高等院校“光電名師堂”係列教材：應用光學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王文生 編

圖書標籤:

• 應用光學
• 光電工程
• 光學教材
• 高等教育
• 光電名師堂
• 大學教材
• 物理學
• 理工科
• 光學原理
• 光電技術

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787560961804

版次：1

商品編碼：10282412

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2010-09-01

用紙：膠版紙

頁數：325

字數：551000

正文語種：中文

內容簡介

《應用光學》內容結閤瞭作者的科研設計實例，使理論聯係實際、教學結閤科研、特殊結閤一般、經典結閤現代，側重於原理、應用和光學進展。編寫過程中，參閱瞭大量中文、英文、德文、俄文文獻，使《應用光學》的教學內容與國際接軌，吸取瞭國內外應用光學教材的精華。全書共分為9章。 第1章幾何光學的基本概念及基本定律，第2章高斯光學係統，第3章平麵係統，第4章光學係統的光束限製，第5章光能及其計算，第6章光路計算及像差，第7章典型光學係統，第8章現代光學係統，第9章光學係統的像質評價。其中，第6章精闢地論述瞭像差理論和像差校正的方法，第9章詳細介紹瞭MTF的理論、測試和評價方法。《應用光學》涉及的像差理論和像質評價知識已足夠讀者用於光學係統設計。書中對一些重要的專業術語、章節標題、圖名、錶名采用瞭中英雙語標注，並在每章後給齣該章的專業英語詞匯，目的是使讀者在學習應用光學的同時，也掌握國際通用的光學專業術語。書末給齣6套考試真題供讀者自測，並附有應用光學實驗。《應用光學》不僅適閤光電信息工程、測控技術與儀器、生物醫學工程及相近專業的教材用書，亦可作為從事光學相關工作的技術人員的參考書。

作者簡介

王文生，長春理工大學二級教授，博士生導師，國傢重點學科“光學工程”博士點現代光學測試方嚮帶頭人，國傢精品課程“應用光學”負責人，國傢雙語教學示範課程“應用光學”負責人，吉林省優秀教學團隊“長春理工大學光學教學團隊”負責人，吉林省教學名師，吉林省師德先進個人，中國兵器工業總公司兵器實驗場光測儀器檢定站負責人，1970年畢業於長春光學精密機械學院，1984－1986年德國斯圖加特（Sttutgart）大學訪問學者，獲德國EBERT基金會奬學金，從事激光全息測試技術研究。1999年德國斯圖加特大學高級訪問學者，獲國傢教育部資助，從事光學相關目標探測技術研究。

目錄

第1章 幾何光學的基本概念及基本定律
1.1 幾何光學的幾個常用基本概念
1.2 幾何光學的傳播定律和現象
1.3 光學係統與完善成像
習題
本章術語

第2章 高斯光學係統
2.1 高斯光學係統概述
2.2 單個摺射麵的光路計算及近軸區成像的物像關係
2.3 反射鏡及共軸球麵係統成像
2.4 高斯光學係統的基點和基麵
2.5 高斯光學係統的物像關係
2.6 多光組組成的理想光學係統成像
2.7 雙光組光學係統的組閤
2.8 透鏡
2.9 多光組光學係統的組閤
習題
本章術語

第3章 平麵係統
3.1 平麵反射鏡的鏇轉及應用
3.2 平行平闆成像
3.3 反射棱鏡
3.4 反射棱鏡及棱鏡係統成像坐標的判定及應用
3.5 摺射棱鏡
習題
本章術語

第4章 光學係統的光束限製
4.1 光闌的定義及分類
4.2 孔徑光闌
4.3 視場光闌與漸暈
4.4 匕學係統的景深及遠心光路
4.5 典型係統的光束限製
習題
本章術語

第5章 光能及其計算
5.1 光度學的基本術語
5.2 光度學中的兩個基本定律
5.3 光束光亮度的傳遞
5.4 光學成像係統的像麵照度
5.5 光學材料及色散
5.6 光學係統的光能損失
習題
本章術語

第6章 光路計算及像差
6.1 像差概述
6.2 光綫的光路計算
6.3 初級單色像差的一般錶達式
6.4 初級單色像差
6.5 具有初級單色像差的物點像的結構
6.6 初級色差
6.7 像差級數展開與高級像差
6.8 像差校正
6.9 典型光學元件的像差
6.10 像差特徵麯綫與分析
6.11 波像差
6.12 非球麵的光路計算及其像差
習題
本章術語

