工程光学郁道银
郁道银 工程光学-物理光学答案整理
第一章 光的电磁理论基础1．一平面电磁波可表示为 x E = 0 ，y E = 2cos[2π×1014（c z-t ）+2π] ,z E = 0,求： （1）该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位？ （2）波的传播方向和电矢量的振动方向？ （3）相应的磁场B 的表达式？解：（1）由y E = 2cos[2π×1014（c z-t ）+2π]知： 频率：f=1014（Hz ）λ=ct=c/f =ss m 114810103⨯=6103⨯(m) )(3m μ= A=2(m v ) 0ϕ=2π （2）传播方向Z , 振动方向Y 。
（3）相应磁矢量B 的大小εμ1=B E C = 881067.01032-⨯=⨯=B ()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯-=-002102cos 1067.0148z y x B B T t c z B ππ2.在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示为21510cos 10(),0,00.65x y z zE t E E cπ=-==，求：（1）光的频率、波长、振幅；（2）玻璃的折射率；（3）光波的传播方向和电矢量的振动方向。
解：（1）由21510cos 10()0.65x zE t cπ=-可知： 15141051022f ωπππ===⨯15220.39100.65um kcππλπ=== A=2(m v )xz(v)0Z H E =⨯y(E)(H)（2） 1.53c c n v fλ=== （3）传播方向Z , 振动方向X 。
3. 已知：h=0.01mm 5.1=μnm 500=λ 插入前后所引起的光程位相变化求光程的位相变化 解：)(10501.05.001.0101.05.13mm l -⨯=⨯=⨯-⨯=∆ )(202rad lππλϕ=⨯∆=∆4．已知: ()t a E ωα-=111cos ，()t a E ωα-=222cosHz 15102⨯=πω ，m v a 61= ，m v a 82= ，01=α，22πα=求：合成波表达式解：()()t a t a E E E ωαωα-+-=+=221121cos cos()t A ωα-=cos)cos(2212122212αα-++=a a a a Am v 100c o s 86264362=⨯⨯++=π3406806cos cos sin sin 22112211=++⨯=++=αααααa a a a tg)(927.01801.531.53)34(rad arctg o =⨯===πα ())(102927.0cos 105m v t E ⨯-=π5． 已知：()t A x E c zx -=ωcos 0 ，()[]450cos πωω+-=t A y E c z y求：所成正交分量的光波的偏振态 解：由已知得 A a a ==21，454512πωπωαα=⋅-+⋅=-c z c z 代入椭圆方程：()()1221221222212sin cos 2αααα-=--+a a E E a E a E y x y x2122222222=-+A E E A E A E y x y x ()2245sinsin 12-==-παα <0 ∴右旋椭圆光1λ椭圆长轴与x 轴夹角ψ ∞=-=ψδcos 22222121a a a a tg oo 902702==ψ∴或 又2345ππδπ<=< 的解舍去o 902=ψ∴o 2702=ψ∴ o135=ψ 第二章光的干涉和干涉系统１。
工程光学课后答案(郁道银版)
《工程光学》郁道银版第一章1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
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：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
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3.光旳折射定律和反射定律
如图所示，入射光线AO入射到 两种介质旳分界面PQ上，在O点发生 折反射，其中，反射光线为OB，折 射光线为OC， NN ' 为界面上O点处 旳法线。入射光线、反射光线和折射
光线与法线旳夹角 I、 I" 和 I '分别称
为入射角、反射角和折射角，它们均 以锐角度量，由光线转向法线，顺时 针方向旋转形成旳角度为正，反之为 负。
