像差光学概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 光学仪器
• 衍射
• 干涉
• 偏振

全书更进一步更新了在直角座标系统中的符号标记和新的主题，包含了光线像差的质心和标准差、初级像差的光点图(spot diagram)、光学设计的黄金规则、初级像差的二维点光源扩散函数(PSFs)、在光学系统无像差之环状和高斯孔径的传递函数、环形孔径的泽尼克(Zernike)多项式和环状及高斯孔径其相关的多项式、纵向影像移动对成像的影响、地面天文台的幸运成像以及适应性光学。

好的，这是一份为一本名为《像差光学概论》的图书撰写的简介，内容详尽，但避开了对该特定书籍内容的描述。 --- 图书简介：现代光学设计与工程实践指南 探索光的世界，驾驭光的未来 在当今的技术时代，光学系统无处不在，从智能手机的摄像头、先进的医疗成像设备到深空探测器和高精度激光制造。然而，一个成功的现代光学系统，其核心在于对光线行为的深刻理解和精确控制。本书旨在为致力于光学系统设计、制造和应用的技术人员、研究人员及高年级本科生提供一个坚实的基础，聚焦于如何将理论知识转化为可行的工程解决方案。 本书并非专注于某一特定光学现象的深入理论推导，而是侧重于如何构建、评估和优化复杂光学系统的整体框架。我们相信，对系统级思维的培养，远比孤立地掌握单个公式更为重要。 第一部分：光学系统的基石与构建 本部分内容将系统地梳理现代光学设计所需的关键概念和工程实践。 1. 光学设计的原理性概述与系统方法论 我们首先探讨光学系统在不同应用场景中的角色定位。这包括理解一个光学系统在整个工程链条中的位置：它如何与电子学、机械结构和软件控制相互作用。我们将详细介绍设计流程的迭代特性，强调从需求定义到原型验证的各个阶段的关键决策点。 需求规格的量化与转换： 如何将模糊的“需要更清晰的图像”转化为可测量的MTF（调制传递函数）指标、像面照度要求或视场角限制。 自由曲面光学的基础思想： 简要介绍非球面和自由曲面在矫正传统像差方面的潜力，但重点在于何时以及如何判断使用它们是否具有成本效益。 公差分析的艺术与科学： 光学设计成果的最终价值体现在其实际制造和装配能力上。本章将深入探讨公差分析的统计学基础，特别是蒙特卡洛模拟在预测系统鲁棒性中的应用，帮助读者理解如何平衡性能与可制造性。 2. 关键光学元件的工程特性 现代光学元件的性能已远超简单的透镜概念。本部分将聚焦于实际可获得的元件的工程特性。 材料科学在光学中的体现： 探讨不同玻璃牌号、特种光学材料（如氟化物晶体、硫系玻璃）的热光效应、化学稳定性及其对长期系统性能的影响。 镀膜技术概述： 深入分析抗反射膜（AR）、高反射膜和分束膜的物理原理，以及如何根据工作波段、入射角和偏振特性选择最优的膜系结构。重点将放在膜系设计对系统杂散光控制的重要性上。 机械集成与热管理： 强调光学与机械结构的耦合。介绍镜片固定、镜筒设计中的应力管理，以及温度梯度如何导致元件形变和像差的产生，并提供工程应对策略。 第二部分：性能评估与优化策略 一个设计完成的光学系统，其价值需要通过严谨的评估来证实。 3. 图像质量评估的量化指标体系 本章将超越理论上的理想光束，转向如何用工程师的语言描述“好”的图像。 衍射极限与物理光学基础回顾： 快速回顾衍射对成像的根本限制，为后续的性能评估打下基础。 现代图像质量指标的深入应用： 详细解读MTF、PSF（点扩散函数）、Encircled Energy（包围能量）等指标的实际工程意义。特别是MTF曲线在不同空间频率下的敏感性分析，以及如何利用它们来诊断特定系统的缺陷（如由制造误差引起的像差模式）。 杂散光与对比度工程： 杂散光是导致实际图像对比度下降的主要因素。我们将分析杂散光产生的机理（如内部反射、材料本身散射），并介绍工程上常用的遮光和结构优化方法来有效抑制它们。 4. 优化算法与迭代设计 现代光学设计高度依赖于计算工具，但工具的应用需要策略指导。 优化目标的设定与权重分配： 解释如何构建一个多目标函数，平衡成像质量、系统尺寸、元件数量和制造成本。重点讨论在面对矛盾指标时如何科学地分配权重。 局部与全局优化策略： 介绍梯度下降、模拟退火等优化算法在光学设计中的应用场景，指导读者识别何时需要跳出局部最优解，探索更广阔的设计空间。 第三部分：特定工程领域的光学挑战 本书的最后部分将应用前述原理，探讨当前几个关键技术领域中光学系统面临的独有挑战。 5. 高速与高分辨率成像系统的设计考量 针对机器视觉、遥感和显微成像等领域，设计必须兼顾速度和细节捕捉能力。 视场（FOV）与分辨率的权衡： 分析大视场系统设计中边缘像差的急剧增加问题，以及如何利用复曲面或离轴系统来突破限制。 动态成像与高速快门效应： 讨论在高速运动目标捕获中，由于曝光时间限制导致的图像模糊，以及如何通过设计系统来最小化这一影响。 6. 激光系统中的光束整形与准直 激光光束的特性（如高相干性、高亮度）对光学元件提出了极高的要求。 高功率激光系统的热效应管理： 探讨激光束在穿过光学元件时引起的吸收和热透镜效应，以及如何选择具有低吸收率的材料和特殊的冷却/支撑结构。 光束质量（M²）的测量与控制： 介绍M²参数的意义，以及如何通过精确的整形元件设计来确保光束在传输和聚焦过程中保持接近理想的高斯特性。 结语：走向集成化的光学系统 《像差光学概论》旨在培养读者一种解决问题的系统性思维。成功的现代光学工程师，不仅需要精通几何光学和物理光学，更需要理解这些理论如何影响到实际的制造、装配和最终的系统性能。本书提供的是一把钥匙，帮助您驾驭复杂的光学世界，将前沿的光学构想转化为可靠、高性能的工程产品。 ---

