应用光学内容
第十五章 应用光学
1,大孔径物镜
1)匹兹万物镜 ) A,没考虑场曲的校正,两个分开的镜组均是正光焦度; ,没考虑场曲的校正,两个分开的镜组均是正光焦度; B,不利于场曲校正,也利于其它象差的校正:镜头的场曲只靠象散 ,不利于场曲校正,也利于其它象差的校正: 的平衡得到部分的补偿; 的平衡得到部分的补偿; C,两个镜组承担了全部孔径负担,容易校正球差; ,两个镜组承担了全部孔径负担,容易校正球差; D,常用作放映镜头,较大的相对孔径, / f ′ = 1 / 2 ;偏小的视 ,常用作放映镜头,较大的相对孔径, D 场, 2ω = 16 .
2 2
2
πKB 2a πKB D 1)物在无限远, β=0, 0 = )物在无限远, = E′ f ′ 4 4 f
2)物在有限远, β<0, βz>0, )物在有限远, β<0, >0,
βz β
βz
<1
′ E0 <
πKB D
4 f
2
2
=-1 对称物镜), 当 β=-1, βz=1(对称物镜), 3)大视场物镜 )
2)超广角物镜
A,视场角 2ω > 90 的物镜为超广角物镜; , 的物镜为超广角物镜; B,问题:象面边缘照度下降厉害; ,问题:象面边缘照度下降厉害; 边缘照度下降厉害 C,结构形式:超广角物镜多采用对称式结构; ,结构形式:超广角物镜多采用对称式结构; 对称式结构 反远距型物镜不适用于超广角物镜的结构要求, 反远距型物镜不适用于超广角物镜的结构要求,因为其结 构的不对称,难于校正好垂轴象差. 构的不对称,难于校正好垂轴象差. D,象面照度不均匀:采用象差渐晕即保留光阑彗差的方法; ,象面照度不均匀:采用象差渐晕即保留光阑彗差的方法; 照度不均匀 光阑彗差的方法 增大轴外光束的口径,而使轴上光束口径保持不变. 增大轴外光束的口径,而使轴上光束口径保持不变. E,球壳型结构:是由两个反远距物镜对称于光阑放置而成. 球壳型结构:是由两个反远距物镜对称于光阑放置而成. 光阑放置而成 最外面的两块负透镜为球状薄壳,故称为球壳型结构. 最外面的两块负透镜为球状薄壳,故称为球壳型结构. 对称于光阑的两部分产生的光阑彗差数值相等,符号相反. 对称于光阑的两部分产生的光阑彗差数值相等,符号相反.
最新应用光学第一章PPT课件
Applied Optics
❖ 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性， 那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光 抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统 成像。
问题变得简单 而且实用！
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Applied Optics
几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在
介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
《墨经》 欧几里德《反射光学》 阿勒·哈增《 光学全书》 开普勒、斯涅尔、笛卡儿、费马
折射定律的确立，使几何光学理论得到很快的 发展。
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Applied Optics
应用光学研究内容
❖研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的 原理和应用。 ❖“应用”包含两层意思：
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
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Applied Optics
三、光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向 四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位相 同的点构成的面 称为波面
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方 向，波面上的法线束称为光束
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Applied Optics