发生全反射旳条件可归结为: （1）光线从光密介质射向光疏介质； （2）入射角不小于临界角。
光纤光纤一般用d = 5-60μm旳透明丝作芯料，为光密介 质；外有涂层，为光疏介质。只要满足光线在其中全反 射，则可实现无损传播。
光纤按折射率随r分布特点可分为均匀光纤和非均匀光纤 两种。其中非均匀光纤具有光程短，光能损失小，光透 过率高等优点。
在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以能够 以为光波波面法线就是几何光学中旳光线。
5、光束
与波面相应旳法线（光线）旳集合，称为光束，相应于波 面为球面旳光束称为同心光束。
球面光波相应旳同心光束按光旳传播方向不同又分为会聚 光束和发散光束。会聚光束全部光线实际经过一种点。
与平面波相相应旳是平行光束，是同心光束旳一种特殊形 式
我们主要研究旳就是共轴球面系统和平面 镜、棱镜系统。
透镜据形状不同可分为两大类：会聚透镜或
正透镜（焦距>0），特点是边薄心厚，多种 形状旳正透镜见图（a）所示；发散透镜或负 透镜，特点是心薄边厚，如图（b）所示。
正透镜旳成 像：如图所 示
物点和像点：
像散光束：
二、完善成像旳概念
发光物体能够被分解为无穷多种发光物点，每个物点发 出一种球面波，与之相应旳是以物点为中心旳同心光束。经 过光学系统之后，该球面依然是一球面波，相应旳光束仍是 同心光束，那么，该同心光束旳中心就是物点经过光学系统 后所成旳完善像点。
工程光学郁道银第二版习题解答
工程光学习题解答 CH11、 生活中有很多光学现象，例如，两个手电筒的发出的光在空气中相遇后又独自的直线转播，平面镜成像，水底的鱼看起来比实际浅等都符合光学基本定律。
2、 根据公式v=c/n 可得：光在水中的传播速度为：v=2.25×108m/s 光在冕牌玻璃中的传播速度为:v=1.987×108m/s 光在火石玻璃中的传播速度为：v=1.82×108m/s 光在加拿大树胶中的传播速度为：v=1.96×108m/s 光在金刚石中的传播速度为：v=1.241×108m/s3、 根据题意可得，可以设x 为屏到孔的距离，根据几何关系有如下式子成立：=+50x x 7060,可以解得x=300mm 4、 见图,本题涉及到全反射现象。
金属片边缘点发出光线照射到玻璃另一面是光密介质传入光疏介质，符合全反射条件，=θ∠ACB,有公式：,15.1sin 90sin =θ32sin =θ， D=2L CD +1=358.77mm图1.1习题45、①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上，②入射角等于或大于临界角．这两个条件都是必要条件，两个条件都满足就组成了发生全反射的充要条件。
6、只要证明入射角和出射角相等就可以。
7、见下图，可知，光线通过光学原件后偏角为：δ=αθ-，有1s i n s i n n=∂θ，由于∂,θ都很小，可知，∂=∂=sin ,sin θθ，得δ=αθ-=)1(-∂n图1.2 题78、见课本图1.6所示，数值孔径一般代表光纤传播光的能力。
记为NA 。
根据三角函数关系及其全反射临界条件有：=Im sin 90sin 21n n ，,01Im)90sin(1sin n n I =-解得NA=n 0sin I 1=2221n n -.9、光在冕牌玻璃中的折射率为n=1.51，由全反射临界条件：∂sin 90sin =n,由图可以知道，β=45o -∂，将n=1.51代人，可以解得θ=5o 40'。
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。
折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。
工学光学工程郁道银第三版课后答案 物理光学
第十一章 光的电磁理论基础1. 一个平面电磁波可以表示为140,2cos[210()],02x y z z E E t E cππ==⨯-+=,求(1)该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位？（２）拨的传播方向和电矢量的振动方向？（３）相应的磁场Ｂ的表达式？解：（1）平面电磁波cos[2()]zE A t cπνϕ=-+ 对应有1462,10,,3102A Hz m πνϕλ-====⨯。
（2）波传播方向沿z 轴，电矢量振动方向为y 轴。
（3）B E →→与垂直，传播方向相同，∴0By Bz ==814610[210()]2z Bx CEy t c ππ===⨯⨯-+２. 在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示2150,0,10cos 10()0.65y z x zE E E t cπ===-，试求（1）光的频率和波长；（2）玻璃的折射率。
