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第1章 光学系统自动设计1

1.1 引言1

1.2 像差的非线性2

1.3 阻尼最小二乘法2

1.4 ZEMAX的优化函数和权4

1.5 ZEMAX优化设计的几点讨论5

参考文献8

第2章 光学系统的像质评价9

2.1 成像光学系统9

2.1.1 光学传递函数9

2.1.2 相对畸变15

2.2 非成像光学系统16

2.2.1 点列图16

2.2.2 点扩散函数18

2.2.3 衍射／几何能量曲线19

参考文献19

第3章 非球面及其在现代光学系统中的应用21

3.1 非球面像差21

3.1.1 非球面应用概述21

3.1.2 非球面数学模型21

3.1.3 非球面的光路计算及像差特性22

3.1.4 非球面应用举例24

3.2 斯密特卡塞格林系统设计26

3.2.1 卡塞格林系统简介26

3.2.2 斯密特卡塞格林系统初始结构选取27

3.2.3 斯密特卡塞格林系统优化29

3.3 带有非球面的透射式红外摄远物镜设计31

3.3.1 透射式球面红外摄远物镜31

3.3.2 加入非球面简化物镜结构33

3.4 ZEMAX非球面设计的几点讨论36

3.4.1 ZEMAX有关Conic数值的注意事项36

3.4.2 最佳非球面位置的选择38

3.4.3 矢高数据的查询38

参考文献39

第4章 衍射光学元件DOE及其在现代光学系统中的应用40

4.1 衍射光学元件及其特性40

4.2 ZEMAX二元光学元件的设计及评价46

4.3 带有衍射光学元件的长焦距平行光管设计50

参考文献58

第5章 梯度折射率透镜及其在现代光学系统中的应用60

5.1 梯度折射率透镜及其特性60

5.1.1 梯度折射率光学概述60

5.1.2 梯度折射率介质中的光线追迹61

5.1.3 径向梯度折射率61

5.1.4 梯度折射率光学系统像差64

5.2 基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计66

5.2.1 总体设计方案66

5.2.2 显微物镜的设计67

5.2.3 梯度折射率透镜设计68

5.2.4 转像透镜与场镜设计71

5.2.5 管道内窥镜系统优化72

5.2.6 数值分析75

5.3 基于阶跃型折射率透镜的医用内窥镜设计76

5.3.1 光纤内窥镜工作原理76

5.3.2 阶跃型光纤77

5.3.3 光纤物镜78

5.3.4 内窥镜物镜设计81

参考文献84

第6章 红外光学系统设计85

6.1 热辐射、红外材料及红外探测器85

6.1.1 红外辐射概述85

6.1.2 红外光学材料86

6.1.3 红外探测器88

6.2 非制冷型红外成像系统91

6.2.1 红外光学系统的结构形式91

6.2.2 红外光学系统设计的特点92

6.3 非制冷型红外导弹导引头光学系统设计93

6.3.1 初始结构的选取93

6.3.2 设计过程的分析94

6.4 红外双波段共光路摄远物镜设计99

6.4.1 双波段红外光学系统结构形式的选取100

6.4.2 红外双波段光学系统的像差校正101

6.4.3 双波段红外摄远物镜优化实例101

6.5 红外长波无热化摄远物镜设计106

6.5.1 温度变化对光学系统的影响106

6.5.2 光学系统无热化设计方法107

6.5.3 光学系统无热化设计原理108

6.5.4 红外长波无热化摄远物镜设计实例110

6.6 制冷型红外长波摄远物镜设计118

6.6.1 冷光阑效率118

6.6.2 二次成像系统结构119

6.6.3 红外长波制冷型消热差摄远物镜设计实例分析120

参考文献127

第7章 紫外告警光学系统设计128

7.1 日盲紫外、紫外材料及紫外ICCD129

7.1.1 日盲紫外129

7.1.2 紫外材料130

7.1.3 紫外探测器132

7.2 日盲紫外球面光学系统设计135

7.2.1 系统初步优化137

7.2.2 增大视场缩放焦距139

7.2.3 增加变量扩大视场141

7.3 日盲紫外折衍混合光学系统设计143

7.3.1 视场25°、相对口径1：4球面系统设计144

7.3.2 视场46°、相对口径1：4折衍混合光学系统设计145

7.3.3 视场46°、相对口径1：3.5折衍混合光学系统设计148

7.3.4 几点讨论153

参考文献154

第8章 投影光学系统设计155

8.1 数字微镜阵列（DMD）155

8.1.1 DMD的结构及工作原理155

8.1.2 DMD红外景象生成器光学系统的组成157

8.1.3 基于DMD的红外投影技术的优点158

8.2 特殊投影棱镜设计159

8.2.1 分光棱镜的特点159

8.2.2 分光棱镜的设计159

8.3 红外双波段共光路投影系统设计161

8.3.1 初始结构的选择162

8.3.2 红外双波段系统的优化165

参考文献168

第9章 傅里叶变换光学系统设计169

9.1 傅里叶透镜169

9.1.1 透镜的相位调制作用169

9.1.2 透镜的傅里叶变换171

9.1.3 傅里叶透镜类型171

9.2 空间光调制器172

9.2.1 光寻址液晶空间光调制器173

9.2.2 电寻址液晶空间光调制器174

9.3 傅里叶透镜设计的几点讨论176

9.3.1 傅里叶变换透镜的截止频率176

9.3.2 傅里叶透镜的信息容量177

9.3.3 傅里叶变换透镜设计要求178

9.4 双分离傅里叶变换透镜设计179

9.5 双远距型傅里叶变换透镜设计187

9.6 傅里叶变换透镜在联合变换相关器中的应用191

9.6.1 光电混合联合变换相关器191

9.6.2 光学试验装置193

参考文献195

第10章 激光扫描光学系统设计196

10.1 光束扫描器和扫描方式196

10.1.1 光束扫描器196

10.1.2 扫描方式198

10.2 fθ透镜及像差要求198

10.2.1 fθ透镜的特性198

10.2.2 fθ透镜参数确定199

10.3 前扫描光学系统设计200

10.3.1 激光10.6 μm扫描透镜设计200

10.3.2 激光0.6 5μm扫描透镜设计208

参考文献215

第11章 变焦光学系统设计217

11.1 概述217

11.1.1 变焦原理217

11.1.2 像差控制217

11.1.3 最小移动距离217

11.1.4 变焦镜头的分类218

11.2 光学补偿法0.4 86～0.6 56μm 2倍变焦光学系统设计222

11.3 机械补偿法红外8～12μm 10倍变焦光学系统设计229

11.4 机械补偿10倍制冷型中波红外变焦物镜设计233

11.5 变焦曲线及其绘制249

参考文献251

第12章 太赫兹光学系统设计253

12.1 太赫兹、太赫兹材料及其探测器253

12.1.1 太赫兹简介253

12.1.2 太赫兹材料255

12.1.3 太赫兹探测器256

12.2 50～100μm太赫兹光学系统设计261

12.2.1 初始结构确定及设计过程分析261

12.2.2 像质评价265

12.3 30～70μm太赫兹物镜设计268

参考文献273