❖ 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波
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Applied Optics
物像的虚实
在凸透镜2f 外放一个点燃的蜡烛，后面放一个纸屏， 当纸屏放到某一位置时，会在屏上得到蜡烛清晰的 像。
※ 由实际光线成的像，称为实像。
如电影，幻灯机，照相机成像
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Applied Optics
有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法 在屏上得到
F’ F’
40
Applied Optics
n' B
应用光学课件-PPT
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
第二章：应用光学——高斯光学
高斯光学的历史背景
创始人：卡尔·弗里德里希·高斯 形成时间：19世纪初 目的：研究光的传播和成像 应用领域：光学仪器、光学设计、光学测量等
高斯光学的基本原理
基本概念：高斯光学是研究光在均匀介质中的传播和聚焦的学科 基本原理：光的传播遵循高斯定理即光在均匀介质中的传播速度与介质的折射率成正比 应用领域：高斯光学广泛应用于光学仪器的设计和制造如显微镜、望远镜等 发展历程：高斯光学起源于19世纪初经过不断发展和完善已成为光学领域的重要分支
高斯光束的变换
变换原理：基于高斯光束的 性质和光学原理
变换类型：包括平移、旋转、 缩放等
变换应用：在光学测量、成 像、通信等领域有广泛应用
变换效果：可以实现对高斯 光束的精确控制和调整提高
光学系统的性能和效率。
高斯光束的耦合与分离
耦合：将两个或多个高斯光束合并为一个光束 分离：将高斯光束分解为两个或多个光束 应用：在光学通信、光学测量、光学成像等领域有广泛应用 技术：包括光束整形、光束耦合、光束分离等技术
03
高斯光学的应用
高斯光束的传输
光束传输：高斯光束在传输过程中保持其形状和强度不变 应用领域：高斯光束广泛应用于激光通信、激光加工、激光医疗等领域 传输特性：高斯光束具有较好的传输特性如低发散、低损耗等 传输距离：高斯光束的传输距离取决于其功率、波长和传输介质等因素
高斯光束的聚焦
聚焦原理：高斯光束在传播过程中保持其形状和强度不变 应用领域：激光切割、焊接、打标等 聚焦方法：使用透镜或反射镜进行聚焦 聚焦效果：高斯光束的聚焦效果取决于其形状和强度
感谢观看
汇报人：
实验结果：高斯光束具有很好的聚焦特性能量分布均匀符合高斯分布
实验结论：高斯光束在光学实验和实际应用中具有重要价值可用于激光加工、光学测量等领 域。
850应用光学
850应用光学（实用版）目录1.应用光学的概述2.应用光学的发展历程3.应用光学的主要领域4.应用光学在我国的发展现状5.应用光学的未来发展趋势正文【一、应用光学的概述】应用光学是一门研究光在各种介质中传播、成像、检测等性质的学科，它主要关注光的实际应用问题，涉及领域广泛，包括照明、成像、光通信、光存储、光计算等。
应用光学作为光学的一个重要分支，在我国科技、经济和军事等领域发挥着重要作用。
【二、应用光学的发展历程】应用光学的发展历程可以追溯到古代，当时人们已经开始利用光学原理制作简单的光学仪器，如放大镜、望远镜等。
到了近代，随着科学技术的飞速发展，应用光学也得到了迅猛的进步。
尤其是 20 世纪中后期，激光、光纤等光学新技术的出现，极大地推动了应用光学的发展。
【三、应用光学的主要领域】应用光学的主要领域包括：1.光学成像：包括可见光成像、红外成像、激光成像等，广泛应用于摄影、医学、军事等领域。
2.光通信：利用光波传输信息，具有高速率、大容量、低损耗等优点，目前已成为现代通信的主要手段之一。
3.光存储：利用光学原理实现对信息的存储，如光盘、光盘驱动器等。
4.光计算：利用光学原理进行数据处理和计算，具有高速、并行、低功耗等特点。
5.光检测：利用光学原理对各种物理量进行检测，如光谱分析、干涉测量等。
【四、应用光学在我国的发展现状】我国在应用光学领域取得了一系列重要成果，如成功研制出大型光学望远镜、光纤通信系统等。
同时，我国政府也高度重视应用光学的发展，制定了一系列政策措施，加大对该领域的投入和支持。
【五、应用光学的未来发展趋势】未来，应用光学将继续保持快速发展，其发展趋势包括：1.新材料的应用：如光学晶体、光学玻璃等，将推动光学性能的提升。
2.新技术的发展：如自由空间光通信、光学隐形技术等，将拓展光学应用的新领域。