作者简介

Virendra N. Mahajan      

　　出生于巴基斯坦维哈里县，在印度和美国受教育，并于亚利桑那(Arizona)大学取得光学博士学位。他花了九年待在马萨诸塞州剑桥镇的查尔斯•斯塔克•德雷柏实验室研究太空光学系统，并自1983年起在美国航宇公司研究太空卫星监测系统。

　　Mahajan博士目前在美国亚利桑那大学担任光学系兼任教授，并于台湾中央大学开设成像与像差光学的研究所课程。他也曾在美国光学学会会议以及国际光学工程协会上教授过色差领域的短期课程。博士在绕射、色差、适应性光学和声光学领域研究上贡献良多。

　　Mahajan博士目前是美国光学学会、国际光学工程协会和印度光学学会的会士，也是美国光学学刊第三版的副编辑和国际光学工程协会康拉迪奖的受奖者。此外，他曾是光学快报的主题编辑，以及美国光学学会天文、航空与太空光学技术研究小组的主席，也是多场美国光学学会会议和国际光学工程协会会议的会员。

　　Mahajan博士的着作有Optical Imaging and Aberrations, Part I: Ray Geometrical Optics (1998), Optical Imaging and Aberrations, Part II: Wave Diffraction Optics, Second Edition (2011)，并主编Selected Papers on Effects of Aberrations in Optical Imaging (1994)，以上皆由国际光学工程协会出版。

教程文章系列
教程文章系列简介
教程文章系列序
初版序论
再版序论
翻译序论
符号标记及缩写

PART I　几何光学　

第一章　光学像差
1.1　简介
1.2　光学成像
1.3　波像差与光线像差
1.4　离焦像差
1.5　波前倾斜
1.6　旋转对称系统的像差函数
1.7　孔径光栏位置的改变对像差方程式的效应
1.8　折射球面的像差
1.9　多元件系统的像差方程式
1.10　总结
附录: 符号规则