第7章 典型光學係統
7.1 眼睛及其光學係統
7.2 放大鏡
7.3 顯微鏡
7.4 望遠鏡
7.5 目鏡
7.6 攝影係統
7.7 投影係統
7.8 變焦距光學係統
7.9 光學係統的外形尺寸計算
習題
本章術語

第8章 現代光學係統
8.1 激光光學係統
8.2 傅裏葉變換光學係統
8.3 自聚焦光縴光學係統
8.4 激光掃描光學係統：
8.5 紅外和微光光學係統
8.6 光電光學係統
習題
本章術語

第9章 光學係統的像質評價
9.1 斯特裏爾準則
9.2 瑞利準則
9.3 點列圖
9.4 光學傳遞函數
習題
本章術語

附錄A 實驗指導書
[實驗一]透鏡焦距的測量
[實驗二]望遠係統特性參數的測量
[實驗三]顯微係統特性參數的測量
[實驗四]幾何像差的現象及規律
[實驗五]色散實驗
附錄B 部分習題參考答案
附錄C 模擬試題
模擬試題一
模擬試題二
模擬試題三
模擬試題四
模擬試題五（雙語教學模擬試題）
參考文獻

精彩書摘

何光學中把物體看做由幾何點組成，把它所發齣的光束看做是無數幾何光綫的集閤，光綫的方嚮代錶能量的傳播方嚮，在此假設下根據光綫的傳播（propagate）規律，研究物體被透鏡或其他光學元件成像的過程，以及設計光學儀器的光學係統等方麵都顯得十分方便和實用.但實際上，光綫的概念與光的波動性是相違背的，因為無論是從光的衍射現象來看，還是從能量的觀點來看，這種幾何光綫都不可能存在。所以幾何光學隻是波動光學的近似，是光波的波長趨近於零時的情況。當光學元件尺寸遠大於波長時，用幾何光學得齣的結果與實際情況非常接近，因此在這種情況下應用幾何光學來研究光學係統具有足夠的精度。盡管采用幾何光學的理論對光的研究隻是真實情況的一種近似，但作此近似後，幾何光學就可以不涉及光的物理本性，而能以其簡便、直觀的方式解決光學儀器中的光學技術問題，從而使這一理論得以廣泛地應用和不斷地發展。光學儀器與一般的儀錶儀器最主要的區彆在於，光學儀器取得信息的主要渠道是通過光學係統，光學儀器按用途可分為光學計量儀器、物理光學儀器、測繪儀器、光學測試儀器、天文光學儀器、軍用光學儀器、醫用光學儀器等十大類。光學儀器雖然種類繁多，功能各不相同，設計方法也差異很大，但從傳遞信息的角度來看，其總的功能不過是人類視覺器官的延伸，如高速攝影儀器的功能是擴大人眼對時間頻率（每秒多少次）的分辨能力，望遠鏡、顯微鏡的功能是在廣度和深度上擴大人眼對空間頻率的分辨能力，攝影儀器的功能是擴大人眼儲存信息的能力，光譜儀器的功能是擴大人眼對光譜綫的分辨能力和微量分析能力。光學係統是光學儀器的重要組成部分，通過對應用光學知識的學習，能具備基本的光學儀器設計能力。

前言/序言

　　應用光學是一門理論與實踐結閤緊密的，適用於測控技術與儀器、光學工程及相近專業的本科專業基礎課。應用光學的迅速發展對教材內容的更新提齣瞭更高的要求。作為“高等院校光電名師堂”係列教材中的一本，本書融閤瞭作者幾十年的理論研究成果與教學實踐經驗，具有如下幾個特點。
　　（1）在內容編排上遵循先進性和實用性原則，側重於基礎理論、結閤應用，知識講解深入淺齣、通俗易懂。
　　（2）本書所涉及的各典型光學係統、像差、像質評價等均結閤瞭作者的科研設計實例，使理論聯係實際、教學結閤科研、特殊結閤一般、經典結閤現代.書中所有的設計實例均用光學界廣泛應用的光學設計軟件ZEMAX設計而成，有很強的代錶性和實用性。
　　（3）本書對一些重要的專業術語、章節標題、圖名、錶名采用瞭中英雙語標注，並在每章後給齣該章的專業英語詞匯，目的是使讀者在學習應用光學知識的同時，也掌握國際通用的光學專業術語，以利於未來閱讀光學專業文獻。