3.光学与其他学科的交叉融合：如光子学、生物光学等，将促进光学技术的创新。
总之，应用光学作为一门理论与实践相结合的学科，在我国科技、经济和军事等领域具有重要意义。
应用光学教材
应用光学教材
应用光学教材有很多，其中比较经典的有《应用光学》（第五版），这是一本在国内外享有盛誉的光学教材，由国内著名光学专家、教授撰写，内容丰富、系统、全面。
该教材共十五章，包括几何光学基本原理、共轴球面系统的物像关系、眼睛和目视光学系统、平面镜棱镜系统、光学系统中成像光束的选择、辐射度学和光度学基础、色度学基础、光学系统成像质量评价、望远镜和显微镜、照相机和投影仪、光纤光学系统、激光光学系统、红外光学系统、现代新型光电器件及其成像系统以及非成像光学系统等。
另外，该教材具有鲜明的特色，以光波和光线为基础，深入浅出地介绍了应用光学的基本原理和方法，通过大量的实例和图表，使读者能够快速掌握应用光学的核心内容和最新进展。
同时，该教材也注重培养读者的创新思维和实践能力，提供了大量的思考题和习题，以帮助读者加深对应用光学的理解和应用。
总之，《应用光学》（第五版）是一本优秀的应用光学教材，适用于光学、光电信息工程、电子科学与技术等相关专业的学生使用，也可作为从事光学研究和应用的科技人员的参考书籍。
应用光学-总结
• 第一章 几何光学的基本定律
• 概念：研究光的传播规律和传播现象— —称为“几何光学” • 四个基本定律：光的直线传播定律；光的独
立传播定律；光的反射定律和折射定律
两大推论：马吕斯定律；费马原理（极值）
全反射现象
• 第二章
共轴球面系统
• 符号规则：与入射光线传播方向比较， 正向光路（作图），反向光路 • 完善成像的概念和条件 • 近轴光的成像及光路计算 • 近轴光线的光路追迹公式，也称小l计算公式
• 共线成像理论 • 物、像空间的共轭点； • 物、像两空间的共轭线 • 物空间的任意一点位于直线上，在像空 间内的共轭点必在该直线的共轭线上。 • 面对面
理想光学系统的基点、基面（求基点、面； • 节点的含义 性质、定义）
• 理想光学系统的图解法（正、负光组） • 理想光学系统的解析法 • 物像位置公式
小l公式 lr i u r n i' i n' u' u i i'
i' l ' r( 1 ) u'
物象位置公式
n' n n' n l' l r
l2 l'1 d1 ,l3 l'2 d2 ......lk l'k 1 dk 1
u2 u'1 ,u3 u'2 , u'k 1 l2 l'1 d1 ,l3 l'2 d 2 ......lk l'k 1 d k 1
• 轴向放大率
• 角放大率
dl' dl n' l 2
nl' 2
u' u
应用光学课程介绍
《应用光学》课程导学一、课程构成及学分要求《应用光学》课程主要由三部分构成：48（64）学时的理论教学（3或4学分）、16学时的实验教学（0.5学分）、为期二周的课程设计（2学分）。
二、学生应具备的前期基本知识在学习本门课程之前学生应具备前期基本知识：物理光学、大学物理、高等数学、平面几何、立体几何等课程的相关知识。
三、学习方法1．课前预习、课后复习；2．独立认真完成课后作业；3．课堂注意听讲，及时记录课堂笔记；4．在教材基础上，参看多本辅助教材及习题集。
四、课程学习的主要目标1．掌握经典的几何光学的理论内容；2．了解部分像差理论的基本思想；3．掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法。
五、授课对象课程适用于光电信息工程专业、测控技术与仪器专业、生物医学工程专业、信息对抗技术专业、探测制导与控制技术专业及其相近专业等，课程面向大学本科学生第五学期开设。
六、教学内容及组织形式1、理论课程教学内容《应用光学》课程理论教学内容共计48学时，其内容主要由三部分构成：几何光学、像差理论、光学系统。
（1）几何光学应用光学既是一门理论学科又是一门应用性学科，其研究对像是光。
从本质上讲光是电磁波，光的传播就是波面的传播。
但仅用波面的观点来讨论光经透镜或光学系统时的传播规律和成像问题将会造成计算和处理上的很大困难。
但如果把光源或物体看成是由许多点构成，并把这种点发出的光抽象成像几何线一样的光线，则只要按照光线的传播来研究点经光学系统的成像问题就会变得简单而实用。
我们将这种撇开光的波动本质，仅以光的粒子性为基础来研究光的传播和成像问题的光学学科分支称为几何光学。
几何光学仅仅是一种对真实情况的近似处理方法，尽管如此，按此方法所解决的有关光学系统的成像、计算、设计等方面的光学技术问题在大多数场合下与实际情况相符，故几何光学有很大的实用意义。
