正版新书--ZEMAX光学设计超级学习手册 林晓阳著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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林晓阳著 著

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店铺： 麦点文化图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115345851

商品编码：29344653636

包装：平装

基本信息

书名：ZEMAX光学设计超级学习手册

定价：59.00元

作者：林晓阳著

出版社：人民邮电出版社

出版日期：

ISBN：9787115345851

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容全面，结构清晰；
讲解细致，循序渐进。
工程应用实例丰富；所有实例均经过精心设计与筛选，代表性强。

内容提要

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《ZEMAX光学设计超级学习手册》以ZEMAX 2010作为软件平台，详细讲解了ZEMAX在光学设计中的使用方法与技巧，帮助读者尽快掌握ZEMAX这一光学设计工具。 《ZEMAX光学设计超级学习手册》结合作者多年的使用和开发经验，通过丰富的工程实例将ZEMAX的使用方法详细介绍给读者。全书共分为11章，主要讲解了ZEMAX的使用界面和基本功能，光学像差理论和成像质量的评价，以及各种透镜和目镜、显微镜、望远镜等目视光学系统的设计。 《ZEMAX光学设计超级学习手册》注重基础，内容详实，突出实例讲解，既可以作为光学设计人员、科研人员等相关专业人士的工具书，也可以作为相关专业高年级本科生、研究生的学习教材。

