(华科研究生课程)现代实用光学系统
第八章现代光学系统
λz πω02
高斯光束的截面半径轨迹为一对双曲线，双曲线的渐近线可以表示高斯光 束的远场发散程度，如图 8-3 所示。
图 8-3 高斯光束的发散角 高斯光束的孔径角为：
tgθ =
λ πω0
4、高斯光束传播的复参数表示 假设有一个复参数 q ( z ) ，并令
1 1 λ = −i 2 q ( z ) R ( z ) πω ( z )
图 8-4 球面波经透镜变换 由成像关系得
1 1 1 − = R2 R1 f ′
对高斯光束来说，在近轴区域其波面也可以看作是一个球面波，如图 8-5 所 示。
图 8-5 高斯光束经透镜变换 当高斯光束传播到透镜L之前时，其波面的曲率中心为C点，曲率半径为R1， 通过透镜L后， 其出射波面的曲率中心为 C ′ 点， 曲率半径为R2。 对曲率中心C和 C ′ 而言，也是一对物象共轭点，满足近轴光成像关系，即：
′ 又是我们需要知道的两个参数。经以上各个公式最终求得变换后的高 腰半径 ω0 ′ 和束腰位置 z ′ 。 斯光束束腰半径 ω0 四、高斯光束的聚焦和准直 1、高斯光束的聚焦 由于激光束在打孔、焊接、光盘数据读写和图像传真等方面的应用都需要把 激光束聚焦成微小的光点，因此设计优良的激光束聚焦系统是非常必要的。
§8－2 傅里叶变换光学系统
光学信息处理的任务是研究以二维图像作为媒介来进行图象的识别、 图象的 增强与恢复、图像的传输与变换、功率谱分析和全息术中的傅里叶全息存储等。 而担任上述任务的数学运算是傅里叶变换， 光学成像透镜就具备这种二维图像的 傅里叶变换特性。 一、 光学透镜的傅里叶变换特性 1、傅里叶变换过程
∞ F (u , v ) = ∫∫ −∞ f ( x, y ) exp[ −i 2π (ux + uy )]dxdy
《现代光学系统》PPT课件
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空间频率的意义：
x
由于光波在k方向上每走一
k
个 行程，位相变化2，
因此，每间隔一个 就出
现一个等 位相面 ， 在 z=z0 平面上一簇垂直于k的平行 dT xx
直线。
y
z0
空间周期：
Tdy y
d x /c ， o d y s /c , o d z s /c os
在 x和 y方向相应的 :u空 d1x 间 cos频 ,vd1 率 y c为 os
若位于高能态的原子远远多于位于低能态的原子，就得到被高度放大 的光。
在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分 布规律。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情 况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。
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3
2、产生激光的先决条件
在热平衡条件下 ，受激吸收能量大于受激发射能量。 要实现受激发射能量大于受激吸收能量，必须使高 能态的原子数目多于低能态的原子数目，即粒子数 反转。首先是原子能级起码要具有三级，即原子能 级系统中要有亚稳态存在，其次运用外界激发方式 实现粒子数反转。
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
Cf expi(kf)expik(x22fy2)
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
常数因子， 可以忽略
二次因子，在求 强度分布时被自
动消去。
因此，夫琅 的 和 复 费 E ~振 (x衍 y） ,幅 射 为场 刚透过 的 衍 复振 t(1x ,幅 y1)的傅里叶变换，
最基本的要求是：光学性质均匀、光学透明性良 好且性能稳定、量子效率较高、具有亚稳态能 级等。
华中科技大学研究生培养计划
材料物理与化学博士生培养方案（专业代码：080501 授工学学位）一、培养目标1．培养严谨求实的科学态度和作风，具有创新精神和良好的科研道德;2．具有坚实、宽广的基础理论和系统、深入的专门知识；3．在本学科或专门技术上做出创造性的成果；4．理论联系实际，具有独立从事科学研究工作的能力。