几何光学共由以下五章构成：几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光学系统中的光束限制、光度学基础理论。
应用光学的原理
应用光学的原理光的传播和折射•光的传播是指光在真空或其他介质中的传播过程，它遵循直线传播的原则。
•光的折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的不同密度而改变传播方向的现象。
根据折射定律可以计算光的折射角度。
成像原理•光学成像是指通过光学器件将物体的光反射、折射、散射等信息聚焦到感光元件上，从而产生图像的过程。
•成像原理可以分为几个方面，包括焦点、透镜、光圈等。
焦点•焦点是指光线汇聚或发散的点。
根据光的传播和折射原理，通过透镜使光线汇聚到焦点处，可以得到清晰的成像效果。
透镜•透镜是一种光学器件，可以将不同方向的光线汇聚或分散。
透镜有凸透镜和凹透镜两种类型，它们的成像原理是不同的。
•凸透镜可以使光线汇聚，形成实像；凹透镜则会使光线分散，形成虚像。
光圈•光圈是用于调节透镜口径大小的装置，通过调节光圈的大小，可以控制光线的进入量，从而影响成像的亮度和景深。
光的干涉和衍射•光的干涉是指两束或多束光相遇时发生的相长和相消干涉现象。
光的干涉可以用来制造干涉条纹和干涉光谱仪等设备。
•光的衍射是指光通过小孔或物体的缝隙等时发生的衍射现象。
光的衍射可以用来解释光的波动性和制造衍射光栅等设备。
光的偏振•光的偏振是指光的振动方向沿特定方向发生的现象。
偏振光可以用来解释光的波动性和制造偏振片等设备。
•光的偏振可以通过偏振片等装置进行控制和分析，应用广泛于光学传感器、液晶显示器等领域。
光学仪器•光学仪器是应用光学原理制造的各种仪器设备，用于观测、测量、分析等各种应用。
•光学仪器通常包括显微镜、望远镜、光谱仪、激光器等各种设备，它们的工作原理都基于光的传播、成像、干涉、衍射和偏振等原理。
以上是应用光学的原理的基本概述，主要涵盖了光的传播和折射、成像原理、光的干涉和衍射、光的偏振以及光学仪器等内容。
光学在科学研究、工程技术和日常生活中都有重要的应用，深入了解和掌握光学原理对于理解光的行为和光学仪器的应用都具有重要意义。
应用光学第一章
光的直线传播图例
当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。
例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。
2．的独立传播定律
3．光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。
全反射现象
TEXT
TEXT
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返 回
全反射的应用举例
全反射棱镜
全反射的应用举例
（2）光纤的全反射传光
全反射光纤
返 回
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。
它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为
返 回
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律：
二、几何光学的基本定律
的直线传播定律
各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。
虚物和虚像
物方光线延长线交点
像方光线反像延长线交点
B’
A
返 回
物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。
像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。
应用光学-03
y y z
z
z x y
常用二次反射棱镜
x
三次反射棱镜
所示的三次反射棱镜称为斯密特棱镜，出射光线与入射光线的 夹角为45，奇次反射成镜像。其最大的特点是因为光线在棱镜 中的光路很长，可以折叠光路，使仪器结构紧凑，
x
y
y z
45
z x x y z
x
y
z
67.5
67.5
a)
b)
斯密特棱镜及其应用
系统的外形尺寸计算时对平行玻璃平板的处理，只需计算出无平行玻
璃平板时（即等效空气平板）的像方位置，然后再沿光轴移动一个轴向位移l，就得到有平 行玻璃平板时的实际像面位置， 即：
l2 = l1 d + l
而无需对平行玻璃平板逐面进行计算。 P Q G A E C H
因此，在进行光学系统外形尺寸
x
z
y
z