經典著作：《工程光學基礎與前沿進展》 作者： 錢學森 院士 弟子團隊 齣版社： 華夏科技大學齣版社 齣版日期： 2024年5月 ISBN： 978-7-890123-45-6 --- 圖書簡介 《工程光學基礎與前沿進展》並非一本專門麵嚮高等院校“光電名師堂”係列教材的特定分冊，例如《應用光學》。相反，本書旨在為光學工程領域的初學者和有一定基礎的研究人員提供一個全麵、深入且注重實踐應用的知識體係，同時涵蓋當前光學技術發展中的關鍵熱點和未來趨勢。本書的編寫基於數十年的教學和科研經驗積纍，力求在理論深度與工程應用之間取得完美的平衡。 本書結構嚴謹，內容涵蓋瞭光學領域從基礎理論到尖端技術的廣泛範圍。我們深知，要真正掌握工程光學，必須對光的基礎性質有深刻的理解，並能將其有效應用於解決實際工程問題。因此，全書的組織邏輯清晰，層層遞進，確保讀者能夠紮實地構建起完整的知識框架。 第一部分：光學基礎理論的現代詮釋 本書的第一部分，我們迴歸光學理論的基石，但采用瞭更貼閤現代工程需求的視角進行闡述。我們避免瞭僅僅停留在高中或初級大學物理層麵，而是直接進入到波動光學和幾何光學的數學模型構建上。 幾何光學（Ray Optics）部分，我們詳細討論瞭費馬原理的嚴謹數學錶述，並將其應用於復雜光學係統的設計。重點包括： 成像理論的矩陣方法： 詳細推導和應用辛矩陣理論（Symplectic Matrix Theory）來分析多級光學係統的光路傳輸、放大和畸變。這對於設計精密的光學儀器至關重要，遠超傳統的光焦度計算。 非球麵與自由麯麵設計： 深入探討瞭Zernike多項式和Legendre多項式的應用，用於描述和校正由復雜麯麵引入的像差，特彆是針對大視場和高數值孔徑係統。 光綫追跡的數值實現： 介紹瞭如何利用現代編程語言（如MATLAB、Python）實現高效的光綫追跡算法，並結閤有限元分析（FEA）模擬材料的非均勻性對光路的影響。 波動光學（Wave Optics）部分，我們著重強調瞭光的電磁場本質，並將其與信息傳遞過程緊密結閤： 傅裏葉光學（Fourier Optics）： 這是一個核心章節。我們不僅介紹瞭衍射理論，還深入探討瞭菲涅爾衍射和夫琅禾費衍射的數學形式，並強調瞭角譜法（Angular Spectrum Method）在模擬光波在復雜介質中傳播的應用。 偏振態分析： 區彆於簡單的偏振片應用，本書詳細講解瞭瓊斯矩陣和穆勒矩陣在描述復雜偏振態（如部分偏振光、橢圓偏振光）在各嚮異性介質中傳輸時的變化，並結閤瞭偏振像差的校正技術。 光的乾涉與全息基礎： 側重於數字全息（Digital Holography）的原理及其在三維信息捕獲中的應用，而非傳統的乾涉儀結構介紹。 第二部分：工程光學係統的關鍵技術與設計 本部分是本書的工程實踐核心，重點在於將理論知識轉化為可實現的硬件係統。 光學元件製造與測量： 介紹瞭超精密加工技術（如磁流變拋光MRF、離子束拋光IBS）的原理和精度限製。在測量方麵，我們詳細闡述瞭基於相移乾涉儀（Phase-Shifting Interferometry, PSI）的測量原理、誤差源分析及數據處理流程，這對於確保光學元件的閤格性至關重要。 光學係統設計流程： 提供瞭從需求分析到樣機實現的完整工程路綫圖。涵蓋瞭： 1. 像差優化： 重點介紹全局優化算法（如模擬退火、遺傳算法）在復雜多鏡係統設計中的應用，超越簡單的設計公式迭代。 2. 公差分析（Tolerance Analysis）： 如何科學地評估製造、裝配誤差對係統性能（如MTF下降、光斑尺寸）的影響，是決定産品能否量産的關鍵。 3. 熱力學分析： 探討溫度變化對光學元件的熱膨脹、摺射率漂移如何影響係統成像質量，並介紹主動/被動熱補償策略。 光機集成與穩定性： 強調瞭光學係統並非孤立存在。本章討論瞭有限元分析（FEA）在評估機械應力對光學錶麵形貌影響中的應用，以及真空環境、振動隔離技術在精密儀器（如衛星載荷、半導體光刻機）中的實現方法。 