第二章　薄透镜
2.1　简介
2.2　高斯成像
2.3　初级像差
2.4　球面像差与彗星像差
2.5　数值问题
2.5.1　薄透镜聚焦平行光束
2.5.2　等光程双合透镜聚焦平行光束
2.6　总结

第三章　平面平行板的像差 39
3.1　简介
3.2　高斯成像
3.3　初级像差
3.4　数值问题
3.5　总结

第四章　球面镜的像差
4.1　简介
4.2　初级像差函数
4.3　孔径光栏位于镜面
4.4　孔径光栏位于曲率中心
4.5　数值问题
4.6　总结

第五章　施密特相机
5.1　简介
5.2　施密特板
5.3　数值问题
5.4　总结

第六章　锥面的像差
6.1　简介
6.2　锥形表面
6.3　锥形折射面
6.3.1　轴上的物点
6.3.2　离轴的物点
6.4　非球面折射面
6.5　锥形反射面
6.6　抛物面镜
6.7　多重面镜系统
6.8　总结

第七章　光点大小与分佈图
7.1　简介
7.2　波前与光线像差
7.3　球面像差
7.4　彗星像差
7.5　像散
7.6　场曲
7.7　像散和场曲像差
7.8　畸变像差
7.9　光点分佈图
7.10　像差误差与光学黄金设计法则
7.11　总结

PART II　Wave Diffraction Optics

第八章　圆形光瞳系统
8.1　简介
8.2　点扩散函数(PSF)
8.2.1　具有像差的点扩散函数
8.2.2　无像差的点扩散函数
8.2.3　旋转对称的点扩散函数
8.2.4　离焦的点扩散函数
8.2.5　轴上的辐射照度
8.3　斯特列尔比值
8.3.1　通用表示式
8.3.2　初级像差
8.3.3　平衡后初级像差
8.3.4　近似值与精准值的结果比较
8.3.5　非最佳平衡后像差的斯特列尔比值
8.3.6　瑞利四分之一波法则
8.3.7　平衡后像差与泽尼克圆孔多项式
8.4　二维点扩散函数
8.5　光学传递函数
8.5.1　光学传递函数与其物理意义
8.5.2　无像差的光学传递函数
8.5.3　霍普金斯比值与像差容忍度
8.5.4　对比反转
8.6　总结
参考文献

第九章　环形与高斯光瞳系统
9.1　简介
9.2　环形光瞳
9.2.1　无像差之点扩散函数
9.2.2　无像差之光学传递函数
9.2.3　轴上辐射照度
9.2.4　斯特列尔比值
9.2.5　平衡后像差与泽尼克环形多项式
9.3　高斯光瞳
9.3.1　无像差之点扩散函数
9.3.2　无像差之光学传递函数
9.3.3　轴上辐射照度
9.3.4　斯特列尔比值
9.3.5　平衡后像差与泽尼克-高斯圆形多项式
9.3.6　弱截断光瞳
9.4　总结
参考文献

第十章　像差系统之视线
10.1　简介
10.2　理论
10.3　数值结果
10.4　评论
10.5　总结
参考文献

第十一章　随机像差
11.1　简介
11.2　随机影像移动
11.2.1　横向移动
11.2.2　纵向移动
11.3　经由大气乱流之成像
11.3.1　简介
11.3.2　长时间曝光图像
11.3.2.1　圆形光瞳之成像
11.3.2.2　环形光瞳之成像
11.3.3　短时间曝光图像
11.3.4　幸运成像与自适性光学
11.4　制造误差及其公差
11.5　总结
参考文献