解：（1）215cos[2()]10cos[10()]0.65z zE A t t ccπνϕπ=-+=- ∴1514210510v Hz πνπν=⇒=⨯72/2/0.65 3.910n k c m λππ-===⨯（2）8714310 1.543.910510n c c n v λν-⨯====⨯⨯⨯ 3.在与一平行光束垂直的方向上插入一片透明薄片，薄片的厚度0.01h mm =,折射率n=1.5,若光波的波长为500nm λ=,试计算透明薄片插入前后所引起的光程和相位的变化。
解：光程变化为 (1)0.005n h mm ∆=-=相位变化为)(20250010005.026rad πππλδ=⨯⨯=∆= 4. 地球表面每平方米接收到来自太阳光的功率为 1.33kw,试计算投射到地球表面的太阳光的电场强度的大小。
假设太阳光发出波长为600nm λ=的单色光。
解：∵22012I cA ε== ∴1322()10/I A v m c ε=5. 写出平面波8100exp{[(234)1610]}E i x y z t =++-⨯的传播方向上的单位矢量0k 。
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。
工程光学课后答案完整版_机械工业出版社_第二版_郁道银（1）
工程光学课后答案完整版_机械工业出版社_第二版_郁道银（1）第一章习题1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
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：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
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第二章1、针对位于空气中的正透镜组()0'>f 及负透镜组()0'<f ，试用作图法分别对以下物距 ∞---∞-,,2/,0,2/,,2,f f f f f ,求像平面的位置。
解：1.0'>f ()-∞=l a('b()'f fl c =-=((e ()2/'2/f f l f -==')(f f l g -==lh-'=f=(f22) Array l i)(=+∞2.0'<f(+∞=l i )(2、 已知照相物镜的焦距f’＝75mm,被摄景物位于（以F 点为坐标原点）=x ,2,4,6,8,10,m m m m m -----∝-处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远的地方。
解： （1）x= -∝ ，xx ′=ff ′ 得到：x ′=0（2）x ′=0.5625 （3）x ′=0.703 （4）x ′=0.937 （5）x ′=1.4 （6）x ′=2.813、.设一系统位于空气中，垂轴放大率*-=10β，由物面到像面的距离（共轭距离）为7200mm ，物镜两焦点间距离为1140mm 。
求该物镜焦距，并绘出基点位置图。
解:∵ 系统位于空气中，f f -='10''-===ll y y β由已知条件：1140)('=+-+x f f7200)('=+-+x l l解得：mm f 600'= mm x 60-=4、已知一个透镜把物体放大*-3投影到屏幕上，当透镜向物体移近18mm 时，物体将被放大*-4，试求透镜的焦距，并用图解法校核之。
解：方法一：31'11-==l l β⇒()183321'1--=-=l l l ①42'22-==l l β⇒2'24l l -= ②1821+-=-l l⇒1821-=l l ③'/1/1/11'1f l l =-'/1/1/12'2f l l =-将①②③代入④中得 mml2702-=mm l 1080'2-=∴ mm f 216'= 方法二： 311-=-=x fβ⇒ 2'21'1/1/1/1/1l l l l -=- ④422-=-=x fβ ⇒mmf 216-=1812=-x x方法三： 12)4)(3(21''=--==∆∆=ββαnn x x2161812'-=⨯=∆x''fx -=β143''''2'121=+-=∆=+-=-∴fx fx x ββmmx f216''=∆=∴5、一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为-1x,今以另一个薄透镜紧贴在第一个透镜上，则见像向透镜方向移动20mm ，放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少？ 解：6、有一正薄透镜对某一物成倒立的实像，像高为物高的一半，今将物面向物体移近100mm ，焦距。