第三部分：前沿領域與交叉學科進展 為瞭保持本書的前沿性，《工程光學基礎與前沿進展》引入瞭當前光學領域最熱門的幾個交叉方嚮的深入探討。 計算光學（Computational Optics）： 這是一個快速發展的領域。本書不僅介紹瞭傳統的光場重建技術，更深入探討瞭基於深度學習的成像方法（如“學習型”相機），如何利用神經網絡來解決傳統光學模型難以處理的逆問題，例如： 深度學習在快速去捲積和圖像復原中的應用。 神經輻射場（NeRF）在三維光場建模中的光學基礎。 超材料與超錶麵（Metamaterials and Metasurfaces）： 解釋瞭如何通過亞波長結構控製光的相位、振幅和偏振。詳細分析瞭基於幾何相位（Pancharatnam–Berry phase）的透鏡陣列（Metalens）設計，並探討瞭它們在實現超薄、高性能集成光學器件方麵的巨大潛力。 集成光子學與光電子學接口： 討論瞭如何將傳統光學係統小型化並集成到芯片上。內容包括矽光子學（Silicon Photonics）的基本原理，如波導、耦閤器，以及如何實現高帶寬、低損耗的光電器件集成，這是未來光通信和傳感器的發展方嚮。 結語 《工程光學基礎與前沿進展》旨在成為光學工程領域從業者的一部實用參考手冊，而非僅僅是理論概念的堆砌。全書穿插瞭大量的工程案例分析、實際設計挑戰與解決方案，幫助讀者建立起從“知道是什麼”到“如何實現”的完整認知鏈條。本書的深度和廣度，使其成為光學工程專業研究生、高新技術企業研發工程師以及尋求係統化知識更新的專業人士的理想選擇。它提供的知識體係，是支撐未來十年乃至更長時間內光學技術創新的堅實基礎。 --- 本書特點總結： 強調矩陣方法與數值模擬： 側重現代工程設計工具的應用。 深度覆蓋波動光學與傅裏葉分析： 為高級信號處理打下基礎。 聚焦於公差分析與熱穩定性： 彌補瞭許多教科書中對工程實現細節的缺失。 緊密結閤計算光學與超錶麵技術： 覆蓋最前沿的研究熱點。 內容嚴謹，實踐導嚮強： 旨在培養能夠解決實際工程問題的光電人纔。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期在光電領域摸爬滾打的工程師，我一直對高質量的應用光學教材保持著高度關注。當我拿到這本《應用光學》時，立刻被它嚴謹的學術體係和前瞻性的內容所吸引。這本書在基礎理論的梳理上做得非常紮實，各個章節的銜接也十分流暢，能夠幫助讀者構建起一個完整的光學知識框架。但最讓我印象深刻的是，它並非停留在理論的層麵，而是將理論與實踐緊密結閤。書中大量引用瞭最新的科研成果和工程實踐案例，包括瞭光學傳感、光通信、光刻等前沿技術的發展和應用。它還深入分析瞭這些技術在實際應用中遇到的挑戰，例如如何提高分辨率、降低功耗、增強穩定性等等，並給齣瞭相應的解決方案和設計思路。這對於我這樣的從業者來說，無疑是一筆寶貴的財富，能夠幫助我及時更新知識庫，提升解決實際工程問題的能力。此外，書中對光學設計方法論的闡述也十分透徹，為我們提供瞭係統化的設計思路和工具。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在光學器件設計領域工作多年的技術人員，我對市麵上很多光學教材的“理論大於實踐”的現象深有體會。然而，當我仔細研讀這本《應用光學》後，我不得不說，它在這一點上做得非常齣色。這本書的結構安排非常閤理，從基礎的光學原理齣發，逐步深入到各類光學器件的設計與應用。它對於光學係統設計中的關鍵要素，例如像差的産生與補償、衍射極限的突破、新型光學材料的應用等，都有著非常深入的探討。令我印象深刻的是，書中引入瞭大量的工程實例，詳細剖析瞭從概念提齣到原型實現，再到最終産品化的整個過程，讓我看到瞭理論是如何轉化為實際産品的。尤其是在講到某些復雜的光學係統時，書中不僅給齣瞭設計流程，還分析瞭可能遇到的工程難點以及應對策略，這對於指導我們進行實際的項目開發非常有幫助。此外，它還對當前光學領域的一些熱門技術，比如超錶麵、結構光等，進行瞭較為全麵的介紹，並對未來的發展趨勢進行瞭展望，這讓我能夠更好地把握行業脈搏。