目录

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目 录



章 ZEMAX入门 1

1.1 ZEMAX的启动与退出 1

1.2 用户界面 3

1.2.1 窗口类型 4

1.2.2 主窗口介绍 4

1.2.3 文件菜单 5

1.2.4 编辑菜单 6

1.2.5 系统菜单 16

1.2.6 分析菜单 20

1.2.7 工具菜单 20

1.2.8 报告菜单 29

1.2.9 宏指令菜单 32

1.2.10 外扩展菜单 32

1.2.11 窗口菜单 33

1.2.12 帮助菜单 34

1.3 ZEMAX常用操作快捷键 34

1.3.1 放弃长时间计算 34

1.3.2 快捷方式的总结 35

1.4 本章小结 36



第2章 像质评价 37

2.1 外形图 37

2.1.1 二维外形图 37

2.1.2 3D外形图 38

2.1.3 阴影图 39

2.1.4 元件图 39

2.1.5 ISO元件图 41

2.2 几何光学像质量评价 41

2.2.1 特性曲线 41

2.2.2 点列图 43

2.2.3 调制传递函数 46

2.2.4 点扩散函数 48

2.2.5 波前 51

2.2.6 曲面 52

2.2.7 均方根 53

2.2.8 像差系数(Aberration Coefficients) 54

2.2.9 杂项(Miscellaneous) 56

2.3 能量分析 61

2.3.1 能量分布 62

2.3.2 照度 62

2.4 像分析 64

2.4.1 模拟图像 64

2.4.2 双目分析 68

2.4.3 计算 68

2.5 其他 69

2.5.1 玻璃和梯度折射率 69

2.5.2 通用图表 70

2.5.3 偏振状态 71

2.5.4 镀膜(Coatings) 72

2.5.5 物理光学(Physical Optics) 73

2.6 本章小结 73



第3章 初级像差理论与像差校正 74

3.1 几何像差与像差表示方法及像差校正 74

3.1.1 球差 74

3.1.2 慧差 79

3.1.3 像散 85

3.1.4 场曲 89

3.1.5 畸变 95

3.1.6 色差(ColorAberration) 98

3.2 厚透镜初级像差 103

3.3 薄透镜初级像差 105

3.4 像差校正和平衡方法 106

3.5 本章小结 106



第4章 ZEMAX基本功能详解 107

4.1 ZEMAX 3种优化方法 107

4.1.1 优化方法选择 107

4.1.2 Global Search和Hammer Optimization区别 108

4.1.3 局部优化(Optimization)缺点 112

4.1.4 全局搜索优势 112

4.2 ZEMAX评价函数使用方法 114

4.2.1 优化中的术语定义 114

4.2.2 评价函数方程表达 115

4.2.3 波前优化方法 118

4.2.4 光斑尺寸优化方法 120

4.2.5 角谱半径优化方法 121

4.3 ZAMAX多重结构使用方法 122

4.3.1 实例一：模拟元件的变化 123

4.3.2 实例二：衍射级次显示 127

4.3.3 实例三：分光板模拟 131

4.4 ZAMAX坐标断点使用方法 137

4.4.1 ZEMAX坐标系 137

4.4.2 自带坐标断点使用方法 139

4.4.3 坐标断点面使用方法 139

4.4.4 样例一：旋转角度的优化方法 140

4.4.5 样例二：使用坐标断点寻找主光线位置及方向 143

4.4.6 样例三：坐标返回的使用方法 144

4.5 本章小结 147



第5章 公差分析 148

5.1 公差 148

5.1.1 误差来源 148

5.1.2 设置公差 149

5.1.3 公差操作数 149

5.2 默认公差的定义 150

5.2.1 表面公差 151

5.2.2 元件公差 152

5.3 公差分析3种法则 153

5.3.1 灵敏度分析 153

5.3.2 反转灵敏度分析 154

5.3.3 蒙特卡罗分析 154

5.4 公差过程的使用 157

5.4.1 公差分析的执行 157

5.4.2 双透镜的公差分析 160

5.5 本章小结 166



第6章 非序列模式设计 167

6.1 ZEMAX中非序列模型介绍 167

6.1.1 模型类别 167

6.1.2 面元反射镜 168

6.1.3 光源分布 169

6.1.4 棱镜 172

6.1.5 光线分束 173

6.1.6 散射 175

6.1.7 衍射光学元件 177

6.1.8 相干模拟 178

6.1.9 复杂几何物体创建 179

6.1.10 吸收分析 181

6.2 创建非序列光学系统 182

6.2.1 建立基本系统特性 183

6.2.2 创建反射镜 185

6.2.3 光源建模 186

6.2.4 旋转光源 187

6.2.5 放置探测器 189

6.2.6 跟踪分析光线探测器 190

6.2.7 增加凸透镜 192

6.2.8 光线跟踪分析和偏振损耗 194

6.2.9 增加矩形ADAT光纤 195

6.2.10 使用跟随解定位探测器 198

6.2.11 整个系统光线追迹 198

6.3 将序列面改成非序列物体 199

6.3.1 转变NSC的工具 199

6.3.2 初始结构 200

6.3.3 使用转换工具 202

6.3.4 插入非序列光源 203

6.3.5 插入探测器物体 205

6.4 模拟混合式非序列(NSC with Ports) 208

6.4.1 序列/非序列模式 208

6.4.2 建立非序列组件 211

