《光学教程》考试练习题及答案
《光学教程》考试练习题
、单项选择和填空题
2 ?在菲涅耳圆屏衍射的几何阴影中心处
A 永远是个亮点，其强度只与入射光强有关 E 永远是个亮点，其强度随着圆屏的大小而变 C 有时是亮点，有时是暗点。
3 .光具组的入射光瞳、有效光阑，出射光瞳之间的关系一般为
A 入射光瞳和有效光阑对整个光具组共轭。 E 出射光瞳和有效光阑对整个光具组共轭。 C 入射光瞳和出射光瞳对整个光具组共轭。
4 ?通过一块二表面平行的玻璃板去看一个点光源，则这个点光源显得离观察者
A 远了
B 近了
C 原来位置。
5 ?使一条不平行主轴的光线，无偏折（即传播方向不变）的通过厚透镜，满足的条件是入射光线必须通过
A 光心
B 物方焦点
C 物方节点
D 象方焦点
6. 一薄透镜由折射率为1.5的玻璃制成，将此薄透镜放在折射率为
4/3的水中。则此透镜的焦距数值就变成
原来在空气中焦距数值的：
A 2 倍
B 3 倍
C 4 倍
D 1.5/1.333 倍
7. 光线由折射率为 m 的媒质入射到折射率为
n 2的媒质，布儒斯特角i p 满足： A . Sin i p = n 1 / n 2 B 、Sin i p = n 2 / n 1 C 、tg i p = n 1 / n 2
D 、tgi p = n 2 / n 1
&用迈克耳逊干涉仪观察单色光的干涉，当反射镜
M 1移动0?1mm 时，瞄准点的干涉条纹移过了 400条，那
么所用波长为
部分的顶点恰与右边相邻的直线部分的连续相切，由图可见二件表面:
A 、有一凹陷的槽，深为 4
λ
B 、 有一凹陷的槽，深为 2
λ
C 、 有一凸起的埂，高为 4
λ
D 、 有一凸起的埂，高为 2
1 ?将扬氏双缝干涉实验装置放入折射率为
n 的介质中，其条纹间隔是空气中的
B ?. n 倍
1 C 丄倍
A5000? 9.一波长为
之间的距离为 B4987? C2500?
5000?的单色平行光，垂直射到
3mm ,则所用透镜的焦距为
B 60cm
C 30mm
D 三个数据都不对
0.02Cm 宽的狭缝上，在夫琅禾费衍射花样中心两旁第二条暗纹 A 60mm 10. 光电效应中的红限依赖于：
A 、入射光的强度 C 、金属的逸出功
11. 用劈尖干涉检测二件的表B 、 D 、 当波长为λ D 30cm. 入射光的频率
入射光的颜色
的单色光垂直入射时， 观察到干涉条纹如图， 图中每一条纹弯曲
12.随着辐射黑体温度的升高，对应于最大单色光发射本领的波长将：
A 、 向短波方向移动
B 、 向长波方向移动
C 、 先向短波方向，后向长短方向移动
D 、 先向长波方向，后向短波方向移动
13 .用单色光观察牛顿环，测得某一亮环直径为 3mm ,在它外边第5个亮环直径为4.6mm ,用平凸透镜的凸
面曲率半径为1.0m ,则此单色光的波长为 A 5903 ? B 6080 ?
C 7600 ?
D 三个数据都不对
14. 一束自然光以布儒斯特角入射于平板玻璃，则 ：
A 、反射光束偏振面垂直于入射面，而透射光束偏振面平行于入射面并为完全线偏振光
B 、反射光束偏振面平行偏振于入射面，而透射光束是部分偏振光 C
、反射光束偏振面是垂直于入射面，而透射光束是部分偏振光 D 反射光束和透射光束都是部分偏振光
15 .仅用检偏器观察一束光时，强度有一最大但无消光位置，在检偏器前置 度为最大的位置平行，通过检偏器观察时有一消光位置，这束光是： A 、部分偏振光 B 、椭园偏振光
C 、线偏振光
D 、园偏振光
16 .要使金属发生光电效应，则应：
A 、 尽可能增大入射光的强度
B 、 选用波长较红限波长更短的光波为入射光
C 、 选用波长较红限波长更长的光波为入射光波
D 、 增加光照的时间；
17. 下列说法正确的是
A 、 利用不同折射率的凸凹透镜相配，可以完全消除去球差和色差；
B 、 近视眼需用凹透镜校正；
C 、 扩大照相景深的方法是调大光圈；
D 、 天文望远镜的作用是使遥远的星体成像在近处，使得人们能看清楚；
18. 将折射率n 1=1.50的有机玻璃浸没在油中。而油的折射率为 n 2=1.10。则全反射临界角i c 为：
-1
A 、 Sin (1.10 / 1.50)
B 、 1.10 / 1.50
-1
C 、 1.50 / 1.10
D 、 Sin (1.50 / 1.10) 19. 一透镜用n=1.50的玻璃制成，在空气中时焦距是 10cm ,若此透镜泡在水中(水的折射率为
1.33),焦距
将是：
A 、7.5cm
B 、10cm
C 、20cm
D 、40cm
20 ?如图所示，波长为 λ的平行单色光垂直入射在折射率 为n 2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉， 若薄膜的厚度为e ,而且，n 1 >n 2 >n 3 ,则两束反射光在相 遇点的相位差为：
[ ] (A) 4 ∏ n 2 e /λ (B)2 (C)4 ∏ n 2 e /λ + ∏
(D)2
21 .把双缝干涉实验装置放在折射率为
n 水中，两缝的距离为d 缝到屏的距离为 D(D?d)所用单色光在真中的
波长为λ则屏上干涉条纹中相邻的明纹之间的距离是
(A) λ D/ (nd) (B) n λ D/ d (C) λ d / (nD) (D) λ D∕(2d)
22 .在迈克尔孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为
