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目录1

第一章 几何光学基础1

§1.1光线与光的波面1

§1.1.1电磁波谱1

§1.1.2发光点、光线和光束2

§1.1.3象散光束2

§1.2光线传播的基本规律3

§1.2.1几何光学的基本定律3

§1.2.2费马原理4

§1.3光学成象的基本概念6

§1.3.1实象与虚象，实物与虚物6

§1.3.2物空间和象空间，物与象的共轭性7

§1.3.3物象之间的等光程性7

§1.4光线的折射方程，符号规则8

§1.4.1几何光学的符号规则8

§1.4.2球面的折射方程9

§1.5.1单个折射球面的近轴光成象10

§1.5球面系统的近轴成象10

§1.5.2共轴球面系统13

§1.5.3球面反射镜14

§1.6理想光学系统理论15

§1.6.1理想光学系统和共线成象15

§1.6.2理想光学系统的焦点、焦平面、主点、主平面16

§1.6.3理想光学系统的物象位置关系17

§1.6.4理想光学系统的拉亥公式及二焦距间的关系18

§1.6.5理想光学系统的放大率20

§1.6.6光学系统的节点22

§1.6.7光学系统的光焦度22

§1.7光学系统的组合23

§1.7.1两个光组的组合24

§1.7.2共轴多光组的组合26

§1.7.3望远镜系统31

§1.7.4透镜与薄透镜33

§1.7.5近轴光学的矩阵方法39

§1.8光学系统中的光阑48

§1.8.1孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳48

§1.8.2视场光阑、入射窗和出射窗49

§1.8.3渐晕50

§1.8.4消杂光光阑51

习题52

第二章 象差概论54

§2.1光线的光路计算54

§2.1.1近轴光线的光路计算55

§2.1.2非近轴子午光线的光路计算56

§2.1.3沿轴外点主光线的细光束计算60

§2.2轴上点球差69

§2.2.1球差现象69

§2.2.2初级球差69

§2.2.3单个折射球面的不晕点71

§2.2.4带球差和高级球差72

§2.3.1等晕条件、正弦条件74

§2.3正弦差与彗差74

§2.3.2正弦差75

§2.3.3彗差76

§2.3.4初级正弦差，初级彗差78

§2.4象散与象面弯曲（场曲）80

§2.4.1象散80

§2.4.2象面弯曲（场曲）81

§2.4.3初级场曲与初级象散82

§2.5畸变85

§2.5.1实际畸变85

§2.5.2初级畸变86

§2.6色差87

§2.6.1光学材料的色散87

§2.6.2轴向色差（位置色差）88

§2.6.3垂轴色差（放大率色差）90

§2.7几何象差综述92

§2.7.1光学系统的象差要求92

§2.7.2初级象差表示式及其与视场和孔径的关系93

§2.7.3子午象差特性曲线95

§2.8波象差97

§2.8.1轴上点的波象差，波象差与球差的关系97

§2.8.2参考点移动产生的波象差，物理焦深99

§2.8.3色差的波象差表示100

§2.8.4光学系统的象差容限101

习题103

§3.1.1红外系统的组成104

§3.1红外光学系统概述104

第三章 红外光学系统的物镜及其设计基础104

§3.1.2红外光学系统的功用105

§3.1.3望远系统106

§3.1.4红外光学系统的特点110

§3.2折射式物镜：单折射物镜113

§3.2.1薄透镜的初级球差114

§3.2.2初级轴向色差角弥散（物在无限远）118

§3.2.4物在有限远时的初级象差119

§3.2.3初级彗差和象散角弥散（物在无限远）119

§3.2.5凸平透镜、等凸透镜的初级象差120

§3.3折射式物镜：组合透镜122

§3.4非球面子午光线追迹126

§3.4.1非球面曲面方程126

§3.4.2非球面的子午面内光线光路计算126