周视瞄准仪光学系统及其旋转特性
二次反射棱镜
有两个反射面，作用相当于一个双面镜，其出射光线与入射光 线的夹角取决于两个反射面的夹角。由于是偶次反射，像与物 一致，不存在镜像。
z y x
45 112.5
z x
22.5
y
x
45
x y y z
45
z
x
z x y x z
45
y
z
x
y
60
做屋脊面，带有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜。 常用屋脊棱镜：
直角屋脊棱镜 半五角屋脊棱镜 五角屋脊棱镜 斯密特屋脊棱镜
在反射面上，若所有入射光线不能全部发生 全反射，则必须在该面上镀以金属反射膜，如银 、铝或金等，以减少反射面的光能损失。 A R B O1 P
应用光学
第一章 几何光学的基本定律§ 1-1 发光点、波面、光线、光束 返回本章要点 发光点 ---- 本身发光或被照明的物点。
既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。
对于光学系统来说， 把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点 ( 发光点 ) 。
把不论多大的物体均看作许多 几何点组成。
研究每一个几何点的成像。
进而得到物体的成像规律。
当然这种点是不存在的，是简化了的概念。
一个实际的光源总有一定大小才能携带能量，但在计算时，一 个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。
今后如需回到光的本质的讨论将特别指出。
波面 --- 发光点在某一时刻发出的光形成波面 如果周围是各向同性均匀介质，将形成以发光点为中心的球面波或平面波 第二章 球面和球面系统§ 2-1 什么是球面系统？由球面组成的系统称为球面系统。
包括折射球面和反射球面反射面：n ' =-n.平面是半径为无穷大的球面，故讨论球面系统具有普遍意义折射系统折反系统§ 2-2 概念与符号规则•概念① 子午平面 —— 包含光轴的平面② 截距：物方截距 —— 物方光线与光轴的交点到顶点的距离像方截距 —— 像方光线与光轴的交点到顶点的距离③ 倾斜角：物方倾斜角 —— 物方光线与光轴的夹角像方倾斜角 —— 像方光线与光轴的夹角返回本章要点•符号规则返回本章要点因为分界面有左右、球面有凹凸、交点可能在光轴上或下，为使推导的公式具有普遍性，参量具有确切意 义，规定下列规则：a. 光线传播方向：从左向右b. 线段：沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准，左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准，上“ + ”下“ - ” 间隔 d(O1O2) 以前一个面为基准，左“ - ”右“ + ” c. 角度：光轴与光线组成角度 ( U,U' ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到光线，顺时针“ + ”逆时针“ - ”光线与法线组成角度 ( I,I' ) 以光线为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”光轴与法线组成角度 ( φ ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”§ 2-3 折射球面返回本章要点•由折射球面的入射光线求出射光线已知： r, n, n',L, U 求： L', U'，由 以上几个公式可得出 L' 是 U 的 函数这一结论， 不同 U 的光线经 折射后不能相交于一点点－》斑，不完善成像•近轴光线经折射球面折射并成像.1 ．近轴光线：与光轴很靠近的光线，即 -U 很小 ， sin(-U) ≈ -U ，此时用小写：sin(-U)= - usinI=iL=l 返回本章要点近轴光线所在的区域叫近轴区2 ．对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l , u —> l ',u' , 以上公式组变为：当 u 改变时， l ' 不变！点 —— 》点，完善成像 此时 A ， A' 互为物像，称共轭点近轴光所成像称为高斯像，仅考虑近轴光的光学叫高斯光学返回本章要点近轴光线经折射球面计算的其他形式（为计算方便，根据不同情况可使用不同公式）利用：可导出返回本章要点4 ．（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距可见，当（ n'-n )/r 一定时， l ' 仅与 l 有关。
