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本书分上、下两篇，上篇为几何光学与成像理论，下篇为物理光学。上篇分8章，主要介绍几何光学的基本定律和成像特性、理想光学系统的光学参数和成像关系、平面与平面镜成像、光学系统中的光阑与光束限制、光度学和色度学的基本原理、光学系统的光路计算和像差理论、典型光学系统的成像特性和设计要求、光学系统的成像质量评价和像差公差。下篇分4章，主要介绍光的电磁性质、光在各向同性介质界面上的传播规律、光波的叠加与分析、光波的干涉和典型干涉装置与应用、光波的衍射原理与应用(其中融人了傅里叶光学的基本理论与概念)、光的偏振及其在晶体中的传播等，还涵盖了近场光学、二元光学、光调制、光波导、液晶、光学信息处理和光学全息等现代光学的内容。

第２ 版前言

第１ 版前言

上篇　几何光学与成像理论

章　几何光学基本定律与成像

概念 ２

　节　几何光学的基本定律和原理 ２

　第二节　成像的基本概念与完善成像条件 ６

　第三节　光路计算与近轴光学系统 ８

　第四节　球面光学成像系统 １０

　习题 １４

第二章　理想光学系统 １６

　节　理想光学系统与共线成像理论 １６

　第二节　理想光学系统的基点与基面 １８

　第三节　理想光学系统的物像关系 ２１

　第四节　理想光学系统的放大率 ２５

　第五节　理想光学系统的组合 ２８

　第六节　透镜 ３４

　习题 ３６

第三章　平面与平面系统 ３８

　节　平面镜成像 ３８

　第二节　平行平板 ４０

　第三节　反射棱镜 ４２

　第四节　折射棱镜与光楔 ４８

　第五节　光学材料 ５１

　习题 ５４

第四章　光学系统中的光阑与光束

限制 ５７

　节　光阑 ５７

　第二节　照相系统中的光阑 ６０

　第三节　望远镜系统中成像光束的选择 ６２

　第四节　显微镜系统中的光束限制与分析 ６４

　第五节　光学系统的景深 ６６

　第六节　数码照相机镜头的景深 ６９

　习题 ７１

第五章　光度学和色度学基础 ７４

　节　辐射量和光学量及其单位 ７４

　第二节　光传播过程中光学量的变化规律 ７７

　第三节　成像系统像面的光照度 ８０

　第四节　颜色的分类及颜色的表观特征 ８３

　第五节　颜色混合及格拉斯曼颜色混合

定律 ８４

　第六节　颜色匹配 ８５

　第七节　色度学中的几个概念 ８６

　第八节　颜色相加原理及光源色和物体色的

三刺激值 ８９

　第九节　ＣＩＥ 标准色度学系统 ９０

　第十节　均匀颜色空间及色差公式 ９８

　第十一节　颜色测量 １００

　习题 １０２

第六章　光线的光路计算及像差理论 １０３

　节　概述 １０３

　第二节　光线的光路计算 １０４

　第三节　轴上点的球差 １０９

　第四节　正弦差和彗差 １１２

　第五节　场曲和像散 １１６

　第六节　畸变 １１８

　第七节　色差 １２０

　第八节　像差特征曲线与分析 １２３

　第九节　波像差 １２６

　习题 １２７

第七章　典型光学系统 １３１

　节　眼睛及其光学系统 １３１

　第二节　放大镜 １３６

　第三节　显微镜系统 １３８

　第四节　望远镜系统 １４３

　第五节　目镜 １４６

　第六节　摄影系统 １４８

　第七节　投影系统 １５３

　第八节　变焦距光学系统 １５７

第九节　现代光学系统 １６３

　第十节　光学系统的外形尺寸计算 １７９

　习题 １８３

第八章　光学系统的像质评价 １８６

　节　瑞利判断与波前图 １８６

　第二节　中心点亮度与能量包容图 １８７