6.4.3 定义多焦透镜 212

6.4.4 带状优化 215

6.4.5 目标局部 216

6.4.6 系统性能 217

6.4.7 运行影像分析性能之优化 218

6.4.8 终设计 219

6.5 优化非序列光学系统 219

6.5.1 Damped Least Squares和Orthogonal Descent 220

6.5.2 建立系统 222

6.5.3 评价函数 223

6.5.4 自由曲面反射镜 224

6.5.5 优化 226

6.6 本章小结 228



第7章 基础设计实例 229

7.1 单透镜设计 229

7.1.1 ZEMAX序列模式简介 229

7.1.2 单透镜系统参数 231

7.1.3 单透镜初始结构 233

7.1.4 单透镜的变量与优化目标 235

7.1.5 单透镜优化结果分析与改进设计 237

7.2 双胶合消色差透镜设计 240

7.2.1 双胶合透镜设计规格参数及系统参数输入 241

7.2.2 双胶合透镜初始结构 242

7.2.3 设置变量及评价函数 244

7.2.4 优化及像质评价 245

7.2.5 玻璃优化——校正色差 247

7.3 牛顿望远镜设计 249

7.3.1 牛顿望远镜来源简介及设计规格 249

7.3.2 牛顿望远镜初始结构 251

7.3.3 添加反射镜及遮拦孔径 253

7.3.4 修改反射镜以提高MTF 258

7.4 变焦镜头设计 260

7.4.1 变焦镜头设计原理介绍 261

7.4.2 变焦镜头设计规格及参数输入 261

7.4.3 多重结构实现变焦 263

7.4.4 变焦镜头的优化设置 265

7.5 扫描系统设计 268

7.5.1 扫描系统参数 269

7.5.2 多重结构下的扫描角度设置 273

7.6 本章小结 276



第8章 目视光学系统设计方法 277

8.1 人眼光学系统的创建 277

8.1.1 眼睛概述 277

8.1.2 眼睛模型 277

8.1.3 使用ZEMAX创建人眼模型结构 278

8.2 放大率与视觉 281

8.2.1 近距离物体成像标准 281

8.2.2 小型放大镜放大率 281

8.3 本章小结 284



第9章 目镜设计 285

9.1 目镜介绍 285

设计案例一：惠更斯目镜 286

设计案例二：冉斯登目镜 288

设计案例三：凯尔纳目镜 290

设计案例四：RKE目镜 292

设计案例五：消畸变目镜 294

设计案例六：对称式目镜 297

设计案例七：埃尔弗目镜 299

设计案例八：西德莫尔目镜 301

设计案例九：RKE广角目镜 304

9.2 目镜调焦 306

9.3 本章小结 311



0章 显微镜设计 312

10.1 技术指标 312

10.1.1 基本系统技术要求 312

10.1.2 分辨率目标和极限 312

10.2 10倍物镜初始透镜形式 313

10.2.1 显微镜设计步骤 313

10.2.2 物镜与目镜的连接 319

10.3 本章小结 322



1章 望远镜设计 323

11.1 天文望远镜 323

11.1.1 天文望远镜设计步骤 323

11.1.2 分辨率与衍射极限 328

11.2 地上望远镜 328

11.3 本章小结 334

作者介绍

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文摘

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序言

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《ZEMAX光学设计超级学习手册》—— 开启精密光学世界的大门 在现代科技飞速发展的浪潮中，光学设计扮演着至关重要的角色。从智能手机的镜头到太空望远镜，从激光雷达系统到医疗成像设备，光学技术的进步无不推动着各行各业的革新。而ZEMAX，作为一款享誉全球的光学设计软件，更是成为了无数光学工程师、科研人员以及对光学设计充满热情的学习者手中不可或缺的利器。 本书《ZEMAX光学设计超级学习手册》，由资深光学专家林晓阳倾力编撰，旨在为广大读者提供一份系统、深入、实用的ZEMAX学习指南。它不仅仅是一本操作手册，更是一本融合了光学设计理论、软件应用技巧以及实际工程案例的百科全书，将带领您从零基础步入光学设计的殿堂，直至成为能够独立解决复杂光学问题的资深设计师。 谁适合阅读本书？ 本书面向的对象广泛，无论您是： 光学设计初学者： 对光学设计充满好奇，但不知从何入手；正在学习光学工程相关专业，希望快速掌握一款专业软件；或者跨领域希望学习光学设计的技术人员。 ZEMAX软件使用者： 已经接触过ZEMAX，但感觉掌握不够深入，希望提升软件操作效率和设计水平；或者在实际工作中遇到瓶颈，需要系统性的指导来突破。 光学工程师与科研人员： 需要利用ZEMAX进行复杂光学系统的设计、分析与优化；希望了解最前沿的光学设计方法论与工程实践；或者希望快速学习并掌握ZEMAX的各项高级功能。 相关领域从业者： 如精密仪器制造、光电工程、材料科学、生物医学工程等，工作中会涉及到光学元件的设计与集成，需要理解并运用光学设计原理。 本书的独特价值与内容亮点： 不同于市面上零散的教程或仅侧重软件功能的介绍，《ZEMAX光学设计超级学习手册》以其系统性、深入性、实操性三大核心价值，为您构建一个完整的光学设计知识体系。 一、扎实的光学基础理论，为深入理解打下坚实根基： 光学设计绝非简单的软件操作，而是建立在深厚的物理光学和几何光学理论之上。本书将从最基础的概念讲起，循序渐进地为您梳理： 几何光学基础： 光的直线传播、反射、折射定律，成像原理，光路追迹，瞳和场等关键概念。 