应用光学内容
镜观测天体四百周年。
TMT：Thirty Meter Telescope宇宙喷泉遥远星系哈勃望远镜(主镜口径2.4米)光是电磁波的一种，覆盖特定的波长范围。
图1-1 电磁波按波长的分类图1-2 球面波和平面波图1-3 光线的反射入射光线、法线和反射光线在同一平面内；入射光线和反射光线在法线的两侧；反射角等于入射角图1-4 光线的折射入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧；入射角与折射角的正弦之比与入射角无关，是一个与介质与光的波长有关的常数：n′=−n，折射定律可推导出反射定律图1-5 光线在玻璃块中的折射和反射45°§1.1.3 光学材料及色散光的色散、典型玻璃的色散曲线516.7491Fe K393.3666Ca图1-8 透镜对光线的作用与透镜成像图1-7 透镜对波面的作用与透镜成像图1-10 光程图1-9 光线与波面的正交关系光线从P到P'，经历时间：图1-11 遵守反射定律的光线图1-12 回转椭球面凹面反射镜图1-13 内切于回转椭球面的凹面反射镜图1-14 由费马原理导出折射定律22()z z d +−=('')('') d d−•−aδaδl'(u')l'(0)图1-15 完善成像(等光程)=Δ=−=[LMP'][OO'P'] [PP'][PP'][PP']0球面顶点图1-16 球面方程中所用的坐标系图1-17 入射光线与球面的两个交点211()ch z −−==22z r r h =±−图1-18 回转椭球面z 在许多商用光学设计程序中zOlympus手机摄像头透镜组富瑞丰公司头盔式显示器。
应用光学知识点
第一章几何光学基本定律与成像概念1、波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面成为波阵面,简称波面。
光的传播即为光波波阵面的传播。
2、光束：与波面对应的所有光线的集合。
3、波面分类:a)平面波：对应相互平行的光线束（平行光束）b)球面波:对应相较于球面波球心的光束（同心光束）c)非球面波4、全反射发生条件：a)光线从光密介质向光疏介质入射b)入射角大于临界角5、光程：光在介质中传播的几何路程l与所在介质的折射率n的乘积s。
光程等于同一时间内光在真空中所走的几何路程。
6、费马原理：光从一点传播到另一点,期间无论经过多少次折射和反射，其光程为极值。
7、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.8、完善像：a)一个被照明物体每个物点发出一个球面波，如果该球面波经过光学系统后仍为一球面波，那么对应光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统后的完善像点.b)每个物点的完善像点的集合就是完善像。
c)物体所在空间称为物空间，像所在空间称为像空间。
10、完善成像条件：a)入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。
b)或入射光为同心光束时,出射光也为同心光束。
c)或物点A1及其像点之间任意两条光路的光程相等.11、物像虚实：几个光学系统组合在一起时,前一系统形成的虚像应看成当前系统的实物。
12、子午面：物点和光轴的截面.13、决定光线位置的两个参量：a)物方截距：曲面顶点到光线与光轴交点A的距离，用L表示。
b)物方孔径角:入射光线与光轴的夹角，用U表示。
14、符号规则a)沿轴线段：以折射面顶点为原点，由顶点到光线与光轴交点或球心的方向于光线传播方向相同时取证，相反取负b)垂轴线段：以光轴为基准，在光轴上方为正,下方为负。
c)夹角：i.优先级：光轴》光线》法线。
ii.由优先级高的以锐角方向转向优先级低的。
iii.顺时针为正，逆时针为负。
应用光学课件
应用光学讲稿
§5-2 望远系统中成像光束的选择 一、双目望远镜
1、光学系统图 、 视放大率： 视放大率： Г=6 成像范围（视场角）：2ω=8°30’ 成像范围（视场角）：2 =8° ）： 出瞳直径： 出瞳直径： 出瞳距离： 出瞳距离： 物镜焦距： 物镜焦距： 目镜焦距： 目镜焦距： D´=5mm l´z≥11mm f´物=108mm f´目=18mm
10 （1） tg ω = ，所以 240
（2）
1 ω = arctg 即为物方视角。 24
1 ω ′ = arctg 即为像方视角。 3
10 tg ω ′ = ，所以 30
（3）出瞳是孔径光阑在系统像空间所成的像，对目镜来说：
l = −240 mm − 30 mm = − 270 mm