第十二章　像差的观测
12.1　简介
12.2　初级像差
12.3　干涉图
12.4　总结
参考文献
参考书目　
延伸阅读之参考文献 　
中英对照表

评分☆☆☆☆☆

这本书的“循序渐进”的学习路径让我这个光学小白也能轻松入门。我一直对高深的理论知识有些畏惧，担心看不懂，但《像差光学概论》的作者显然充分考虑到了读者的感受。它从最基本的光学概念讲起，比如折射、反射，然后逐步引入像差的概念，并用非常形象的比喻来解释。比如，在讲到畸变的时候，书中用了一个“鱼眼”的例子，让我立刻就明白了什么是场曲畸变和桶形畸变。这种由浅入深的讲解方式，让我觉得学习过程非常顺畅，几乎没有遇到难以逾越的障碍。我甚至觉得，这本书不仅仅是给光学专业的学生看的，对于任何对成像原理感兴趣的业余爱好者来说，都是一本极具价值的入门读物。它让我明白，即使是看似复杂的科学问题，只要方法得当，一样可以变得易于理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“启发性”也让我受益匪浅。在阅读过程中，我不仅仅是机械地吸收知识，更多的是引发了我对光学未来发展的思考。书中虽然侧重于基础理论，但字里行间透露出的对新技术的探索精神，让我对光学领域的前景充满了憧憬。比如，书中提到了衍射光学和自由曲面光学的一些初步概念，虽然没有深入展开，但已经足以激发起我对这些前沿领域的兴趣。我开始思考，未来光学技术的发展方向会是什么？像差的校正是否会迎来新的突破？这本书让我觉得，光学领域依然充满着无限的可能性，等待着有志之士去探索和创新。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书的“严谨性”。虽然我不是光学专业的，但从作者对每一个概念的定义，每一个公式的推导，每一个图示的绘制，都能感受到作者的专业和认真。书中没有一句废话，没有一个多余的解释，每一个字都充满了信息量。在讲解一些关键的像差公式时，作者还提供了推导过程，让我能够理解公式的来源，而不是死记硬背。这一点对于我这样追求知其所以然的学习者来说，至关重要。我经常会停下来，反复阅读某个公式的推导，尝试自己动手演算一遍，这种沉浸式的学习体验，让我对光学知识的掌握更加牢固。我相信，对于光学专业的学生来说，这本书无疑是一本不可多得的经典教材。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的“体系性”印象非常深刻。它并非零散的知识点堆砌，而是一个有机的整体。从基础的光学概念，到各种像差的详细讲解，再到校正方法和应用，整个知识体系的构建非常完整。这种结构化的知识体系，让我能够建立起清晰的知识框架，更容易理解不同概念之间的联系。我尤其喜欢书中对于不同像差之间的关系的阐述，让我明白了它们并非孤立存在，而是相互影响，相互制约的。这种宏观的视角，让我对光学成像的复杂性有了更深刻的认识，也更能理解光学工程师在设计过程中所面临的挑战。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本《像差光学概论》的时候，我真的被它的厚度和严谨的排版给镇住了。封面设计虽然简洁，但透着一股专业的气息，这让我对这本书的内容充满了期待。我一直对光学这个领域很感兴趣，特别是那些听起来有些神秘的“像差”概念，总觉得它们是影响成像质量的关键，但又不太明白它们具体是怎么回事。翻开第一页，我就被作者精炼的语言和清晰的逻辑吸引住了。虽然是“概论”，但一点都不含糊，开篇就从基本的光线传播原理讲起，然后逐步深入到各种像差的形成机理。我尤其喜欢作者在讲解过程中穿插的那些历史典故，让我觉得学习过程不仅仅是枯燥的公式推导，更能了解到光学发展的脉络和先辈们的智慧。比如，在讲到球差的时候，书中详细介绍了早期的望远镜是如何克服这个问题的，这让我对当时工程师的创造力感到由衷的钦佩。我一直在思考，在现代精密光学设计中，这些看似古老的像差问题，是否依然是工程师们需要攻克的难关？这本书似乎在暗示，基础理论的扎实，是解决一切工程问题的根本。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“可读性”超出了我的预期。我原以为会是一本枯燥乏味的学术著作，但出乎意料的是，它读起来竟然相当引人入胜。作者的写作风格非常生动，即使是复杂的物理原理，也能被他用通俗易懂的语言娓娓道来。书中穿插的许多历史故事和实际案例，更是为原本严肃的学术内容增添了许多趣味性。我经常在阅读的过程中，不由自主地发出“原来如此”的感叹。这种将学术性与趣味性完美结合的写作方式，让我觉得学习光学不再是一种负担，而是一种享受。我甚至会在睡前，也忍不住翻上几页，沉浸在光学世界的奇妙之中。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程中，我最大的收获之一是对“像差校正”有了更深刻的认识。我一直以为，光学设计无非就是选择合适的镜片组合，但《像差光学概论》让我明白了，真正的挑战在于如何巧妙地平衡和消除那些难以避免的像差。书中花了相当大的篇幅来介绍各种校正像差的方法，从单透镜的改进到复式镜头的结构设计，都进行了详细的阐述。我印象最深刻的是关于非球面镜片的应用，书中解释了非球面镜片如何通过其非球面的形状来补偿传统球面镜片带来的像差，这让我对现代光学设计中的创新能力有了新的认知。同时，书中还提到了像差校正的“权衡”，即在校正某一种像差时，可能会引入或加剧另一种像差，这让我认识到光学设计是一个复杂而精妙的平衡艺术。我开始意识到，我们看到的那些清晰、完美的照片，背后凝聚了多少工程师的智慧和努力，这让我对光学产业产生了更深的敬意。