§3.4.3旋转二次曲面的子午光线追迹129

§3.4.4非球面的初级象差概述133

§3.5反射式物镜：单反射镜135

§3.5.1球面反射镜135

§3.5.2抛物面反射镜137

§3.5.3双曲面反射镜138

§3.5.4椭球面反射镜和扁球面反射镜138

§3.6反射物镜：双反射镜系统139

§3.6.1常见的双反射镜系统139

§3.6.2双反射镜系统的近轴关系140

§3.6.3双反射镜系统的初级象差142

§3.6.4几种主要的双反射镜系统143

§3.7折反射物镜147

§3.7.1施密特系统147

§3.7.2曼金（Mangin）折反射物镜152

§3.7.3包沃斯－马克苏托夫系统153

§3.8红外变焦距系统156

§3.9光学检验技术和性能量度方法：光程检验法158

§3.9.1傅科刀口检验法158

§3.9.2哈特曼检验法及其它光阑检验法159

§3.9.3朗奇光栅检验法160

§3.10光学检验技术和性能量度方法：干涉检验法160

§3.10.1泰曼－格林干涉仪160

§3.10.2菲索干涉仪161

§3.10.3不等光程激光干涉仪162

§3.10.4散射板干涉仪163

§3.10.5剪切干涉仪163

习题164

第四章 辅助光学系统166

§4.1场镜166

§4.1.1场镜的主要作用166

§4.1.2场镜的参数计算167

§4.1.3有效焦距、有效F数和象差特性169

§4.2光锥172

§4.2.1光线在光锥内的传播172

§4.2.2简单光锥173

§4.2.3实心圆锥形光锥175

§4.2.4二次曲面光锥176

§4.2.5光锥与场镜的组合结构177

§4.3浸没透镜179

§4.3.1浸没透镜的物象关系和齐明条件180

§4.3.2半球浸没透镜和超半球浸没透镜181

§4.3.3浸没透镜由全反射导致的限制183

§4.4中继光学系统187

§4.5.1整流罩188

§4.5整流罩与窗188

§4.5.2窗口190

§4.6光机扫描元件：旋转的45°平面反射镜190

§4.6.1光机扫描概述190

§4.6.2旋转的45°平面反射镜192

§4.7光机扫描元件：摆动的平面反射镜和平面平行平板193

§4.7.1摆动的平面反射镜193

§4.7.2平面平行平板197

§4.8光机扫描元件：旋转的多面体反射棱柱198

§4.8.1旋转的多面体反射棱柱198

§4.8.2旋转的四方反射棱柱202

§4.9光机扫描元件：旋转的折射棱镜和折射光楔204

§4.9.1旋转折射棱镜204

§4.9.2旋转折射光楔207

§4.10其他类型的扫描元件和各种扫描图形的产生209

§4.10.1其他类型的扫描元件209

§4.10.2各种扫描图形的产生方法211

习题212

第五章 红外光学材料和光学薄膜213

§5.1红外光学材料的主要性能213

§5.1.1光谱透过率213

§5.1.2折射率和色散214

§5.1.3自辐射性能214

§5.1.4材料的其他物理和化学性质214

§5.2红外光学材料的种类214

§5.2.1红外光学玻璃214

§5.2.2晶体216

§5.2.3热压等法制备的多晶红外光学材料218

§5.2.4红外透明陶瓷220

§5.2.5塑料221

§5.3常用的红外光学材料222

§5.4.1光学纤维224

§5.4.2光学纤维的数值孔径224

§5.4红外光学纤维224

§5.4.3图象的分辨率225

§5.4.4红外光学纤维的材料225

§5.5薄膜光学的理论基础225

§5.5.1麦克斯韦方程225

§5.5.2平面电磁波的波动方程226

§5.5.3E和H的关系227

§5.5.4单一界面上的反射228

§5.6薄膜系统的光学特性计算230

§5.6.1单层薄膜的反射率230

§5.6.2多层介质膜的反射率232

§5.6.3薄膜组件的透过率234

§5.7周期性对称膜系的等效光学导纳235