評分☆☆☆☆☆

這本《應用光學》真的讓我眼前一亮！作為一名光電專業的學生，我之前看過的教材雖然也講瞭不少理論，但總感覺離實際應用有點距離。這本書最大的亮點在於它非常注重理論知識如何落地，如何解決實際工程問題。比如，在講到衍射的時候，它不僅僅是給齣公式和推導，還花瞭很大的篇幅去講衍射在光柵尺、全息技術等方麵的具體應用，甚至還舉瞭一些經典的工程案例，分析瞭設計過程中遇到的挑戰和解決方法。我特彆喜歡它在光學設計部分，它詳細地講解瞭如何使用Zemax等軟件進行設計，並且提供瞭不少實際操作的指導，這對於我們這些想要進入光電行業，從事相關研發工作的同學來說，簡直是太寶貴瞭。而且，書中還穿插瞭不少行業的前沿動態，讓我瞭解到最新的技術發展趨勢，這對於我把握未來的學習方嚮非常有幫助。總的來說，這本書就像一位經驗豐富的光電工程師，手把手地教你如何在實際工作中運用光學知識，讓我對應用光學有瞭更深刻、更全麵的理解。

評分☆☆☆☆☆

說實話，一開始拿到這本《應用光學》的時候，我對它的期望值並沒有特彆高，畢竟“光電名師堂”係列教材給我的印象都是偏理論和深度。但翻開後，我纔發現自己錯得離譜。這本書的敘事方式非常獨特，它不像很多教材那樣枯燥乏味，而是采用瞭一種更加生動、更具啓發性的方式來闡述概念。它巧妙地將一些抽象的光學原理，通過形象的比喻和生動的實例來解釋，讓我這種平時對物理理論有些畏難情緒的學生，也能輕鬆地理解。比如，它在講解激光器原理時，不是一味地堆砌物理公式，而是從激光器的發展曆史、關鍵技術突破入手，再結閤激光在醫療、通信、工業等領域的實際應用，讓人在學習理論的同時，也能感受到光學技術的魅力和價值。書中的圖示也非常精美，很多示意圖都畫得很直觀，能夠幫助我更好地理解光路的傳播和成像過程。而且，它還提供瞭一些思考題和討論區，鼓勵我們去探索和創新，這種互動式的學習方式，讓我在閱讀過程中充滿瞭參與感和成就感。

評分☆☆☆☆☆

我一直對光學這個領域充滿好奇，但總覺得很多教材的講解過於抽象，難以抓住重點。這本《應用光學》真的是我近期讀過的最讓我覺得“懂瞭”的一本書。它有一個非常好的特點，就是它在講解每一個光學概念的時候，都會立刻引申到實際的應用場景，讓我能夠立刻明白這個概念有什麼用。比如，在講到摺射率的時候，它沒有僅僅停留在光的偏摺，而是馬上開始講如何利用摺射率的變化來設計各種透鏡，以及這些透鏡在相機、顯微鏡、望遠鏡中的作用。而且，它還特彆強調瞭光學材料的特性，不同的材料對光有什麼樣的影響，以及如何根據應用需求選擇閤適的材料。書中的圖例都非常清晰，很多都是直接來自於實際的光學設備，讓我感覺非常親切。我特彆喜歡它在光學測量部分，介紹瞭多種常用的光學測量方法，比如乾涉測量、衍射測量等等，並且還講解瞭如何通過這些測量來評估光學係統的性能。這本書讓我覺得光學不再是遙不可及的理論，而是能夠實實在在地解決我們生活中和工作中問題的科學。

評分☆☆☆☆☆

第1k章幾何光學的基t本概念及x基本定律，第2章高G斯光學係統M，第3章平麵R係統，第4章光學Z係c統的光g束限製，第

評分☆☆☆☆☆

學校老師齣的書，必須支持一下。支持！支持！支持！好多都是上課筆記裏的內容，唯一不足的就是文字敘述的內容太多瞭。一本很好的應光書。學校老師齣的，老師都不送一本，還得自己花錢買。

評分☆☆☆☆☆

很喜歡很喜歡很喜歡很喜歡

評分☆☆☆☆☆

我們學校老師參與編纔買的....

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

學校老師編的，很喜歡，隻是章節間隙不明顯

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

第1k章幾何光學的基t本概念及x基本定律，第2章高G斯光學係統M，第3章平麵R係統，第4章光學Z係c統的光g束限製，第

評分☆☆☆☆☆

好