物理光学基础： 衍射、干涉、偏振等现象，以及它们在现代光学系统设计中的意义。 成像质量评价： 像差理论（球差、慧差、像散、场曲、畸变等）的成因、表现及评价指标（MTF、RMS波前差等）。 现代光学系统简介： 了解不同类型光学系统（如折射系统、反射系统、复消色差系统、衍射光学元件等）的基本构成原理。 本书并非冗长的理论堆砌，而是将理论知识与ZEMAX软件的功能紧密结合，让您在学习软件的同时，深刻理解每个参数、每个设置背后的光学原理。 二、ZEMAX软件核心功能深度解析，掌握从入门到精通的全流程： 本书将以ZEMAX软件的最新版本为蓝本，对其核心功能进行全面而详尽的讲解： 软件界面与基础操作： 熟悉ZEMAX的工作环境，掌握菜单、工具栏、视图窗口等基本操作，快速上手。 系统构建与建模： 表面定义： 学习如何精确定义各种光学表面，包括球面、非球面、衍射面、自由曲面等。 材料库与光源： 掌握如何选择和导入光学材料，设置不同类型和特性的光源。 孔栏与网格： 理解孔栏的设置如何影响光通量和视场，网格的意义与应用。 系统整体布局： 如何组织和管理光学系统的各个组成部分。 光线追迹与可视化： 网格追迹、全视场追迹： 掌握不同追迹模式的原理与应用。 二维/三维光线图： 直观地观察光线传播路径，识别潜在的光路问题。 像面图、视场图、孔栏图： 深入理解系统的成像特性和光瞳特性。 性能分析与优化： 像差分析： 学习利用ZEMAX的工具进行各种像差的量化分析，如Zernike多项式分析、Spot Diagram、OPD Map等。 MTF分析： 掌握调制传递函数（MTF）的计算与解读，这是衡量光学系统成像质量的关键指标。 公差分析： 学习如何评估制造和装配误差对系统性能的影响，进行稳健性设计。 优化器详解： 深入理解ZEMAX的各种优化器（如DLS、MGD、Levenberg-Marquardt等）的工作原理，掌握高效的优化策略，逐步提升系统性能。 多种优化目标： 学习如何根据不同的设计需求设置优化目标，实现最佳成像效果。 高级功能探索： 宏命令（Macro）编程： 学习如何利用宏命令自动化重复性操作，提高工作效率，实现个性化设计。 DLL编程接口： 了解如何通过DLL接口扩展ZEMAX的功能，集成外部算法或数据库。 照明分析： 掌握如何进行光源的分布、强度、色温等照明特性分析，适用于LED照明、显示等领域。 序列模式与非序列模式： 详细讲解两种模式的区别与应用场景，尤其是在处理复杂散射、涂层、结构光等问题时的优势。 自由曲面设计与优化： 深入探讨如何设计和优化包含自由曲面的复杂光学系统。 衍射光学元件（DOE）设计： 学习如何利用ZEMAX进行DOE的设计与分析。 三、海量实战工程案例，将理论与实践融会贯通： 本书最大的特色之一在于其丰富的、贴近实际工程的案例。每一个案例都经过精心设计，旨在模拟真实的光学设计挑战。您将跟随作者的脚步，亲手设计并优化： 数码相机镜头： 从入门级的广角镜头到专业级的长焦镜头，学习如何平衡像差、控制畸变。 显微物镜： 掌握设计高数值孔径（NA）显微镜物镜的关键技巧。 投影仪光学系统： 学习如何设计高效、高亮度的投影成像系统。 头戴式显示器（HMD）光学： 了解VR/AR设备中复杂的光学设计原理。 激光系统光路： 学习如何设计和准直激光束，控制光斑质量。 自由曲面在照明系统中的应用： 学习如何利用自由曲面实现复杂的光强分布控制。 多光谱成像系统： 掌握设计能够采集不同波段信息的复杂光学系统。 每个案例都将详细展示： 设计目标与需求分析： 明确设计所要解决的问题。 初始系统搭建： 如何根据需求初步构建光学系统。 迭代优化过程： 演示如何通过分析和调整参数，逐步改进系统性能。 关键环节的解释： 剖析设计过程中遇到的难点和解决方案。 最终性能评估： 如何验证设计是否达到预期目标。 通过这些案例，您不仅能学会如何使用ZEMAX，更能掌握一套系统性的设计思维和解决问题的流程。 四、专家级设计思路与技巧分享，助您少走弯路： 林晓阳老师凭借多年的光学设计与教学经验，将在书中分享大量宝贵的设计心得与实战技巧，包括： 不同类型光学系统设计方法的侧重点。 如何选择合适的光学元件（镜片、棱镜、滤光片等）。 如何进行光学元件的公差分配和供应商沟通。 如何理解并规避常见的“陷阱”和低效设计。 不同优化目标的适用场景和优先级判断。 提高设计效率和代码复用的方法。 这些“内功心法”将帮助您在实际工作中少走弯路，更快地成长为一名优秀的光学设计师。 本书的组织结构： 本书将采用由浅入深、由易到难的结构编排，确保读者能够循序渐进地掌握知识： 第一部分：光学设计入门与ZEMAX基础 光学设计的概念与重要性 ZEMAX软件简介与安装 ZEMAX基本界面与导航 光学系统建模基础（镜头、光阑、孔栏等） 材料库与光源设置 第二部分：核心功能深度解析 光线追迹与成像质量评价方法 像差理论与ZEMAX分析工具 MTF分析与性能优化 公差分析与稳健性设计 ZEMAX优化器详解 第三部分：高级功能与进阶应用 序列模式下的复杂系统设计 非序列模式下的散射、涂层、集成光学设计 自由曲面与衍射光学元件设计 照明分析与LED光学设计 宏命令与DLL接口开发简介 第四部分：实战工程案例分析 多个典型光学系统的完整设计流程演示 第五部分：专家经验分享与发展建议 光学设计方法论与工程实践 常见问题解答与疑难杂症 未来光学设计趋势展望 学习本书，您将收获： 扎实的光学设计理论知识。 精通ZEMAX软件的各项功能。 掌握独立完成复杂光学系统设计的能力。 提升光学系统性能分析与优化水平。 了解光学工程领域的实际应用与工程实践。 培养严谨、科学的光学设计思维。 为您的职业生涯打开新的可能。 《ZEMAX光学设计超级学习手册》不仅仅是一本书，更是您在光学设计领域探索未知、挑战极限的忠实伙伴。它将陪伴您从一个好奇的求知者，成长为一名自信、高效、富有创造力的光学设计专家。现在，就翻开这本书，让我们一同踏上这段精彩的光学设计之旅吧！