二、研究方向1．信息功能陶瓷结构及物性2．纳米光电子材料与器件3．纳米薄膜材料与器件4．化合物半导体材料与器件5．材料设计与计算材料学6．磁功能材料及磁电子学三、学习年限1．实行弹性学制全日制博士生的学习年限一般为3－5年。
博士生毕业时间由博士生导师决定。
提前答辩的博士研究生必须向系提出书面申请，并经主管系主任批准。
对于在规定时间内未完成博士学位论文的博士研究生，则作肄业处理。
2．硕博连读和直攻博士生的学习年限一般为4－6年。
四、学分要求与分配一览表：全日制博士生总学分要求≥32学分；硕博连读和直攻博士生总学分≥54学分。
学分分配如下表：五、课程设置及学分一览表：见材料物理与化学专业研究生课程设置六、培养过程的质量保证措施（一）培养方式和方法1．导师负责制。
博士研究生的培养实行导师全面负责制，根据研究方向特点，成立以博士生导师为首的博士生指导小组，进行定期指导。
指导小组成员要尽可能地吸收有博士学位的年轻教师参加。
由博士生导师和指导小组负责博士研究生的培养和考核工作；2．博士生导师应把博士生思想教育和业务培养统一起来，为博士生创造良好的学术和育人环境。
3．鼓励博士生参加科研实践，如项目申请、现场调试、总结、评审、鉴定等工作。
4．鼓励博士生参加教学实践，在主讲教师的指导下，博士生可以承担部分教学任务（讲课、指导毕业设计等），培养博士生的综合组织能力和表达能力，以拓宽博士生的知识面，促进综合素质提高。
5. 鼓励参加专业学术实践，专业学术实践是指到国内外重点大学或实验室或企业进行科研活动与专业实践，执行学校相关规定。
6. 按照学校有关高水平人才培养计划制定进行交叉学科研究计划，为高水平人才的成长创造条件。
华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第四章 平面镜与平面系统
平面镜
平行平板
反射棱镜
折射棱镜
平面镜、棱镜在光学系统中的作用：
● 倒像变为正像 ● 改变光轴位置和方向 ● 分光作用 ● 折叠系统、缩小体积、减轻重量 ● 通过旋转改变光路方向，扩大观察范围
§ 4－1 平面镜成像特性
1. 成完善像： 物点发出的同心光束经反 射镜反射后仍成同心光束。
3）表示方法：
规定：物为左手坐标系，oz轴为光轴方向，yoz面和主截面重合， ox轴垂直于主截面，并和所有的反射面平行，通过棱镜组后的坐 标为x′y′z′ 。 原则：①光轴方向 z' 不变 ②垂直于主截面的坐标 x' 视屋脊个数而 定 ③ y‘ 坐标根据总反射次数而定, （一个屋 脊棱算两次反射）而定。奇数次反射，改 变坐标系，偶数次反射坐标系不变。
作业：
4.1，4.2，4.6，4.7，4.10，4.11，4.12
1）光线经平行板折射后，虽然方向不变，但要产生位移。 2）从点A发出的具有不同入射角的各条光线经平行板折射后，具有 不同的轴向位移值，平行板成象是不完善的。
3. 近轴光成像：
sin I1 cos I1 sin I1 1 tgI1 lim I1 0 tgI sin I1 cos I1 sin I1 n 1
2
4
6
A4
8
A5
波长一般以nm为单位。
二、玻璃的选择： 1、可用性 2、透射性 3、双折射性 4、化学稳定性 5、热特性
三、塑料光学材料： 优点：较低的质量、较高的抗冲击性，能提供更多 的形状，可塑造非球面透镜和其他复杂的形状。 缺点：较低的耐温性、耐磨性，抗化学性较差，镀 膜的附着性低，膜层的耐用性也低。
课程设置与课程内容简介华中科技大学研究生院
新课程的特点如下：一、测量对象主要是面对工业燃烧装置，与生产实际紧密结合；介绍了颜色计量、火焰光谱分析、化学发光信号、图像处理、声学测量、激光诊断等非接触式测量的新手段。二、适用性较广泛，包括：高等学校热能与动力工程和工程热物理专业的研究生、本科生，电力科学研究院、火力发电厂、电力高科技公司等相关专业的研究人员和工程技术人员，以及冶金、石化等行业的热能工程及炉窑热工监测与控制专业技术人员。
学分：2
先修课程要求：
课程组教师姓名
职称
华中科技大学应用光学课程设计
