2000年“准直式地球模拟器” 获国防科工委科技三等奖。
北京理工大学教师
李林[1]，男，汉族，47岁。1984年硕士毕业于北京工业学院，同年留校任教，现为北京理工大学信息科学技术学院光电工程系第一教研室副主任, 教授，博士生导师。并任全国光学和光学仪器标准化技术委员会委员，中国兵工学会光学专业委员会委员，中国光学学会会员，中国兵工学会会员，SPIE会员，长春光机所学报《光学精密工程》编委。
2.《计算机辅助光学设计的理论与应用》，第一作者，国防工业出版社，国防科技图书出版基金资助，2002年。
应用光学第一章
第一章
◆晶体
不可能有紫外到 红外都具有良好 的光学性质
晶体：具有晶格结构的固体。即构成晶体的 内部质子以点阵的形式在三维空间作 有规律的重复排列。例如：石英、岩 盐、萤石和其他碱金属卤化物的 块单晶体。
优点： 大部分的光学玻璃仅局限与紫外和可见 光波段，但有些晶体的透过范围看以从 紫外到红外，因此可以用来制作传播宽 波段电磁辐射的元件
实际光线沿着光程为极值的路线传播。
s ndl 极值
A b
（极大值，极小值或恒定值）
取极值的条件为：
S ndl 0
A
B
第一章
◆光的可逆性原理
内容：假定某一条光线，沿着一定的路线由Ａ
点传播到Ｂ点。如果在Ｂ点沿着出射光线按照 相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿 着同一条路径，由Ｂ点传播到Ａ点。
第一章
发光点
概念：光源作为光的辐射体，当光源直径远 小于光源辐射的作用距离时，我们 称光源为发光点。 类似于
物理中 的质点
特点：把光源当作一种无尺寸无大小的几何点 注意：任何被成像的物体都有无数发光点组成
第 一章
光线
当光束的直径＜＜其辐射距离时， 称该光束为光线，其方向沿着光的传播方向。 光线：携带能量的几何线，其方向为能量传 播的方向。
共轴球面光学系统：如果各光学元件均由球面组成，所 有的球心均位于同一条直线上，这样的光学系统就叫做 共轴球面光学系统。该直线就是整个系统的对称轴线， 为光轴。
第一章
透镜——光学系统正透镜：双凸，平凸，正月牙 透 镜 负透镜：双凹，平凹，负月牙
沿轴厚度比 边缘厚度大
第一章
小孔成像。
注意：衍射现象
应用光学 赵存华著 I 1-21章精选ppt课件
1.2.1 光线和光束
镜头（lens）系统又称为光学系 统(optical system)，在理想成像时 其波前要么是平面，要么是球面。 如图1.7所示，第一张图为平行光 会聚于像方焦点处，第二张图为有 限远物点成像于有限远像点，第三 张图为物方焦点发出的光线平行于 光轴射出。
1.2.2 光速
光波在透明均匀介质中是沿直线传播的，沿直线向前传播的速度称 为光速，通常用英文字母v表示
1.1.2 电磁波谱
400～760nm
380～760nm 390～780nm
1nm 10 3 μm 10 6 mm 10 9 m
1.1.2 电磁波谱
在电磁波谱里，可见光大约在380～760nm之间，按波长从长到 短依次分别呈现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色。这七种 色光其实分界并不完全准确，因为两种色光之间的界限本身就不明 显，过渡是一种渐进的过程。
德国科学家夫琅禾费 （Joseph von Fraunhofer）在研 究太阳光光谱时，把太阳光光 谱中在可见光区域内，某些明 显的线型用英文字母命名，称 为夫琅和费波长，列于右表。
波长/nm 404.6 435.8 480.0 486.1 546.1 587.6 589.3 643.8 656.3 706.5
普通高校“十三五”规划教材
应用光学
课件制作：袁俊茹、陈帅
教材
✓使用教材：
赵存华、丁超亮，应用光学，电子工业出版社，2017
✓参考书：
1.张以谟，应用光学（第三版），电子工业出版社，2011 2.李林，应用光学（第四版），北京理工大学出版社，2010 3.顾培森等，应用光学例题与习题集，机械工业出版社，2009 4.安连生，应用光学（第三版 ），北京理工大学出版社，2002
光学系统热效应及分析软件研制_李林
第20卷 第1期2000年2月北京理工大学学报Jo urnal of Beijing Instit ute o f T echnolog y V o l.20 No.1F eb.2000 文章编号:1001-0645(2000)01-0112-03光学系统热效应及分析软件研制李 林, 王 煊, 张丽琴, 张 波(北京理工大学光电工程系,北京 100081)摘 要:研究温度对光学系统的影响,讨论无热设计方法.采用温度热膨胀系数和光线追迹分析温度变化对光学系统结构参数的影响及成像质量的变化.研究表明,温度对光学系统的影响是明显的,无热设计是可行的.温度的热效率不可忽视,利用热效应分析光学设计软件可对光学系统的热效应进行有效分析.关键词:热效应;无热技术;光学设计;软件设计中图分类号:O 439 文献标识码:A收稿日期:19990303作者简介:李林,男,1957年生,副教授,硕士.在非常温、非常压环境下,光学系统所承受的温度、压力及辐射与地面差别极大,使得光学系统的曲率半径、透镜厚度及空气间隔、玻璃的折射率及固定零件等发生变化,从而引起成像质量的变化.