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
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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。
工程光学郁道银课程设计
工程光学郁道银课程设计简介工程光学郁道银课程设计是基于工程光学领域的一个设计项目，旨在帮助学生将理论知识应用于实际应用中，提高学生的设计能力和解决问题能力。
该课程设计是由专业的工程光学教师郁道银授课，内容包括工程光学基础知识、光学元件、光学系统设计等。
设计目的该课程设计的目的是使学生掌握工程光学设计的基本原理和方法，能够应用所学知识实际解决实际问题。
同时，该课程设计也旨在提高学生的实践能力和创新精神，为学生未来的职业发展打下坚实基础。
设计内容该课程设计的主要内容包括以下几个方面：工程光学基础知识在课程设计的开始阶段，郁道银教授将深入介绍光学的基础知识，包括光的传播、反射、折射、干涉等基本概念。
并引入光学系统的概念和相应的数学理论，为后续的光学系统设计打下基础。
光学元件在工程光学系统中，光学元件是必不可少的组成部分。
在课程设计中，学生将会学习到不同光学元件的基本原理和特点，并对不同的光学元件组合进行分析和优化，从而设计出最优的光学系统。
光学系统设计在课程设计的最后阶段，学生将根据实际情况设计出适合的光学系统，包括硬件和软件部分。
在设计的过程中，学生需要考虑多方面的因素，例如光束走向、成像质量、光学元件的选用等。
最终，学生需要根据设计结果作出评价，并提出优化方案。
设计过程该课程设计的整个过程分为三个阶段：阶段一：选题和背景调查在这个阶段，学生需要进行选题和背景调研，确定设计题目和相应的研究方向。
学生需要深入了解相关领域的情况，包括市场需求、技术现状、竞争对手等，从而为后续的光学系统设计打下基础。
阶段二：理论分析和实验验证在这个阶段，学生需要对所学理论进行分析，并进行相应的实验验证。
学生需要根据实验结果不断调整和优化设计方案，提高光学系统的成像质量和稳定性。
阶段三：收尾工作和验收在这个阶段，学生需要完成课程设计的收尾工作，包括论文撰写、实验报告、成果展示等。
学生需要以专业的态度和创新精神完成所有工作，并通过验收得到认可。
工程光学 郁道银 第四版
工程光学郁道银第四版引言工程光学是研究光的传播与应用的学科，它广泛应用于各个工程领域，包括光学制造、光学测量、光学设计等。
本文将主要介绍《工程光学郁道银第四版》一书的内容，包括作者简介、书籍概述以及主要章节内容等。
作者简介郁道银，清华大学教授，光学工程专家，是中国著名光学工程学者之一。
他在光学设计、测量和制造领域取得了许多重要成果，并且在多家国际知名期刊上发表了大量关于光学工程的研究论文。
郁道银教授还曾获得过多个国际光学工程奖项，对于推动中国光学工程学科的发展作出了重要贡献。
书籍概述《工程光学郁道银第四版》是郁道银教授的经典著作之一，该书是光学工程领域的权威教材，也可作为工程光学专业人员的参考手册。
本书主要涵盖了光学的基础理论、光学系统的设计原理及方法、光学测量技术以及光学制造等内容。
主要章节内容第一章光的基本概念本章主要介绍了光的基本概念，包括光的波粒二象性、光的传播方式、光的干涉等。
通过对光的基本属性的介绍，读者可以对光的性质有一个初步的了解。
第二章光的衍射本章详细讲解了光的衍射现象，包括菲涅尔衍射、菲涅尔近似、费马原理等。
读者可以通过本章了解到光的衍射现象及其在光学系统设计中的应用。
第三章光的传输理论本章内容主要涉及光学系统中的光线传输理论，包括光线的传播路径、光束的传输特性、光束放大与损耗等。
通过学习本章内容，读者可以了解光在光学系统中的传输规律及其应用。
第四章光学系统的设计本章重点介绍了光学系统的设计原理及方法。
包括折射定律、几何光学理论、光学仪器的设计方法等。
通过学习本章内容，读者可以学会如何设计出符合要求的光学系统。
第五章光学测量技术本章涵盖了光学测量技术的基础知识，包括干涉测量、衍射测量、相移技术等。
读者通过学习本章内容，可以了解到光学测量技术的原理及应用，并且能够掌握一些光学测量的方法。
第六章光学制造技术本章重点介绍了光学制造技术，包括光学元件的加工方法、光学表面的制造及加工过程等。
郁道银 工程光学-应用光学答案整理
（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
第二面镀膜，则：
得到：
（4） 在经过第一面折射
(2)
由（1）式和（2）式联立得到n0.
