基于Zemax的应用光学教程

图书标准信息

• 作者 施跃春
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2022-03
• 版次 1
• ISBN 9787121430510
• 定价 56.00元
• 装帧 其他
• 页数 306页

【内容简介】

本书将应用光学基础理论知识与Zemax光学设计相结合。每章首先介绍理论知识，然后落实到Zemax的设计方法上进行光学设计锻炼。本书包含了几何光学成像基本概念、共轴球面系统、理想光学系统、平面系统、光阑、光度学、像差及望远镜等典型成像系统，也涉及Zemax的基本操作、优化设计等概念。在第9章给出了5个详细的Zemax设计案例，包含光纤耦合、透镜整形与耦合、基于棱镜的光环形器、三片式成像系统及苹果手机镜头光学系统分析。为方便教学，本书提供电子课件，可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。

【作者简介】

施跃春，主要研究面向大容量光通讯和光互联的光子集成芯片，包括DFB半导体激光器以及多波长阵列、模分复用光集成芯片等以及它们的系统应用。主持国家自然科学青年基金一项；江苏省自然科学青年基金一项；作为学术骨干参与国家\"863”计划项目和国家自然科学基金重点项目等多项。近年来在Optics Letters、Optics Express以及IEEE Photonics Technology Letters 等光学领域国际主要学术期刊发表或合作发表SCI检索论文30余篇；授权或申请专利11项，其中授权美国专利一项，一项专利在2012年被收录为江苏省百件优质专利名录。