在以上因素中,温度是最主要的.因此,设计者必须探索在空间环境下系统性能指标的变化,尤其是随温度的变化,采取措施防止系统性能恶化,以满足空间探测的要求.国外从40年代就开始了环境温度对光学系统像质影响的研究[1],提出了透镜无热设计(Athermal-isatio n )的概念.从70年代中期至今,国外在无热设计方面取得了一些进展,一些软件相继增加了环境温度分析模块.虽然在功能上还不能使设计者感到满意,但能在一定程度上帮助设计者在温度变化时对系统进行分析和修正.国内在这方面还处于起步阶段,常用的几种光学设计软件包目前尚未具备环境温度分析功能[2].1 温度变化对光学系统成像质量的影响温度变化对光学系统的影响主要有两个方面:一是温度变化d t 引起介质的折射率变化d n ,由此光程随之改变.定义折射率的温度系数为B g =d n /d t ,(1)式中 B g 是一个只和介质有关的系数,通常称为光学材料的折射率热系数.温度变化引起光学元件的厚度、空气间隔L 以及各折射面的面形发生变化,光线的光程亦因此而改变.把其用介质的线性热膨胀系数表示为l =(1/L )d L /d t .(2)在一定的温度范围内,l 是常数,不同介质的 l 不同.通常把温度环境分为均匀温度变化和具有径向温度梯度分布两种情况.均匀温度变化是指经过一瞬间后,从一稳定的温度状态到另一稳定的温度状态.而径向温度梯度分布,是指从一环境突然变化到另一环境,或是在稳定的外界热平衡条件下,热量以对流的方式从光学元件的表面流入,由于光学玻璃的低导热性,在元件的内部形成了从中心到边缘的径向温度梯度分布.对于单个透镜,当温度发生均匀变化时,设其焦距为f ,折射率为n ,则其焦距位移系数为x f =B g /(n -1)- l ,(3)xf 的大小决定了透镜焦距的变化量随温度的变化关系.对n 个薄透镜组成的系统,其温度焦距位移系数为xf =f f 1xf 1+f f 2x f 2+f f 3xf 3+…+f f n xf n ,(4)式(4)表明,系统中各元件的焦距位移之和等于总的焦距位移.对于径向温度分布,在半径为R 处的温度近似为t (R )≈t 0+ R2(5)其中 t 0为光轴处的温度; = t (R m )/R 2m ;R m 为边缘半径; t (R m )为轴上和边缘温度差.该式表明,在近似的情况下,温度分布与半径的平方成线性关系.对于光学系统,定义热光系数为g =B g /(n -1)+l ,(6)则光程函数E 可以近似表示为E = 0R 2/2-d 0(n -1) g R 2,(7)其中 d 0为系统厚度; 0R 2/2为对应高斯光焦度 0的无扰动球面波的光程;第二项表明引入温度梯度后,对应的光程差变化由热光系数 g 来控制.无热(Athermalisation)设计是通过一定的补偿技术,使光学系统在一较大的温度范围内保持焦距不变或变化很小.温度均匀变化对系统像质的影响有两方面: 装配材料热胀冷缩引起焦移; 光学材料的光学特性发生变化引起焦移.如果不考虑装配材料的影响,可直接利用光学材料间xf 的互补性,通过不同材料的适当组合消除热效应.对于径向梯度温度分布,热波像差可由各个分立透镜元件互相补偿得到校正.2 光学热效应分析软件(OTEAS )的研制作者研制的能对光学系统的热效应进行分析评估的软件的主要功能有[3]:几何像差和均匀温度效应计算 此功能可计算光学系统从一温度变化到另一温度时几何像差的值.还能输出均匀温度变化下系统各面面形的变化量、玻璃元件的伸缩量和空气间隔的变化量等参数.径向温度梯度分布效应计算 此功能可根据给定的几个温度采样点的温度数据,拟合出元件的径向温度分布多项式,并由此计算折射率的径向分布.此外,还能拟合出透镜的面形,进行光线追迹,计算出几何像差.光学材料热参数查询 软件内含光学材料热参数数据库,可在程序中查询光学材料的线性热膨胀系数、折射率温度系数等热参数值.径向温度梯度分布近似按径向高度的平方分布,因此可用一个二次多项式来拟合,即t h =a 1+a 2h 2,(8)其中 h 为距光轴的径向高度;a 1,a 2为待定系数.对此函数,根据用户输入的温度采样值,采113 第1期李 林等:光学系统热效应及分析软件研制114北京理工大学学报第20卷 用线性最小二乘法进行拟合.根据拟合出的温度分布函数,可得任意径向高度h处的折射率为n(h)=n20+(t h-20)B g=n20+(a1+a2h2-20)B g=n0+a2B g h2,(9)其中 n20为在20℃时介质的折射率;t h为该处的温度;B g为折射率温度系数.而轴上温度时的折射率值为n0=n20+a1B g-20B g.此时的光线轨迹公式为y=y0ch[(n0 /p)x]+[(q0/(n0 )]sh[(n0 /p)x]z=z0ch[(n0 /p)x]+[(L0/(n0 )]sh[(n0 /p)x]q=q0ch[(n0 /p)x]+y0n0 sh[(n0 /p)x].(10) L=L0ch[(n0 /p)x]+z0n0 sh[(n0 /p)x]p=p02=2a2B g/n0式(9)和式(10)就是在径向温度梯度分布n(h)=n0+a2B g h2的介质中光线的轨迹公式.