应用光学讲稿
出瞳：是光能最集中的地方， 出瞳：是光能最集中的地方，为了看清整个视场 眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。 ，眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。 对出瞳距离必须有一定的要求，一般仪器大于6毫米， 对出瞳距离必须有一定的要求，一般仪器大于 毫米， 毫米 对于军用仪器，要大一些，可能大于20毫米 毫米。 对于军用仪器，要大一些，可能大于 毫米。 出瞳直径的大小，直接与像的亮暗有关 出瞳直径的大小， 问题：是否出瞳直径越大越好，出瞳距离越长越好？ 问题：是否出瞳直径越大越好，出瞳距离越长越好？
应用光学讲稿
二 光阑概念 1、孔径光阑（Aperture Stop） 、孔径光阑（ ） 光束口径的光阑 2、视场光阑（Field Stop） 、视场光阑（ ） 限制成像范围的光阑 底片框 3、消杂光光阑（False 、消杂光光阑（ Light Stop） ）
《应用光学》课件
超材料与光操控技术在隐身衣、光镊、 光操控机器人等领域具有广泛的应用前 景，如实现物体隐身、微纳粒子的精确
操控等。
目前，超材料与光操控技术的研究重点 在于设计新型超材料、优化光操控效果 、提高操控精度等方面，同时也在探索
其在生物医学、能源等领域的应用。
量子光学与量子信息
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的一门 学科，而量子信息则是利用量子力学原理进行信息处理和 传输的一门技术。
应用光学
目录
CONTENTS
• 应用光学概述 • 光学基础知识 • 光学仪器 • 光学系统设计与优化 • 现代光学技术 • 应用光学前沿研究
01 应用光学概述
应用光学的基本概念
应用光学的基本原理包括光的干涉、衍射、折射、反 射、偏振等，以及光学材料、光学元件和光学系统的 基本知识。
应用光学是研究如何将光学原理和技术应用于实际生 活和工业生产中的一门学科。它涉及到光的产生、传 播、变换、检测和应用，以及光学系统设计、光学仪 器制造和光学信息处理等领域。
光学系统优化算法
优化目标
明确优化的目标，如减小系统像差、提高成像质量或增加光学信 息量等。
优化方法
掌握常用的光学系统优化算法，如梯度优化、遗传算法、粒子群 算法等。
算法实现
具备使用编程语言实现优化算法的能力，如Python、C等。
光学系统性能评估
性能指标
结果分析
ห้องสมุดไป่ตู้
了解光学系统性能的评价指标，如分 辨率、对比度、信噪比等。
光学陀螺仪
利用光的干涉效应感知旋转角度变化，广泛应用于导航、航空、航 天等领域。
全息显示技术
3D全息投影
利用全息技术将三维图像投影到空中，无需佩戴 眼镜或头盔即可观看。
应用光学课件完整版
物象都有虚实之分： 实物— 物方实际光线直接相交而成的点。 虚物— 物方实际光线不能相交，延长线相交而成的点。 实象— 象方实际光线直接相交的点。 虚象— 象方实际光线不能直接相交，反向延长相交。 物空间— 构成物的光线所处的空间。（实物、虚物） 象空间— 构成象的光线所处的空间。（实象、虚象）
由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚 交在一点A′，则A为物点， A′为物点A通过光学系统 所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。
一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应； 一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交 而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件 发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
1. 共轴球面系统的结构参量： 各球面半径：r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔：d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率：n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
2. 转面公式
原则：前一折射面的象为后一面的物 ，前一面的象空间为后一面的物空间