评分☆☆☆☆☆

对于非光学专业背景的我来说，这本书的另一大亮点是它的“实用性”。虽然标题听起来很学术，但作者在讲解过程中，并没有回避实际应用场景。书中列举了大量与日常生活息息相关的光学仪器，比如照相机镜头、显微镜、望远镜，甚至手机摄像头，都用到了像差理论的知识。我尤其喜欢书中关于相机镜头设计的章节，作者详细分析了不同镜头结构（如定焦、变焦、广角、长焦）在像差控制上的特点和取舍，这让我瞬间理解了为什么不同类型的镜头会有如此大的价格差异和成像风格。我甚至开始反思自己过去购买镜头时的一些盲目性，现在我能够更有针对性地去选择适合自己需求的镜头。这本书让我觉得，光学不再是遥不可及的理论，而是实实在在地影响着我们生活的方方面面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“价值”在于它提供了一种思考问题的方式。它不仅仅是传授知识，更重要的是培养一种科学思维。在理解像差的过程中，我学会了如何从多个角度分析问题，如何通过数学模型来描述物理现象，如何用实验来验证理论。这种分析问题、解决问题的能力，不仅仅适用于光学领域，也能够迁移到其他科学和工程领域。我越发觉得，《像差光学概论》不仅仅是一本关于光学知识的书，更是一本关于如何学习和思考的优秀范例。它让我明白，真正的学习，是能够将知识内化，并运用到实际中去解决问题，而不仅仅是停留在表面。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受就是它的“深度”。我之前尝试阅读过一些介绍光学原理的书籍，但总觉得有些浮于表面，无法真正理解像差的本质。而《像差光学概论》则不然，它仿佛把我带入了一个深邃的知识海洋。作者在解释各种像差时，不仅仅是罗列公式，而是从几何光学和波动光学的角度进行了多维度的剖析。我特别欣赏书中对于不同类型像差的分类和区分，比如彗差、像散、场曲和畸变，这些概念以前对我来说就是一堆名词，现在通过书中详尽的图示和公式推导，我终于能将它们一一对应，并理解它们各自对成像造成的独特影响。例如，在讲解场曲时，书中不仅给出了数学模型，还生动地描述了它在照片中呈现出的“桶形”或“枕形”失真，这让我立刻联想到自己拍摄的照片中那些边缘模糊的场景，原来罪魁祸首就是它！这本书就像一位耐心的老师，循序渐进地引导我，让我从一个门外汉逐渐成为一个能够辨识和理解像差的“内行”。