《工程光学》是自动化测试与控制专业本科生必修课，是机械电子工程专业本科生的指定选修课。也是光电类专业的专业基础课程。课程共分十七章，主要几何光学的基本定律与成像理论等基本几何光学理论。它包含《几何光学》和《物理光学》两部分。

《物理光学》

《物理光学》作为测控技术及仪器专业的学科类方向性课程，主要研究光的产生传输、光信号处理以及光与物质相互作用等问题。本课程的目的在于：学生完成学习后，在较全面的掌握传统物理光学和现代光学的基本理论的同时，能紧密结合工程实际了解其实际应用，适应现代光电子技术、光通信技术等广泛应用的需求。从而使测控技术及仪器专业的学生能将光学、机械、电子、计算机等知识有机地结合在一起，掌握全面的学科知识，为以后从事光学和光电技术、仪器仪表技术和精密计量及检测技术等方面工作打下坚实的基础。

本课程具有很强的实践性，要求学生理论密切联系实际，通过安排的实验课程，培养动手实践能力。基本要求是：掌握物理光学和现代光学基础的理论知识，紧密结合工程实际了解其实际应用，具备一定的光学系统设计和应用能力。

《工程光学》

《工程光学》在注重论述光学基本原理的同时，结合工程实际，通过本课程的学习可较全面掌握光学基本理论和实际应用技术，使学生在学习过程中掌握工程光学的基本理论、计算，学会分析、设计光学系统；培养学生在掌握经典光学理论的基础上，对现代光学系统原理及成像特性有更进上步识，为进一步研究开发光学测试仪器打下基础。本课程是应用光学基础类课程，主要涉及光学应用的基本理论、计算、设计，要求学生掌握以下方面内容：

（一）、几何光学的基本定律、高斯光学原理；

（二）、学会应用光线追迹方法进行光路分析、像差计算；

（三）、掌握典型光学系统（放大镜、显微镜、望远镜、摄像/投影）的特性；

（四）、掌握现代光学有关知识（傅里叶变换光学、激光光学、光纤光学、扫描光学及光电光学等）。

创作背景

本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材，是在第1版的基础上修订而成的。本书分几何光学和光学设计（上篇）和物理光学（下篇）两篇，系统地介绍了工程光学的基本原理、方法和应用。上篇共十章，包括几何光学的基本定律和成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光学系统中的光束限制、光度学和色度学基础、光线的光路计算及像差理论、典型光学系统、现代光学系统、光学系统的像质评价和像差公差、光学设计，下篇共七章，包括光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、傅里叶光学、光的偏振和晶体光学基础、导波光学基础、光子学基础，删去了光的量子性和激光基础一章。上篇还增加了光阑、像差特征曲线及分析、变焦距光学系统、现代光学设计软件中的各种像质评价方法等内容。下篇增加了光传播时的吸收、色散和散射，液晶、近场光学、二元光学、光调制、光子通信和光子晶体的内容。本书可作为高校仪器表类、光电信息科学与工程及相近专业的教材，亦可作为物理和光学专业的选修教材或参考书，也可供相关技术人员参考。