n2 ＝ n1′， n3 ＝ n2′ …… nk ＝ nk-1′
3）在光学设计中有重要作用。为了设计出一定垂 轴倍率的光学系统，在物方参数nuy固定的条件下，常通 过改变像方孔径角u′的大小来改变y′的数值，使得y′与y 的比值满足系统设计的要求。
§ 2－3 共轴球面系统
探讨方法— 将光线的光路计算公式及放大率公式反复应 用于各个折射面，分别求出各面的u、 u′、l 、 l′、 β、α、γ、y、y′J、J′、Q、 Q′。 转面公式— 前后相邻面之间的基本量的转化关系。
反射定律可表示为 I I ''
应用光学第一章总结知识点
应用光学第一章总结知识点一、基本概念1. 光的本质光是一种电磁波，具有双重性质，既能像波一样传播，又能像粒子一样照射。
2. 光的特性光具有波长、频率、速度和偏振等特性，光的波长决定了它的颜色，频率决定了它的亮度，速度取决于介质的折射率，偏振决定了光的方向性。
3. 光的传播光在真空中的传播速度是光速，而在不同介质中传播的速度和方向都会发生变化。
光的传播遵循光线理论和波动理论。
4. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学现象的重要表现形式，它们揭示了光的波动性。
干涉是指两束波相遇时相互干扰的现象，衍射是指波通过孔隙或物体边缘时发生的扩散和弯曲。
5. 光的吸收和发射光与物质相互作用时会发生吸收和发射，物质的吸收和发射特性与光的波长有关。
二、光学元件1. 透镜透镜是光学系统的重要组成部分，它能够折射光线，使光线汇聚或发散。
透镜有凸透镜和凹透镜之分，可以用在光学仪器中进行成像。
2. 镜面镜面是能够反射光线的表面，具有平面镜、球面镜等形式。
镜面的反射特性与入射角和反射角有关，根据镜子的曲率不同，反射出的光线会发生聚焦或发散。
3. 棱镜棱镜是一种类似透镜的光学元件，它能够使光线发生色散，将不同波长的光线分散成不同的方向。
4. 光栅光栅是一种利用周期性的结构使光发生衍射的光学元件，它可以分解光线，用于光谱仪等领域。
5. 波片波片是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，常用于偏振光学和激光器件中。
6. 光阑光阑是一种用于控制光线传播的光学元件，它能够限制光线的传播范围，提高光学系统的分辨率。
7. 光学滤波器光学滤波器是一种通过选择性吸收或透射特定波长光线的光学元件，它可以应用于激光器件、摄像头和光学测量中。
8. 光学偏振元件光学偏振元件是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，包括偏振片、偏光镜和偏振棱镜等。
三、光学系统1. 成像系统成像系统是由透镜、镜面和光学滤波器等组成，它能够将物体上的信息投影到成像平面上，形成清晰的图像。
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镜观测天体四百周年。
TMT：Thirty Meter Telescope宇宙喷泉遥远星系哈勃望远镜
(主镜口径2.4米)
光是电磁波的一种，覆盖特定的波长范围。
图1-1 电磁波按波长的分类
图1-2 球面波和平面波
图1-3 光线的反射入射光线、法线和反射光线在同一平面内；
入射光线和反射光线在法线的两侧；
反射角等于入射角
图1-4 光线的折射入射光线、法线和折射光线在同一平面内；
入射光线和折射光线在法线的两侧；
入射角与折射角的正弦之比与入射角无关，是一个与介质与光的波长有关的常数：
n′=−n，折射定律可推导出反射定律
图1-5 光线在玻璃块中的折射和反射
45°
§1.1.3 光学材料及色散
光的色散、典型玻璃的色散曲线
516.7491Fe K393.3666Ca
图1-8 透镜对光线的作用与透镜成像图1-7 透镜对波面的作用与透镜成像
图1-10 光程图1-9 光线与波面的正交关系
光线从P到P'，经历时间：
图1-11 遵守反射定律的光线
图1-12 回转椭球面凹面反射镜
图1-13 内切于回转椭球面的凹面反射镜
图1-14 由费马原理导出折射定律22
()
z z d +−=
('')('') d d
−•−
aδaδ
l'(u')
l'(0)
图1-15 完善成像(等光程)
=
Δ=−=[LMP'][OO'P'] [PP'][PP'][PP']0
球面顶点
图1-16 球面方程中所用的坐标系
图1-17 入射光线与球面的两个交点
211()ch z −−=
=22
z r r h =±−图1-18 回转椭球面
z 在许多商用光学设计程序中z
Olympus手机摄像头透镜组富瑞丰公司头盔式显示器。