　第三节　分辨率与点扩散函数 １８８

　第四节　星点检测法与点列图 １９０

　第五节　光学传递函数评价成像质量 １９２

　第六节　其他像质评价方法 １９３

　第七节　光学系统的像差公差 １９７

　习题 １９９

上篇习题部分参考答案 ２００

上篇主要参考文献 ２０４

下篇　物理光学

第九章　光的电磁理论基础 ２０６

　节　光的电磁波性质 ２０６

　第二节　光在电介质分界面上的反射和

折射 ２１４

　第三节　光在金属表面的反射和透射 ２２６

　第四节　光的吸收、色散和散射 ２２９

　第五节　光波的叠加 ２３５

　第六节　光波的傅里叶分析 ２４２

　习题 ２４６

第十章　光的干涉 ２４９

　节　光波干涉的条件 ２４９

　第二节　杨氏干涉实验 ２５０

　第三节　干涉条纹的可见度 ２５４

　第四节　平板的双光束干涉 ２５７

　第五节　典型的双光束干涉系统及其

应用 ２６２

　第六节　平行平板的多光束干涉及其

应用 ２６７

　习题 ２７９

第十一章　光的衍射 ２８１

　节　光波的标量衍射理论 ２８２

　第二节　菲涅耳衍射 ２８６

　第三节　典型孔径的夫琅和费衍射 ２９３

　第四节　夫琅和费衍射和傅里叶变换 ２９９

　第五节　光学成像系统的衍射和分辨

本领 ３０３

　第六节　多缝的夫琅和费衍射 ３０６

　第七节　衍射光栅 ３０９

　第八节　光学信息处理 ３１７

　第九节　全息术 ３２４

　习题 ３３０

第十二章　光的偏振 ３３４

　节　偏振光概述 ３３４

　第二节　晶体的双折射 ３３８

　第三节　晶体偏振器件 ３４３

　第四节　偏振光和偏振器件的矩阵表示 ３４９

　第五节　偏振光的干涉 ３５４

　第六节　磁光、电光效应 ３６０

　第七节　液晶 ３６６

　习题 ３７２

下篇附录 ３７５

　附录Ａ　矢量分析及场论的主要公式 ３７５

　附录Ｂ　二维傅里叶变换关系及其基本

定理 ３７６

　附录Ｃ　几个常用函数的定义及傅里叶

变换 ３７７

　附录Ｄ　卷积和相关 ３７９

　附录Ｅ　δ 函数 ３８０

　附录Ｆ　贝塞尔函数 ３８２

　附录Ｇ　矩阵 ３８５

下篇习题部分参考答案 ３８７

下篇主要参考文献 ３９１

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前言

本书是在第１ 版的基础上修订编写而成的， 其指导思想仍然坚持既注重描述光学的基本原理和基础理论， 又注重理论与工程实际的结合， 并努力反映现代光学技术的发展和应用。

本书分为上、下两篇， 上篇为几何光学与成像理论， 下篇为物理光学。

上篇主要修订内容为： 在第三章光学材料一节中， 增加了光学塑料和光学晶体的特性。

在第五章中增加了第十一节颜色测量。在第七章的第七节投影系统中增加了基于空间光调制器的现代投影光学系统， 增加了第八节变焦距光学系统， 在第九节现代光学系统中增加了近年来得到广泛应用的红外光学系统， 并删除了傅里叶变换光学的相关内容。在第八章中增加了第六节其他像质评价方法， 包括方均根统计评价方法、光程差曲线与光线差曲线评价光学系统成像质量的方法等。

下篇修订内容为： 在第九章中对波函数的复数表示、复振幅、波的叠加原理等内容做了补充描述和讨论， 对光的吸收、色散和散射现象做了补充描述， 并增加了光在金属表面的反射和透射一节。在第十章中补充了白光干涉及其应用的相关内容， 并增加了现代干涉技术及系统的应用例子。在第十一章中增加了二元光学应用的例子和阶梯光栅。在第十二章中增加了若干偏振器件的介绍， 补充了液晶的双折射特性描述， 并引入了径向偏振光的概念等。