图书目录

第1版前言

上篇 几何光学与光学设计

第一章 几何光学基本定律与成像概念

第一节 几何光学的基本定律

第二节 成像的基本概念与完善成像条件

第三节 光路计算与近轴光学系统

第四节 球面光学成像系统

习题

第二章 理想光学系统

第一节 理想光学系统与共线成像理论

第二节 理想光学系统的基点与基面

第三节 理想光学系统的物像关系

第四节 理想光学系统的放大率

第五节 理想光学系统的组合

第六节 透镜

习题

第三章 平面与平面系统

第一节 平面镜成像

第二节 平行平板

第三节 反射棱镜

第四节 折射棱镜与光楔

第五节 光学材料

习题

第四章 光学系统中的光束限制

第一节 光阑

第二节 照相系统和光阑

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

习题

第五章 光度学和色度学基础

第一节 辐射量和光学量及其单位

第二节 光传播过程中光学量的变化规律

第三节 成像系统像面的光照度

第四节 颜色的分类及颜色的表观特征

第五节 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律

第六节 颜色匹配

第七节 色度学中的几个概念

第八节 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值

第九节 CIE标准色度学系统

第十节 均匀颜色空间及色差公式

习题

第六章 光线的光路计算及像差理论

第一节 概述

第二节 光线的光路计算

第三节 轴上点球差

第四节 正弦差和彗差

第五节 像散和场曲

第六节 畸变

第七节 色差

第八节 波像差

习题

第七章 典型光学系统

第一节 眼睛及其光学系统

第二节 放大镜

第三节 显微镜系统

第四节 望远镜系统

第五节 目镜

第六节 摄影系统

第七节 投影系统

第八节 变焦距光学系统

第九节 光学系统的外形尺寸计算

习题

第八章 现代光学系统

第一节 激光光学系统

第二节 傅里叶（Fourier）变换光学系统

第三节 扫描光学系统

第四节 阶跃型光纤光学系统

第五节 梯度折射率光纤光学系统

第六节 光电光学系统

习题

第九章 光学系统的像质评价和像差公差

第一节 瑞利（Reyleigh）判断和中心点亮度

第二节 分辨率

第三节 点列图

第四节 光学传递函数评价成像质量

第五节 其他像质评价方法

第六节 光学系统的像差公差

第十章 光学设计

……

上篇习题参考答案

上篇主要参考文献

下篇 物理光学

第十一章 光的电磁理论基础

第十二章 光的干涉和干涉系统

第十三章 光的衍射

第十四章 傅里叶光学

第十五章 光的偏振和晶体光学基础

第十六章 导波光学基础

第十七章 光子学基础

下篇附录

下篇习题参考答案

下篇主要参考文献

清华大学出版社

书名:普通高等教育"十五"国家级规划教材--工程光学

出版社:清华大学出版社

定价:48

条形码:9787302127222

ISBN:ISBN 7-302-12722-0

作者:田芊 廖延彪 孙利群

印刷日期:2006-5-1

出版日期:2006-5-1

精装平装_开本_页数:平装16开,537页

中图法:

中图法一级分类:

中图法二级分类:

书号:

简介:　本书以工程光学为体系，从光学技术的角度，介绍了光学的一些基本概念、原理、方法及其应用。

本书共分10章，介绍了光波的基本性质和几何光学、物理光学、现代光学的有关内容。其中，几何光学的内容有光的成像技术、光学像的记录和显示技术、光学测量技术；物理光学的内容有光的干涉技术、光的衍射技术、光的偏振技术、光的调制技术；现代光学的内容有激光技术、光波导技术。

本书可作为机械类非光学专业的本科生教材或教学参考书，亦可供有关工程技术人员参考。

前 言

我国的光学专业，有的设置在机械工程院系，有的设置在电子工程院系，有的设置在物理学院系，因此，有关光学的教材版本很多。本《工程光学》主要是为了机械类非光学专业的学生进一步学习光学的有关知识而编写的。

大部分为本科生编写的光学教材，包括了几何光学和物理光学两部分内容。本《工程光学》同样也主要以这两部分内容为主，但考虑到机械类非光学专业学生的课程体制设置中有关光学的课程较少，为了使这些学生对光学有更全面的了解，本教材中也包括了现代光学的许多内容。这本《工程光学》是为了给这部分学生在学习这门课程时提供一本教材或教学参考书，同时也希望能够成为其他有关工程技术人员的学习参考书。

考虑到本教材主要是面向机械类非光学专业的学生，因此除介绍光学的有关最基本的理论之外，更多的是侧重于光学理论的应用，即从光学技术的角度来进行讲述，而这也是本教材之所以称为《工程光学》的原因。这样的考虑，也许会导致对光学理论的介绍较为肤浅，影响学生对光学科学的深入理解，但却能够避免学生在学习物理基础课后再学习光学的重复与枯燥，让学生们能够感到光学的实用性，认识到学习光学大有益处。

对于机械类非光学专业的学生，应该学习和掌握一些光学技术、电子技术，这样可以使这些学生的知识更为全面，以便更好地面对今后实际工作的要求和挑战。我们从20世纪90年代开始，在清华大学精密仪器与机械学系给机械制造专业的学生开设了"工程光学"课程，基于以上这些考虑，我们对该课程的内容和讲授安排进行了探索。授课10多年以来，从一些学生学习时的反应和毕业生的反馈情况来看，我们的考虑和探索基本是正确的，但还需要完善。

由于本教材的目的是对光学这一学科所包含内容的全貌有一个介绍，因此所选编的内容及篇幅较多一些。在利用本教材讲授"工程光学"课程时，可以根据教学计划和课时安排选择其中的部分内容，有些内容可以不讲而作为扩大知识面自学。

本教材由清华大学田芊、廖延彪、孙利群共同编写。廖延彪编写第1，5，6章和第7章部分内容以及第10章，孙利群编写第2，3，8章，田芊编写绪论、第4，9章和第7章部分内容以及附录，最后由田芊对本教材的完成进行定稿。在本教材编写时，我们参考了许多同类教材，学习和借鉴了这些教材的内容和方法，获益匪浅，在此深表谢意。在编写过程中，许多人提出了宝贵意见，为本教材的绘图和校对出版工作付出了辛劳，在此一并致谢。本教材一定有不足之处，恳请给予批评指正。