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对购买光学设计方面的书籍一直比较谨慎，因为很多书都存在理论过于陈旧、案例不够贴近实际等问题。但《ZEMAX光学设计超级学习手册》彻底颠覆了我的看法。林晓阳先生在书中展现了他对ZEMAX软件的深度理解和对光学设计原理的扎实掌握。我尤其欣赏书中对“非球面设计”和“衍射光学元件设计”等前沿内容的介绍，这些在很多基础教材中都是一带而过的，而这本书却提供了详细的设计流程和优化思路。它不仅仅是教你如何操作软件，更是教你如何“思考”。例如，在设计一个高倍率物镜时，书中会引导你思考如何平衡像质、视场和体积等多个约束条件，并提供多种优化策略供你选择。这种“授人以渔”的教学方式，让我觉得这本书的价值远超其价格。书中还包含了许多关于“批量处理”和“宏命令”的应用，这对于提高设计效率非常有帮助，尤其是我这种需要处理大量相似设计的工程师来说，简直是救星。而且，这本书的语言风格非常接地气，没有太多生涩的学术术语，读起来很舒服，不会让人产生畏难情绪。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种已经工作了几年，对ZEMAX有一定基础，但总觉得在设计优化方面遇到瓶颈的光学工程师来说，这本《ZEMAX光学设计超级学习手册》就像久旱逢甘霖。林晓阳先生在书中并没有停留在基础操作的层面，而是深入探讨了许多高级的优化算法和技巧，以及如何有效地处理各种复杂的像差问题。我印象特别深刻的是书中关于“评价函数构建”的章节，它详细讲解了如何根据不同的设计目标（比如MTF、RMS spot radius、波前像差等）来构建合适的评价函数，以及如何调整权重来引导优化过程。这对于我之前在优化过程中“凭感觉”摸索的情况来说，简直是打开了新世界的大门。另外，书中关于“公差分析”的部分也让我受益匪浅。以前我总是忽略这一环节，导致设计出来的产品在实际生产中良率不高。这本书提供了详细的公差分析方法和ZEMAX中的具体操作步骤，让我能够提前预估并控制设计中的潜在风险。林晓阳先生在书中的一些“经验之谈”也非常宝贵，比如在遇到特定问题时，应该从哪些方面入手分析，如何避免一些常见的误区，这些都是在官方文档或者零散教程中很难找到的。这本书让我对ZEMAX的理解从“工具使用”提升到了“设计哲学”的高度。