[华中科技大学]应用光学课程设计步枪瞄准镜的光学设计院系：光学与电子信息学院姓名：班级：2014年7月2日星期三目录一.选题背景及参数说明1.1选题背景及意义 (2)1.2瞄准镜主要技术指标及说明 (2)二. 外形尺寸计算2.0瞄准镜系统主要结构 (3)2.1物镜初始结构参数计算 (4)2.2目镜的选取 (8)2.3场镜设计 (8)2.4分划板 (8)2.5转像系统设计 (9)三. ZEMAX优化3.1物镜优化 (13)3.2目镜优化 (18)3.3转像系统双胶合透镜优化 (24)3.4场镜优化 (30)3.5系统结果 (33)四．零件图 (35)五．总结与心得体会 (38)参考文献 (39)步枪瞄准镜的光学系统设计一.选题背景及参数说明1.1选题背景及意义各类枪支在现代战争中起着举足轻重的作用，而枪支射击的精度与瞄准系统密切相关节省弹药，命中率更高的枪械将提高战争的战胜概率更早地结束战争。
其意义是显而易见的。
枪用瞄准镜的运用已有百余年的历史。
在两次世界大战中已显露出它的战绩，瞄准镜先在狙击枪上得到运用。
以后扩展到步枪以至于手枪上"去年美军对伊战争中，美伊双方均用狙击枪配瞄镜给予对方以相当杀伤。
瞄准镜瞄准的原理是采用分划与远处目标两点重合的对准方式，它将远处目标成像在分划面上并与分划重合，再通过目镜放大，使人眼能同时看清分划和远处目标，加上有倍率的望远系统将远处目标放大使馆即视角放大，俗称拉近，以便详细观察和精确瞄准"传统的机械瞄具瞄准的原理是采用枪上照门准星与远处目标三点重合对准方式，而照门，准星及目标三者到人眼的距离不同，要同时清晰地看见三者较困难，并且要求三者处于一条直线上，因此瞄准精度差，瞄准速度慢，尤其是对运动目标"。
[参考文献4]其基本结构如上图所示，主要分为三个部分：一个是物镜组(Objective Lens)，一个是校正镜管组(Erector Tube)，和目镜组(Onicular Lens)，还可能有其他镜组。
光学课程设计报告——华中科技大学
光学课程设计报告姓名：糜健班级：光信0802学号：U200813208目录1.设计任务及要求 (2)1.1设计任务 (2)1.2设计技术要求 (2)2.设计步骤 (2)2.1总体设计流程图 (2)2.2光学系统外形尺寸的计算 (3)2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 (3)2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 (3)2.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算 (5)2.2.4目镜的选型及其初始结构参数的计算 (8)2.3像差调节 (10)2.3.1物镜的调节： (10)2.3.2目镜的调节： (12)2.3.3像质评价 (15)4.附录：零件图与系统图 (16)4.1双胶合物镜正透镜零件图 (17)4.2光学系统图 (18)1.设计任务及要求1.1设计任务双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）1.2设计技术要求双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为：1、望远镜的放大率Γ＝6倍；2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）；3、望远镜的视场角2ω＝8°；4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm；6、lz ′>8～10mm。
2.设计步骤2.1总体设计流程图2.2光学系统外形尺寸的计算2.2.1 望远镜基本结构参数的确定焦距：由D/f1’=1：4，f1’=4D=120mm。
又因为Γ=f1’/f2’，f2’=f1’/Γ=20mm。
出瞳大小：D’=D/Γ=5mm。
分划板口径：D分=2f1’tanω=16.7824mm。
出瞳的视场角：因为Γ=tanω’/tanω ，ω=4°，2ω’=45.522°。
2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算普罗Ⅰ型转向棱镜基本结构如下：普罗Ⅰ型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进行棱镜的展开如下：DL如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。
华中科技大学 工程光学第二章 球面与共轴球面系统(15)
5. 拉赫不变量J：折射面前后三个量n、u、y的乘积相等
y n l n u y n l n u
J nuy nuy
意义：1）计算象差的公式中出现；
