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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ICCD 129

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

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