评分☆☆☆☆☆

我是一个光学设计的初学者，之前对ZEMAX了解不多，甚至有些望而却步。偶然的机会，我接触到了这本《ZEMAX光学设计超级学习手册》，它就像一盏明灯，照亮了我学习的道路。作者林晓阳先生的讲解方式非常细腻，从最基本的软件安装、界面布局，到各种基本光学元件的创建和参数设置，都讲解得非常详细。我最喜欢的是书中对“初学者容易犯的错误”的提示，这些提醒让我少走了很多弯路，避免了许多不必要的挫败感。书中还附带了许多可以直接运行的ZEMAX文件，让我可以在实际操作中验证书中的讲解，加深理解。尤其是那些关于“初级镜头设计”的案例，让我能够一步步地跟着完成一个简单的镜头设计，并从中学习到设计的基本思路和步骤。这本书没有一开始就抛出复杂的概念，而是层层递进，让我在掌握了基础之后，再去学习更高级的内容。这种循序渐进的学习方法，极大地增强了我的学习信心。这本书的排版也很舒适，文字清晰，图例丰富，阅读体验非常好。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是太棒了！作为一个光学设计领域的新人，我之前一直觉得ZEMAX的操作复杂难懂，网上的教程也零散不成体系。但当我拿到这本《ZEMAX光学设计超级学习手册》后，那种困惑感顿时烟消云散。作者林晓阳先生的讲解实在是太到位了！从最基础的软件界面介绍，到各种光学元件的参数设置，再到复杂的光学系统搭建和优化，每一步都讲解得非常清晰，而且循序渐进，完全不会让人感到力不从心。书中大量的插图和示例更是锦上添花，让我能够直观地理解抽象的光学概念和ZEMAX的操作流程。我尤其喜欢的是它对实际案例的深入剖析，比如在设计一个显微镜镜头时，书中详细讲解了如何考虑视场、像差、焦距等关键因素，并且提供了具体的ZEMAX操作步骤和优化技巧。这让我不仅学会了如何使用ZEMAX，更学会了如何进行科学合理的光学设计。这本书的编排逻辑也非常合理，章节之间过渡自然，让我可以按照自己的学习进度来安排阅读。对于想要系统学习ZEMAX光学设计的初学者来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。它就像一位经验丰富的老 O-P (Optical Professional)，手把手地教你如何成为一名优秀的光学设计师。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的光学工程师，我手里的ZEMAX相关书籍不下十本，但《ZEMAX光学设计超级学习手册》却是我最常翻阅的一本。原因无他，它在“实用性”和“前瞻性”上做得尤为出色。林晓阳先生在书中不仅仅局限于软件功能的介绍，更是将ZEMAX与实际的光学设计问题紧密结合。我尤其欣赏的是书中关于“新型光学元件设计”和“复杂照明系统设计”的探讨。比如，在设计LED照明系统时，书中详细讲解了如何利用ZEMAX进行光源建模、效率分析和光强分布优化，这对于我之前在处理这类问题时遇到的困难非常有启发。此外，书中还涉及了“偏振光学设计”、“全息元件设计”等一些比较前沿且实用的主题，并给出了具体的ZEMAX实现方案。这让我能够及时跟进光学设计领域的新发展，并将新的技术应用到我的工作中。林晓阳先生在书中提炼出的许多“设计经验”和“调优心得”更是价值连城，它们能够帮助我快速定位问题，找到最有效的解决方案，大大缩短了设计周期。总而言之，这本书不仅仅是一本工具书，更是一本能够帮助光学工程师不断提升设计能力和拓展设计思路的宝典。