当已知光线的初始位置坐标(x0,y0,z0)和方向余弦(p0,q0,L0),以及折射率温度系数B g时,结合所拟合出的温度分布参数a2,利用这两组公式就可求得任意x处的光线位置(x,y,z)和方向余弦(p,q,L).参考文献:[1] Gr ey D S.A ther malisatio n of optical systems[J].Jo urnal of optical society of A mer ican,1948,38(6):542～546.[2] 李 林,王 煊.环境温度对光学系统影响的研究及无热系统设计的现状与展望[J].光学技术,1997(5):26～29.[3] 王 煊.环境温度对光学系统影响的研究及环境温度分析软件的研制[D].北京:北京理工大学光电工程系,1998.Thermal Effects for Optical System andDesign of an Analysis ProgramLI Lin, WANG Xuan, ZHA NG Li-qin, ZHANG Bo(Departm ent o f O ptica l Engineer ing,Beijing Instit ut e of T echnolog y,Beijing100081) Abstract:To study the effects o f the tem peratur e v ariation on the optical sy stem, and discuss the method o f atherm alisatio n,the effects w er e analyzed by using the co-efficient of thermal expansion and w ith the method of ray tracing.T he ther mal ef-fects is distinct,how ev er athermalisation is feasible.The ther mal effects can not be ignored and the analy sis of the effects can be co mpleted with the metho d presented.Key words:thermal effect;atherm alisatio n techniques;optical design;progr am ming。
2019苏州大学硕士招生026光电科学与工程学院参考书目
基层招生单位（盖章）：光电科学与工程学院
学院
考试பைடு நூலகம்目
参 考 书目
初试
光电科学与工程 学院 复试
应用光学 信号与线性系统
电子技术基础 物理光学
《应用光学》，李林、黄一帆著，北京理工大学出版社，第五版。
《信号与线性系统》，管致中编，高等教育出版社，第四版。 《电子技术基础 -模拟部分》，康华光编，高等教育出版社，第六版。《电子技术基础 -数字部分 》，康华光编，高等教育出版社，第六版。 《物理光学》，梁铨廷主编，浙江大学出版社。
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v1 v2
n1,2
应用光学讲稿
SinI1 υ1
=
n = 1, 2
SinI2 υ2
第二种介质对第一种介质折射率等于第一种介质中的 光速与第二种介质中的光速之比。
折射率的物理意义
折射率与光速之间的关系
应用光学讲稿
sin I1 sin I2
v1 v2
n1,2
二、相对折射率与绝对折射率
1、相对折射率：
当几何光学不能解释某些光学现象，例如干涉 、衍射时，再采用物理光学的原理
应用光学讲稿
光线与波面之间的关系 • 波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面
t + Δt 时刻 t 时刻 A
应用光学讲稿
光线是波面的法线 波面是所有光线的垂直曲面 同心光束：由一点发出或交于一点的光束；
对应的波面为球面
应用光学讲稿
，折射角
N B
I1
R1
O I2
C N
应用光学讲稿
入射面：入射光线和法线所构成的平面
反射定律：反射光线位在入射面内； 反射角等于入射角 I1=R1。
折射定律：折射光线位在入射面内； 入射角正弦和折射角正弦之比，对两种一 定介质来说是一个和入射角无关的常数 。 Sin I1
Sin I2 = n1, 2
由
n Sin I1
Sin I2
＝
1, 2
n2
n 1, 2 =
n1
有
Sin I1 Sin I2
n2
=
n1
或 n1 Sin I1 = n2 Sin I2
应用光学讲稿
课堂练习：判断光线如何折射
I1 空气 n=1 水 n=1.33
I2
I1 玻璃 n=1.5 空气 n=1
应用光学讲稿
I1 空气 n小
c 玻璃 n大
成分均匀
透光
2、光线在两种均匀介质分界面上传播时: 反射定律，折射定律
应用光学讲稿
A
AO: 入射光线 OB: 反射光线 OC: 折射光线 NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹角