【目录】

目录

第1章  几何光学基本定律与成像基本概念1

1.1  几何光学的基本概念1

1.1.1  几何光学中的光源与光束1

1.1.2  几何光学的基本定律2

1.1.3  费马原理4

1.2  光学系统及成像的基本概念7

1.3  Zemax的界面简介与光学建模方式9

1.3.1  Zemax的界面简介9

1.3.2  Zemax光学建模与基本计算流程11

思考题12

计算与证明题12

第2章  共轴球面系统的成像理论13

2.1  几何光学中的符号规则13

2.1.1  线段14

2.1.2  角度14

2.1.3  符号规则的意义15

2.1.4  符号的标注15

2.2  单折射球面成像15

2.2.1  实际光线单折射球面的光路计算15

2.2.2  近轴区域单折射球面光路计算18

2.2.3  近轴区域单折射球面成像规律19

2.2.4  细光束大视场入射情况与场曲23

2.3  共轴球面系统成像25

2.3.1  共轴球面系统近轴区域的转面过渡公式26

2.3.2  共轴球面系统近轴像面位置计算27

2.4  单个反射球面的成像29

2.5  Zemax中的像差评价与镜面参数设置31

2.5.1  Spot Diagram与Ray Aberration简介31

2.5.2  纯离焦35

2.5.3  纯球差37

2.5.4  球差和离焦39

2.5.5  自动优化设计概念初步40

思考题43

计算与证明题43

第3章  理想光学系统45

3.1  理想光学系统的基本理论45

3.2  理想光学系统的基点、基面46

3.2.1  焦点、焦面与焦距47

3.2.2  主面与主点48

3.2.3  节点49

3.3  理想光学系统的物像解析关系49

3.3.1  物像位置计算49

3.3.2  放大率及相互关系51

3.4  理想光学系统的图解法54

3.5  理想光学系统的组合58

3.5.1  双光组光学系统59

3.5.2  多光组光学系统正切计算法61

3.6  透镜63

3.6.1  单折射球面的基点、基面与焦距63

3.6.2  透镜的基点与焦距64

3.6.3  薄透镜与薄透镜组70

3.7  单透镜与双透镜的Zemax设计实例72

3.7.1  单透镜Zemax设计实例72

3.7.2  双胶合透镜Zemax设计实例77

计算题81

第4章  平面系统84

4.1  平面折射与平行平板玻璃成像性质84

4.1.1  平行平板的成像性质84

4.1.2  平行平板的等效空气层的概念86

4.2  平面反射镜88

4.2.1  平面反射镜的成像特性89

4.2.2  平面反射镜的旋转效应90

4.2.3  两面角镜的成像特性91

4.3  反射棱镜92

4.3.1  反射棱镜的基本概念92

4.3.2  反射棱镜系统的物像坐标变换规律94

4.3.3  反射棱镜的展开与结构尺寸计算95

4.4  折射棱镜和楔镜99

4.4.1  折射棱镜99

4.4.2  楔镜100

4.5  Zemax中的坐标断点102

4.5.1  Zemax中的坐标系102

4.5.2  坐标变换103

4.5.3  Zemax中的坐标断点设置104

4.6  光学系统中具有反射镜或者平行平板的Zemax仿真分析106

4.7  具有反射镜的光学系统Zemax设计方法实例——牛顿望远镜109

4.8  具有阿米西（Amici）屋脊棱镜与五棱镜组合的光学系统Zemax设计实例112

思考题115

计算题116

第5章  光学系统的光束限制118

5.1  光学系统中的孔径光阑、入射光瞳与出射光瞳118

5.1.1  孔径光阑的判断119

5.1.2  入射光瞳与出射光瞳121

5.2  视场光阑、窗与渐晕124

5.2.1  视场光阑124

5.2.2  入射窗与出射窗125

5.2.3  渐晕126

5.3  光学系统的景深131

5.4  Zemax中光束限制的设计方法——单透镜光束限制的设计与分析135

5.5  Zemax中渐晕的设计方法140

5.6  Zemax的多重结构设计——反射式扫描系统设计146

计算题149

第6章  光度学基础151

6.1  光能和光度学的基本概念151

6.1.1  立体角的概念151

6.1.2  辐射通量、光谱光视效率与光通量153

6.1.3  光亮度、发光强度、光出射度和光照度155

6.1.4  光学系统中光亮度和光通量的传递159

6.2  光学系统中的光能损失分析与计算161

6.2.1  光学系统中的光能损失分析162

6.2.2  光学系统的透过率计算164

6.3  Zemax中相对照度、镀膜简介及序列/非序列混合模型与照明设计实例164

6.3.1  相对照度164

6.3.2  镀膜165

6.3.3  利用序列与非序列混合模型设计一个LED（点光源）的照明系统167

计算题173

第7章  像差理论174

7.1  单色像差174

7.1.1  轴上点与轴外点像差174

7.1.2  正弦差与彗差177

7.1.3  像散180

7.1.4  场曲181

7.1.5  畸变183

7.2  色差184

7.2.1  位置色差184

7.2.2  放大率色差184

7.3  Zemax中的像差模拟与分析185

7.3.1  球差185

7.3.2  彗差187

7.3.3  像散189

7.3.4  场曲189

7.3.5  畸变191

7.3.6  色差192

第8章  实际光学系统196

8.1  人眼光学系统与视光学196

8.1.1  人眼的构造196

8.1.2  人眼的主要特性197

8.1.3  双眼立体视觉201

8.2  放大镜202

8.2.1  目视光学仪器的工作原理203

8.2.2  放大镜的视觉放大率203

8.2.3  放大镜光束限制204

8.3  望远镜205

8.3.1  望远镜的历史发展背景205

8.3.2  望远镜的基本类型与工作原理206

8.3.3  望远镜的技术指标207

8.4  显微镜209

8.4.1  显微镜的历史发展背景209

8.4.2  显微镜的基本工作原理与技术指标210

8.4.3  显微镜的光束限制211

8.4.4  显微镜的分辨力与有效放大率212

8.5  照相机与投影仪216

8.5.1  照相机的历史发展背景216

8.5.2  照相机的基本工作原理与性能参数216

8.5.3  投影仪的历史发展背景220

8.5.4  投影仪的基本工作原理与性能参数220

8.6  光学成像系统的像质评价简介222

8.7  光学传递函数、人眼模型和虚拟现实应用223

8.7.1  光学传递函数像质评价基本概念223

8.7.2  人眼的Zemax模型和在虚拟现实（VR）中的应用225

思考题230

计算题231

第9章  Zemax中的优化、公差与若干设计案例233

9.1  Zemax优化方法简介233

9.1.1  优化方法概述233

9.1.2  光学系统数学建模234

9.1.3  Zemax中评价函数的定义236

9.1.4  Zemax操作符的定义237

9.1.5  默认评价函数238

9.2  Zemax公差分析简介239

9.3  若干光学系统设计实例242

9.3.1  优化设计双透镜光纤对接耦合系统243

9.3.2  优化非球面镜实现半导体激光器与单模光纤的高效耦合255

9.3.3  基于偏振元件的光环形器设计264

9.3.4  库克三片式成像镜头设计272

9.3.5  苹果手机镜头剖析279

思考与练习题292

参考文献294