2）校对计算结果的正确性；
3）在光学设计中有重要作用。为了设计出一定垂 轴倍率的光学系统，在物方参数nuy固定的条件下，常通 过改变像方孔径角u′的大小来改变y′的数值，使得y′与y 的比值满足系统设计的要求。
三、 远轴光的计算公式（实际光线光路计算）
给定n、 n′、r，已知L、U，求解L′、 U′ 其中U、 U′较大，远轴光线成像（大光路）
正弦定理、折射定律，三角关系
I E I′ φ O U′ n′ h -U A
Lr sin I sin U r n sin I sin I n U U I I sin I L r r sin U
l1 n l1 l 2 n l2 1 2 l 2 l1 n l1l 2 n
推导P22
3. 角放大率：共轭光线与光轴的夹角u′和u的比值
u l n 1 u l n n 2 n 1 a 4. 三者关系： n n
n
C
A′
r -L L′
Lr sin I sin U r 公式的对称性 n sin I n sin I U I U I L r sin I sin U r
说明：
1）L′＝f (U、L、n、n′、r) 2）当L为定值时，L′随U变化而变化，象方光束失去同心性， 成不完善象，形成球差。
3. 放大率公式
1）垂轴放大率：
l 2 l k yk n1 l1 n1u1 1 2 k l1l 2 l k nk uk y1 nk dl k n n n 1 2 k 1 12 k k2 k 2 dl1 n1 nk n1
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§3.4光盘驱动器伺服系统
第四章红外光学系统
§4.1红外光学系统概述
§4.2红外光学系统
§4.3红外系统光学性能分析
第五章自适应光学系统
§5.1自适应光学系统概述
§5.2自适应光学系统的应用
教材：
陈海清编著：现代实用光学系统2003年华中科技大学出版社
主要参考书：
1王本，沈树群.激光扫描和光盘技术.北京：北京邮电学院出版社，1990
学分：3
先修课程要求：应用光学、光学课程设计、电子技术基础
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术专长
陈海清
教授
光学工程
64
光电技术
余永林
教授
光学工程
48
光电技术
杨振刚
讲师
博士
光学工程
33
光电技术
张南洋生
讲师
博士
光学工程
37
光电技术
课程教学目标：
在本课程范围内，理解典型光学系统的工作原理，根据目标要求合理选择现代实用光学系统，学习和掌握有关现代实用光学系统的原理、结构、使用方法和特点，提高学生用实际光学系统研究光学现象和解决实际光学问题的能力；通过具体的实用光学系统让学生接触应用光学、光学仪器、光学测量等范畴的某些新课题，以扩充学生的知识面，适应现代光学系统迅速发展的新形势。
7王之江.光学技术手册（下册）.北京：机械工业出版社，1994
8赵秀丽编著.红外光学系统设计.北京：机械工业出版社，1986
注：每门课程都须填写此表。本表不够可加页
教学大纲（章节目录）：
第一章光学系统自动设计与现代测试基础
§1.1像差综述
§ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.2像质评价
§1.3计算机辅助光学设计
§1.4现代光学测试与计量
第二章激光扫描光学系统
§2.1激光扫描技术基础
§2.2高惯性激光扫描关键技术
§2.3高惯性激光扫描实用系统
第三章光盘存储光学系统
§3.1光盘存储基本技术
§3.2激光光盘光学系统
表
课程名称：现代实用光学系统
英文名称：Modern Practical Optical System
课程类型：□√讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式：考试
教学方式：授课
适用专业：光学工程、光电信息工程、物理电子学
适用层次：硕士□√博士□
开课学期：第一学期
总学时/讲授学时：48/48
2张守仁，张晓卫，罗勇等.光盘存储器.北京：科学出版社，1989
3刘毓.光盘机（CD、VCD、DVD、LD）技术基础教程.北京：电子工业出版社，1998
4李正直编著.红外光学系统.北京：国防工业出版社，1986
5杨宜天，岳敏编.红外系统.北京：国防工业出版社，1985
6张幼文编著.红外光学工程.上海：上海科学技术出版社，1982