4、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。
解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决，
1、针对位于空气中的正透镜组 及负透镜组 ，试用作图法分别对以下物距
,求像平面的位置。
解：1.
2.
2、已知照相物镜的焦距f’＝75mm,被摄景物位于（以F点为坐标原点） 处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远的地方。
解：（1）x= -∝，xx′=ff′得到：x′=0
（2）x′=0.5625
（3）x′=0.703
8.白光经过顶角α= 的色散棱镜,n=1.51的色光处于最小偏向角。试求其最小偏向角及n=1.52的色光相对于n=1.51的色光间的夹角。
解：
sin
答：所求夹角为 。
9.如图3-32所示，图a表示一个单光楔在物镜前移动;图b表示一个双光楔在物镜前相对转动；图c表示一块平行平板在物镜前转动。问无限远物点通过物镜后所成像点在位置上有什么变化？
3、.光纤芯的折射率为 ，包层的折射率为 ，光纤所在介质的折射率为 ，求光纤的数值孔径（即 ，其中 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
大学工程光学郁道银光学习题很全解答
第一章习题1、真空中的光速c＝3m/s，求光在水〔〕、冕牌玻璃〔〕、火石玻璃〔〕、加拿大树胶〔〕、金刚石〔〕等介质中的光速。
解：那么当光在水中，时，m/s,当光在冕牌玻璃中，时，m/s,当光在火石玻璃中，n＝时，m/s，当光在加拿大树胶中，时，m/s，当光在金刚石中，时，m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，假设将屏拉远50mm，那么像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线那么方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，那么可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃〔设〕，下面放一直径为1mm的金属片。
假设在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,那么根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1,n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立〔1〕式和〔2〕式可以求出纸片最小直径，所以纸片最小直径为。
4、光纤芯的折射率为 n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径〔即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角〕。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律那么有：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，那么有：(2)由〔1〕式和〔2〕式联立得到n0sinI1.5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率的玻璃球上，求其会聚点的位置。
第6章工程光学郁道银
二、像差计算的谱线选择
1、原则
单色像差：选择接收器最灵敏的谱线。 复色像差：选择接收器能接收的波段范围的两边缘附近的谱 线校正。 同时接收器的光谱特性也直接受光源和光学系统的材料限 制，三者合理匹配。
2、 目视光学仪器
人眼为接收器，波长范围是380~760nm，灵敏波长是 λ=555nm 。 所 以 ， 一 般 选 择 D光 （ λ=5 89 .3 nm ） 和 e 光 （λ=546.1nm）校正光学单色像差。用F光（λ=486.1nm） 和C光（λ=656.3nm）校正色差。（阿贝数定义参见教材）
32
轴上点球差
正透镜： l’ > L’ >0 L’<0 即：孔径角最大的光束聚焦最近 负透镜： l’ < L’ <0 L’>0 即：孔径角最大的光束聚焦最远
负球差 正球差
L L l
' '
'
Lm
-L= -l l’
-
Lm
折射球面，有三个特殊的物点位置（齐明 点）无论球面的曲率半径如何，均不产生球差。 即：物体在这三个点时，所有不同孔径角的光束会会 聚到同一点（完善像）。