§5.8增透膜（减反射膜）237

§5.8.1λ0/4增透膜系的矢量分析法237

§5.8.2单层增透膜（单层减反射膜）238

§5.8.3双层增透膜240

§5.8.4多层增透膜242

§5.9红外反射膜243

§5.9.1金属反射膜243

§5.9.2全介质反射膜244

§5.10干涉滤光片246

§5.10.1截止干涉滤光片246

§5.10.2红外带通滤光片253

§5.10.3圆形渐变（劈式）干涉滤光片256

§5.11.2反射滤光片257

§5.11吸收、反射和色散滤光片257

§5.11.1吸收滤光片257

95.11.3色散滤光片258

§5.12分光片和分色片258

§5.12.1分光片259

§5.12.2介质分色片259

习题259

§6.1红外棱镜分光系统261

§6.1.1棱镜主截面内的折射261

第六章 红外分光系统及其数理基础261

§6.1.2棱镜的色散263

§6.1.3棱镜的分辨率264

§6.1.4光谱线（狭缝象）的弯曲265

§6.1.5色散棱镜的材料266

§6.1.6红外棱镜分光光度计的工作原理268

§6.2红外光栅分光光度计269

§6.2.1衍射光栅的分光原理269

§6.2.2角色散和角放大率270

§6.2.3衍射光栅的分辨率271

§6.2.4闪耀光栅（定向光栅）272

§6.2.5红外光栅分光光度计的工作原理274

§6.3傅里叶变换275

§6.3.1傅里叶积分变换275

§6.3.2傅里叶变换的性质277

§6.3.3一些典型函数的傅里叶变换280

§6.3.4δ函数283

§6.3.5离散傅里叶变换287

§6.3.6快速傅里叶变换290

§6.4调制光谱仪：傅里叶变换光谱仪296

§6.4.1傅里叶变换光谱仪的结构296

§6.4.2傅里叶变换光谱仪的基本原理297

§6.4.3分辨率和切趾299

§6.4.4傅里叶变换光谱仪的特点303

§6.5.1选择调幅干涉光谱仪的原理和性能305

§6.5调制光谱仪：选择调幅干涉光谱仪305

§6.5.2选择调幅干涉光谱仪的光路结构习题309

第七章 红外光学系统的象质评定311

§7.1光学系统的成象分析311

§7.1.1透镜的脉冲响应311

§7.1.2一般成象系统分析314

§7.2用脉冲响应讨论两点的分辨问题316

§7.2.1狭缝和圆孔状光瞳316

§7.2.2一维情况的点象分辨判据319

§7.2.3二维情况的点象分辨判据321

§7.3光学系统的传递函数323

§7.2.4分辨判据和光学系统象质评价323

§7.3.1相干传递函数324

§7.3.2非相干传递函数327

§7.3.3光学传递函数的计算331

§7.4光学传递函数的测量336

§7.4.1数字傅里叶分析法336

§7.4.2光学傅里叶分析法337

§7.4.3光电傅里叶分析法339

§7.5传统象质评价方法342

§7.5.1斯特列尔判据342

§7.5.2瑞利λ/4波象差判据343

§7.5.3点列图344

习题345

§8.1辐射计和扫描辐射计的光学系统348

§8.1.1透射式红外测温仪光学系统的设计348

第八章 典型红外光学系统及其设计348

§8.1.2反射式红外测温仪中光学系统的设计352

§8.1.3气象卫星用的扫描辐射计355

§8.1.4热图测绘辐射计357

§8.2红外跟踪系统357

§8.3热象仪系统361

§8.3.1旋转折射棱镜热象仪的光学系统361

§8.3.2多元线列并扫热象仪的光学系统365

§8.3.3医用热象仪的性能366

§8.4红外前视装置的光学系统368

§8.4.1连续变焦红外前视光学系统368

§8.4.2非球面元件的应用370

§8.4.3自反射现象371

§8.4.4渐晕现象372

§8.5多光谱扫描仪372

§8.5.1机载多光谱扫描仪设计373

§8.5.2星载多光谱扫描仪379

习题380