编者

2006年2月

目录:绪论1

0.1光学是一门重要而有用的科学与技术1

0.2光学一直在发展中并会有更大的发展2

0.3工程光学是着重于应用的科学与技术5

0.4工程光学的学习与课程安排6

第1章光波的基本特性8

1.1光的波动理论8

1.1.1光波与电磁波8

1.1.2平面波，球面波，柱面波10

1.1.3谐波12

1.1.4高斯光束15

1.2平面光波在各向同性介质分界面上的反射和折射17

1.2.1反射定律和折射定律17

1.2.2菲涅耳公式19

1.2.3反射率和透射率21

1.2.4反射和折射时的偏振25

1.2.5反射和折射时的相位26

1.2.6全反射27

1.3光波在金属表面上的反射和折射30

习题33

第2章光的成像技术35

2.1几何光学原理35

2.1.1实验三定律35

2.1.2全反射37

2.1.3费马原理38

2.2光学成像41

2.2.1基本概念与符号规则41

2.2.2单一球面成像42

2.2.3薄透镜成像45

2.2.4组合透镜成像51

2.2.5光阑55

2.3光学设计基础59

2.3.1光线的光路计算59

2.3.2像差理论66

2.4光学材料71

2.4.1光学玻璃71

2.4.2光学晶体78

2.4.3光学塑料81

2.5光度学基础84

2.5.1光度学量及其单位84

2.5.2光传播过程中光学量的变化规律88

2.5.3成像系统像面的照度92

习 题96

第3章光学像的记录和显示技术100

3.1眼睛和助视仪器100

3.1.1眼睛及其光学系统100

3.1.2放大镜和显微镜107

3.1.3望远镜的工作原理110

3.2光学成像器件114

3.2.1感光底片114

3.2.2电荷耦合器件116

3.2.3互补金属氧化物半导体123

3.3光学摄像系统127

3.3.1摄影物镜的光学特性128

3.3.2摄影物镜的基本类型131

3.3.3取景系统和调焦系统132

3.3.4电视摄像系统136

3.4光学显示系统139

3.4.1光学投影系统139

3.4.2光电显示系统145

习 题153

第4章光的干涉技术156

4.1产生光波干涉的条件156

4.1.1光波产生干涉现象的分析157

4.1.2产生光波干涉的必要条件158

4.1.3产生光波干涉的补充条件159

4.2分波面双光束干涉160

4.2.1双缝分波面双光束干涉160

4.2.2分波面双光束干涉的其他实验装置163

4.2.3干涉条纹清晰程度的影响因素165

4.3分振幅双光束干涉170

4.3.1平板分振幅干涉170

4.3.2等倾干涉171

4.3.3等厚干涉175

4.4双光束干涉仪181

4.4.1迈克尔逊干涉仪182

4.4.2斐索干涉仪186

4.4.3马赫?曾德尔干涉仪188

4.4.4赛格纳克干涉仪188

4.5多光束干涉192

4.5.1多束光干涉的光强分布192

4.5.2多光束干涉仪198

4.5.3多光束干涉的应用202

4.6薄膜光学简介204

4.6.1单层光学膜205

4.6.2多层光学膜208

4.6.3光学薄膜的制备及其应用213

习 题216

第5章光的衍射技术220

5.1衍射的基本理论220

5.1.1惠更斯?菲涅耳原理220

5.1.2夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射224

5.2夫琅禾费单缝衍射226

5.2.1衍射光强的计算226

5.2.2对衍射光强分布公式的分析228

5.3夫琅禾费圆孔衍射229

5.4巴比涅原理233

5.5夫琅禾费多缝衍射234

5.5.1双缝的干涉和衍射234

5.5.2多缝的干涉和衍射237

5.6菲涅耳衍射241

5.6.1圆孔衍射和圆屏衍射241

5.6.2直边衍射244

5.6.3波带片 245

5.7衍射光栅248

5.7.1平面衍射光栅248

5.7.2闪耀光栅252

5.7.3光谱仪255

5.8全息技术257

5.8.1全息原理和全息图种类257

5.8.2全息技术应用举例261

5.9傅里叶光学263

5.9.1概述263

5.9.2薄透镜的傅里叶变换性质264

5.9.3光学傅里叶变换266

5.9.4光信息处理及其应用268

5.10二元光学269

5.10.1概述269

5.10.2二元光学的特点271

5.10.3二元光学器件的制作271

5.10.4二元光学的应用272

5.11近场光学275

5.11.1概述275

5.11.2近场光学原理275

5.11.3近场光学应用举例276

习 题278

第6章光的偏振技术281

6.1光的偏振特性281

6.1.1光的横波性281