6. 紫外光学系统
对i’光(λ=365.0nm)消单色像差，对 λ=257.0nm光和h 光(λ=404.7nm) 消色差。
7. 特殊光学系统
针对特定波长消单色像差，无需消色差。
第二节 光线的光路计算
已知条件：
光学系统的结构参数（r,d,n） 物体的位置和大小 入瞳的位置和大小
要解决的问题：
理想像的位置和大小 像差
（1）当物点位于球心时， L’=L=r，像点也 位于球心，此时=n/n’；
（2）当物点位于球面顶点时， L’=L=0，像
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1、孔径光阑在物镜上
1) 入瞳与物镜边框重合；
2) 由于调焦不精确，引 起像平面和标尺平面 不重合，从而导致测 量误差。
(b) 调焦不准：
2、孔径光阑在物镜 的像方焦平面上
(a) 测距原理：
1) 入瞳位于物方无穷远。
2) A和A1、B和B1的主 光线分别重合，且 轴外点的主光线平 行于主轴。
(b) 调焦不准：
转像
2、光学参数
★物镜焦距： f物' 108mm
★出瞳直径： D' 5mm
★视觉放大率： 6
★目镜焦距：f目 18mm ★出瞳距离：lz 11mm
★视场角： 2 8o30
f物
f目
与人眼联用, 满足光瞳衔接原则
D
D
望远镜系统简化图
复习：第二章
★目视光学系统的视角放大率：
tan tan
三、望远镜系统光束限制的总结
1、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于6mm； 3、孔径光阑大致在物镜左右； 4、分划板就是视场光阑。
第四节 显微镜系统中的光束限制和分析 一、简单显微镜系统中的光束限制
1、显微镜系统的构成
二、远心光路
(a) 测距原理：
例1：现有一照相机，其物镜f′=75mm，现以常摄距离 p=3m进行拍摄，光圈的相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之 比)分别采用1/3.5和1/22，试分别求其景深。
人眼的极限分辨角：
1 0.00029rad
1
2
4ap2 4a2 p2
2
解：1) D 1 / 3.5 2a D f 21.43mm
2a 2 p tanU
4 p
4 tan2
tan U
U
2
2a ,U ,
2a
u
眼睛
p
p
例：照相机的原理图
光圈大小对于景深的影响
2a 2 p tanU
4 p tanU 4 tan2 U 2
2a ,U ,
对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大
孔径光阑——光圈
相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之比)
hz物
hz分 hz目
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
1）光阑在物镜的左侧10mm（ω=4.25°）：
hz物 lztg( 4.25o ) 10mm tg( 4.25o ) 0.75mm；
hz分 y f物 tg( 4.25o ) 8mm；
即，远景深度： 1
p2 1 2a p
2a p 0
p 2a （对准平面）
近景位置： p2
p 2
p
p22 2a p
p 2
a
★景深：自入瞳前距离a/ε处的平面起至无限远。
2、照相物镜调焦到无限远： p （对准平面）
p2
2ap 2a z2
z2 p
近景位置：p2
2a
★景深：自入瞳前距离2a/ε处的平面起至无限远。
★对准平面的弥散斑直径： z1 z2
★景像平面的弥散斑直径： z1 z1 z2 z2
★由相似三角形得：
z1 p1 p 2a p1
z2 p p2 2a p2
z1
2a
p1 p1
p
z1
2 a
p1 p1
p
z2
2a
p p2 p2
z2
2 a
p
p2 p2
z1, z2 ~ a, p, p1, p2
通
Z
2）光阑在物镜上：
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
hz物 lz tg( 4.25o ) 0 tg( 4.25o ) 0
hz分 y f物 tg( 4.25o ) 8mm；
tgU物
tg( 4.25o )
hz物 f物
tg( 4.25o )
f
3.5
4ap2 4a2 p2 2
243.98mm
0.24398m
2) D 1 / 22 2a D f 3.41mm
f
22