，入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹 角， 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹角
n1,2称为第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
对于不均匀介质
可看作由无限多的均匀介质组合而成，光线的 传播，可看作是一个连续的折射
直线传播定律 反射定律 折射定律 几何光学的基本定律
应用光学讲稿
第三节 折射率和光速
一、折射定律和折射率的物理意义
折射定律：
折射光线在入射面内
n Sin I1
应用光学讲稿
光线的概念
能够传输能量的几何线，具有方向
光线概念的缺陷
采用光线概念的意义： 1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象：
影子、日食、月食 2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计 的
应用光学讲稿
光线是能够传输能量的几何线，具有方向 光波的传播问题就变成了几何的问题 所以称之为几何光学
像散光束：不严格交于一点，波面为非球面
应用光学讲稿
平行光束
波面为平面
应用光学讲稿
第二节 几何光线基本定律
一、光的传播现象的分类
灯泡
空气
玻璃
应用光学讲稿
光的传播可以分类为： 1、光在同一种介质中的传播； 2、光在两种介质分界面上的传播。
应用光学讲稿
二、几何光学基本定律 1、光线在同一种均匀透明介质中时： 直线传播
空气 n小
玻璃 n大
应用光学讲稿
第四节 光路可逆和全反射
一、光路可逆 1、现象
A
B
应用光学讲稿
2、证明
直线传播：
A
B
反射：I1=R1
A
R1=I1
ห้องสมุดไป่ตู้折射：
n1 Sin I1 = n2 Sin I2
n2 Sin I2 = n1 Sin I1
B I1 R1
I2 C
应用光学讲稿
3、应用 光路可逆：
求焦点 光学设计中，逆向计算：目镜，显微物 镜等
Sin I2
＝
1, 2
n1,2 : 第二种介质相对于第一种介质的折射率
应用光学讲稿
A
NQ
I1
P
Q´
1
O
2
I2
12 O´
N´
QQ '
OO '
QQ' v1t OO' v2t sin I1 OQ' sin I2 OQ'
sin I1 sin I2
QQ ' OO '
n1,2
sin I1 sin I2
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率：
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率： n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率： n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
n
1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1.62 1.64 1.66
I0
41°4 41°8’ 40°3 39°5 39°1 38°4 37°7’ 37°7’ 37°3’
应用光学讲稿
二、全反射 1、现象
空气
I2
O1
O2
水
I1 R1
A
O3
O4
I0
应用光学讲稿
2、发生全反射的条件
必要条件： n1>n2 由光密介质进入光 疏介质
充分条件： I1>I0 入射角大于全反射角
sin
I0
n2 n1
1870年，英国科学家丁达尔全反射实验
应用光学讲稿
当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻 璃的折射率不同、对应的临界角不同
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播
物理光学： 研究光的本性，并由此来研究各种光学现象
几何光学： 研究光的传播规律和传播现象
应用光学讲稿
可见光：波长在400-760nm范围 红外波段：波长比可见光长 紫外波段：波长比可见光短
第一章 几何光学基本原理
应用光学讲稿
本章要解决的问题：
光是什么？－－光的本性问题 光是怎么走的？－－光的传播规律 像与成像的概念 对成像的要求
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
研究光的意义: 90%信息由视觉获得,光波是视觉的载体
光是什么？弹性粒子－弹性波－电磁波－波粒二象性 1666年：牛顿提出微粒说，弹性粒子 1678年：惠更斯提出波动说，以太中传播的弹性波 1873年：麦克斯韦提出电磁波解释，电磁波 1905年：爱因斯坦提出光子假设 20世纪：人们认为光具有波粒二象性
应用光学讲稿
可见光：400-760nm 单色光：同一种波长 复色光：由不同波长的光波混合而成
频率和光速，波长的关系 c
在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变
应用光学讲稿
几何光学的研究对象和光线概念
• 研究对象 不考虑光的本性 研究光的传播规律和传播现象
特点
不考虑光的本性，把光认为是光线