6.1.2光波的偏振态283

6.1.3偏振光的表示方法286

6.2平面光波在晶体中的传播特性290

6.2.1晶体的介电张量290

6.2.2各向异性晶体中的单色平面光波292

6.2.3平面光波在晶体中的传播--解析法293

6.2.4平面光波在晶体中的传播--图解法296

6.3平面光波在晶体表面上的反射和折射301

6.3.1光波在晶体表面上的反射定律和折射定律301

6.3.2单轴晶体中的光路303

6.4偏振器件304

6.4.1概述304

6.4.2反射型偏振器304

6.4.3双折射型偏振器305

6.4.4二向色型偏振器307

6.4.5波片和补偿器308

6.4.6退偏器312

6.5通过光学元件后光强的计算313

6.5.1概述313

6.5.2用琼斯矢量计算313

6.5.3用斯托克斯矢量计算313

6.5.4用邦加球表示314

6.6偏振光的干涉315

6.6.1概述315

6.6.2平行光的偏振光干涉316

6.6.3会聚光的偏振光干涉318

6.7晶体的旋光性321

6.8偏振光仪器322

6.8.1旋光仪322

6.8.2椭偏仪323

习 题325

第7章光调制技术327

7.1非线性光学简介327

7.1.1概述327

7.1.2介质的非线性特性328

7.1.3非线性效应产生和频329

7.1.4非线性效应产生二次谐波332

7.1.5非线性效应产生差频332

7.1.6光纤中的非线性特性333

7.1.7受激非弹性散射334

7.2光的调制335

7.2.1幅度调制和光强调制335

7.2.2频率调制和相位调制337

7.2.3脉冲调制338

7.3电光调制339

7.3.1线性电光效应339

7.3.2晶体的线性电光系数341

7.3.3KDP晶体的线性电光效应343

7.3.4电光调制器件347

7.4磁光调制349

7.4.1磁致旋光效应349

7.4.2晶体的法拉第效应350

7.5声光调制352

7.5.1弹光效应352

7.5.2声光衍射353

习 题356

第8章光学测量技术357

8.1光学测量的基本装置357

8.1.1光具座及其基本部件357

8.1.2精密测角仪364

8.2光学玻璃的测量367

8.2.1光学玻璃折射率与色散的测量367

8.2.2光学玻璃的双折射测量371

8.2.3有色光学玻璃光谱特性的测量375

8.3光学零件的测量377

8.3.1光学零件面形偏差的测量377

8.3.2球面曲率半径的测量381

8.3.3平面光学零件光学不平行度的测量384

8.3.4焦距和顶焦距的测量389

8.4典型光学系统特性参数测量392

8.4.1显微系统特性参数检测392

8.4.2望远系统光学特性参数检测395

8.4.3照相物镜光学特性参数检测402

习 题410

第9章激光技术413

9.1激光的产生与特性413

9.1.1激光的产生413

9.1.2激光的特性414

9.2光的量子性与波粒二象性415

9.2.1光电效应与光量子（光子学）415

9.2.2光的波粒二象性417

9.2.3原子的能级分布417

9.3激光原理419

9.3.1原子的跃迁419

9.3.2激光器的构成423

9.3.3光学谐振腔426

9.3.4激光的模式430

9.4激光器433

9.4.1气体激光器433

9.4.2固体激光器440

9.4.3半导体激光器443

9.5激光技术451

9.5.1激光准直技术451

9.5.2激光测距技术453

9.5.3激光调制技术458

9.5.4激光稳频技术460

9.5.5激光脉冲技术466

9.5.6激光存储技术471

习 题475

第10章光波导技术 476

10.1概述476

10.1.1光波导476

10.1.2光导纤维477

10.2平面光波导的传输特性480

10.2.1平板光波导的结构480

10.2.2平板波导的模式480

10.2.3光波导损耗481

10.3光波导器件482

10.3.1光波导调制器482

10.3.2电光调制器483

10.3.3声光调制器484

10.3.4周期波导和反射滤波器485

10.3.5光波导偏振器486

10.3.6波导激光器486

10.4光波导耦合487

10.4.1光波导透镜488

10.4.2光波导反射镜和棱镜489

10.5集成光学系统举例489

10.5.1射频频谱分析仪490

10.5.2微型光波导陀螺仪491

10.6光纤的特性492

10.6.1均匀折射率光纤的光线理论492

10.6.2光纤的损耗493

10.6.3光纤的色散494

10.6.4光纤的偏振494

10.7特种光纤495

10.7.1变折射率光纤49