4ap2 4a2 p2 2
1637.37mm 1.63737m
不同光圈的效果
F/3.5 F/11
F/32
三、特例
1、使对准平面前的整个空间都能在景像平面上成清晰像：
远处物体经系统所成的像对眼睛张角的正切，与该 物体直接对眼睛张角的正切之比。
*概念区别：角放大率 tan f1
tan
f2
3、分划板 —— 视场光阑
入
f物
f目
瞳
D
tan f物
tan
f目
出
瞳
D
D f物 f物
D f目 f目
望远镜系统简化图
D D
分划板位于物、目两镜的共同焦面上： 入射窗、出射窗均在无穷远处， 分别与物、像面重合。
y
以下推导 不考虑正负号
眼睛
u
：人眼的
极限分辨角
p
p
清晰像：弥散斑直径对人眼的张角< 人眼的极限分辨角 1 ~ 2
★景像平面（照片）上弥散斑直径的允许值
D y p p
y
z z1 z2 D p
★对准平面上对应弥散斑的允许值： z
z1
z2
z
p
★远景、近景到入瞳的距离：
z1
2a
p1 p1
hz目 hz物 dtgU物 0 [ f物 ( f目)]tg( 4.25o ) 9.36mm；
tgU目
tgU目
hz目 f目
tgU物
hz目 ； f目
lz hz目 tgU目 21mm；
3）光阑在物镜右侧10mm：
1 1 1 lz' l f物
1 lz
1 10
1 108
lz
11mm
hz物 lztg( 4.25o) 11 tg( 4.25o) 0.82mm
END4
（一）长景深的照片
（二）短景深照片
作业-1
图3-2
作业-2 第4章课后习题4
★ 对准平面外的空间点，在景象平面产生一个弥散斑。 弥散斑的直径与入瞳直径、与景象平面的距离有关。
二、光学系统的景深
★ 成像空间的景深：
1 2
在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度。
近景平面
远景 平面
入瞳中心： 物空间参数 的起算原点Leabharlann p2 p p1p1 p
p2
出瞳中心： 像空间参数 的起算原点
从而对后面系统的口径要求最小。 场镜起到使前后系统的光瞳衔接的作用。
-1×转像系统
★ 场镜：与像平面重合、或者很靠近像平面的透镜。
场镜的应用
四、显微镜系统光束选择的总结
1、一般情况，孔径光阑在显微物镜上；
2、一次实像面处安放视场光阑；
3、测长显微镜，孔径光阑在显微物镜焦平面上 ——物方远心光路
4、长光路显微镜系统： 利用场镜达到前后系统的光瞳衔接， 减小光学零件尺寸。
工程光学
第4章 -2 光学系统中的光阑
与光束限制
本章内容提要
第一节 光阑 第二节 照相系统的光阑 第三节 望远镜系统中成像光束的选择 第四节 显微镜系统中的光束限制与分析 第五节 光学系统的景深 第六节 数码照相机镜头的景深（自学）
第三节 望远镜系统中成像光束的选择
一、双目望远镜的组成
1、构成
物镜、目镜的 共同焦面上
p
z2
2a
p
p2 p2
p1
2ap 2a z1
p2
2ap 2a z2
★远景、近景到对准平面的距离：
1
p1
p
pz1 2a z1
2
p
p2
pz1 2a z2
1
p2 2a p
2
p2 2a p
1, 2 ~ (2a, p, )
★总成像深度——景深
1
2
4ap2 4a2 p2 2
★物方孔径角U：轴上物点-入瞳边缘连线与光轴的夹角。
z1, z2是否可以看做一个几何点，取决于其对观测元件的张角！
两个因素：观测距离、极限分辨角
以照相机为例，分析人眼看照片认为是清晰图像的情况：
★ 正确透视距离：观察距离满足照片上各点对人眼睛的张 角，与直接观察空间时各对应点对眼睛的张角相等。
tan y tan ' y'
p
D
D y' p p
3) 主光线是物点成像
光束的中心轴，则
物点A1 B1在刻尺平
面构成的两个弥散
斑的中心间隔始终
不变。
—— 物方远心光路
三、场镜的应用
1、长光路显微镜系统
-1×透镜转像系统：加长光路。
缺点：出射主光线的投射太高，要求物镜后面系统的口径 必须非常大。
2、降低主光线，减小后续光路口径的办法
★ 实际设计： 在-1×转像透镜前、物镜的实像面处加场镜。 ★ 效果：主光线经场镜后通过-1×转像透镜中心，
tgU物
tg( 4.25o )
hz物 f物
tg( 4.25o )
0.75 108
hz目 hz物 dtgU物 hz物 [ f物 ( f目)]tgU物 9.25mm；
y f tan
D （2 h+h ） tgU目
tgU目
hz目 f目
tgU物
hz目 ； f目
lz hz目 tgU目 20.5mm.
第五节 光学系统的景深
同一位置不同景深的效果
一、光学系统的空间像