本书由天津大学郁道银（上篇） 和浙江大学谈恒英（ 下篇） 主编， 上海理工大学庄松林院士（上篇） 和广州大学梁铨廷教授（下篇） 主审。参加编写的有天津大学郁道银、谢洪波（第七章第九节、第八章）、田学飞、葛宝臻（ 第五章）， 清华大学毛文炜（ 第二、四章）， 武汉大学何平安（、三章）， 长春理工大学王文生（ 第六章、第七章节至第八节、第十节）， 浙江大学谈恒英（第九、十二章）， 清华大学何庆声、孙利群（第十一章、附录）， 上海理工大学曹俊卿（第十章）。

本书可作为光电信息科学与工程、测控技术与仪器、生物医学工程等专业的教材， 也可作为物理或光学专业的选修教材或参考书， 也可供相关工程技术人员参考。

希望广大读者对书中的不足之处给予指正。

编　者《工程光学基础教程》是普通高等教育“十一五” 规划教材。为适应２１ 世纪高等学校教育教学改革的需要， 使工程光学的教学内容和课程体系更适合于光电信息科学与工程、测控技术与仪器、生物医学工程等专业的教学要求， 特编写《工程光学基础教程》一书。

《工程光学基础教程》一书是在《工程光学》第２ 版（机械工业出版社出版） 基础上编写而成的， 其指导思想仍然坚持既注重论述光学的基本原理和基本理论， 又注重理论与工程实际相结合， 并力求反映现代光学的发展和应用。在内容安排上， 既包含传统的光学理论和光学系统， 又简要介绍现代光学的理论及其应用， 并侧重于光学物理现象的描述， 尽量减少其数学理论的推导。

为满足不同学校与专业的教学计划安排， 本书在内容上删减了原《工程光学》第２ 版中的相关章节。如上篇删减了“ 光学设计” 一章， 把“ 现代光学系统原理” 一章简化为“典型光学系统” 中的一节。下篇删减了“ 傅里叶光学” “ 导波光学基础” “ 光子学基础”

三章， 但把傅里叶光学、近场光学、二元光学和光波导等相关重要内容融入到光的衍射原理等章节中， 使本书既涵盖较广的现代光学内容， 又在篇幅上做较大压缩。

本书分为上、下两篇， 上篇为几何光学与成像理论， 下篇为物理光学。

上篇共分八章， 主要介绍几何光学的基本定律和成像特性、理想光学系统的光学参数和成像关系、平面与平面镜成像、光学系统中的光阑与光束限制、光度学和色度学的基本原理、光学系统的光路计算和像差理论、典型光学系统的成像特性和设计要求、光学系统的成像质量评价和像差公差。此外， 在典型光学系统一章中， 还简要介绍了激光光学系统、傅里叶光学系统、扫描光学系统和光纤光学系统的光束传输和光学成像特性。

下篇共分四章， 主要介绍光的电磁性质、光在各向同性介质界面上的传播规律、光波的叠加与分析、光波的干涉和典型干涉装置与应用、光波的衍射原理与应用（ 其中融入了傅里叶光学的基本理论与概念）、光的偏振及其在晶体中的传播等。此外， 本篇还涵盖近场光学、二元光学、光调制、光波导、液晶、光学信息处理和光学全息等现代光学的相关内容。

本书由天津大学郁道银（上篇） 和浙江大学谈恒英（ 下篇） 主编， 上海理工大学庄松林院士（上篇） 和广州大学梁铨廷教授（下篇） 主审。参加编写的有天津大学郁道银、谢洪波（第七章第八节、第八章）、田学飞（ 第五章）， 清华大学毛文炜（ 第二、四章）， 武汉大学何平安（、三章）， 长春理工大学王文生（第六章、第七章节至第七节、第九节）， 浙江大学谈恒英（第九、十二章）， 清华大学何庆声、孙利群（ 第十一章、附录），上海理工大学曹俊卿（第十章）。此外， 天津大学陈晓冬参加了书稿的修改与整理工作。

本书可作为光电信息科学与工程、测控技术与仪器、生物医学工程及其相近专业的教材， 也可作为物理或光学专业的选修教材或参考书， 也可供相关工程技术人员参考。

希望广大读者对书中的不足给予指正。

编　者