n ,厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程
改变了 (A) 2 (n-1)d
(B) 2nd (C) 2 (n -1)d + 0.5
λ (D) nd (E) (n-1)d
23 ?当单色平行光垂直入射时，观察单缝的夫琅和费衍射图样。设 I 0表示中央极大(主极大)的光强， θ表
示中央亮条纹的半角宽度。若只是把单缝的宽度增大为原来的
3倍，其他条件不变，则
4片，使其光轴与上述强
∏ n 2 e ∕λ ∏ n 2 e ∕λ - ∏
(A) I 0 增大为原来的9 倍, sin θ1减小为原来的1/3
(B) I 0 增大为原来的 3 倍, sin θ1减小为原来的1/3
(C) I 0 增大为原来的 3 倍, sin θ1减小为原来的3
(D) 10不变，Sin θ减小为原来的1/3
24 .在迈克尔孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n,厚度为d的透明介质薄膜后，测出两束光的光程
差的改变量为一个波长λ,则薄膜的厚度是
(A) λ/2 (B) λ/(2n) (C) λ/n (D) λ/2(n-1)
25. 一平面衍射的光栅具有N 条光缝，则中央零级干涉明条纹和一侧第一级干涉明纹之间将出现的暗条纹为
2
(A) N (B) N (C) N- (D) N - 2
26. 一束单色右旋圆偏振光垂直穿入二分之一波片后，其出射光为
( A )线偏振光( B )右旋圆偏振光
(C)左旋圆偏振光(D)左旋椭圆偏振光
27. 平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为 e ，并且，n1 < n2 > n 3 , λi为入射光在折射率为nι的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为
(A) 2 πn2 e /( n 1λ1) (B) 4 πn1e /( n 2λ1) + π
(C) 4 πn2 e /( n iλ i) + π (D) 4 πn2 e /( n iλ i)
28. 用白光源进行双缝实验,若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝,用一个纯蓝色滤光片遮盖另一条缝,则
(A)纹的宽度将发生改变。(B)产生红色和蓝色的两套彩色干涉条纹。
(C)干涉条纹的亮度将发生变化。(D)不产生干涉条纹。
29. 在透光缝数为N 的光栅衍射实验里,缝干涉的中央明纹中强度的最大值为一个缝单独存在时单缝衍射中央明纹强度最大值的
2
(A) 1 倍(B) N 倍(C) 2N 倍(D) N 倍
30. 下列物体哪个是绝对黑体：
(A)不发光的物体(B)不发出任何辐射的物体
(C)黑色的物体(D)不能反射和透射任何辐射的物体
31. 一薄透镜由折射率为i.5 的玻璃制成,将此薄透镜放在折射率为4/3 的水中。则此透镜的焦距数值就变成原来在空气
中焦距数值的:
(A) 2 倍(B) 3倍(C) 4 倍(D) 1.5/1.333 倍
32.一透镜用用n=1.50cm的玻璃制成, 在空气中时焦距是10cm, 若此透镜泡在水中(水的折射率为4/3), 焦距将是：
A、7.5cm
B、10cm
C、20cm D
、40cm
33 .将折射率为nι=1.5的有机玻璃浸没在油中，而油的折射率为n2 = 1.10 ,则临界角i C为:
A、sin-i(i.i0/i.50)
B、i.i0/i.50
-1
C、1.50/1.10
D、Cos-1(1.10/1.50)
34 ?一透镜组由两个共轴的薄透镜组成，一凸一凹，它们的焦距都是20cm ,中心相距10cm,现在凸透镜外离凸透镜30Cm 处,放一物体,这物体以透镜组所成的像是:
A、正立实像
B、倒立实像
C、正立虚像
D、倒立虚像
35.下列那些说法是正确的？
(A) 一束圆偏振光垂直入通过四分之一波片后将成为线偏振光
(B) 一束椭圆偏振光垂直入通过二分之一波片后将成为线偏振光
(C) 一束圆偏振光垂直入通过二分之一波片将成为线偏振光
(D) 一束自然光垂直入通过四分之一波片后将成为线偏振光
36 .一菲涅耳波带片包含16个半波带，外半径P i6=32mm ,中央的第一个半波带的半径P i等于：
A、16mm
B、8mm
C、4mm
D、2mm.
38 ?根据惠更斯一菲涅耳原理，若已知光在某时刻的阵面为S,则S的前方某点P的光强度决定于波阵面S
上所有面积元发出的子波各自传到P点的
d 、总缝数为N 的衍射光栅上。则第 k 级谱线的半角宽度
？θ
(A) 与该谱线的衍射角 θ无关 (B) 与光栅总缝数N 成反比 (C) 与光栅常数d 成正比 (D)
与入射光波长 λ成反比
40 .如图，S 、S 2是两个相干光源，它门到 P 点的距离分别为r ι和「2,路径SP 垂直穿过一块厚度为 12，折
射率为n ι的介质板，路径S 2, P 垂直穿过厚度为 路
径的光程差等于
(A) (r 2+n 2t 2)— (r 1+n 1t 1) (B) [r 2+(n 2— 1)t 2— [r 1+(n 1— 1)t 1 ] (C)
(r 2— n 2t 2) — (r 1— n 1t 1) (D) n 2t 2 — mt 1
41 .把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置当平凸透镜慢慢的向上平移时，由反射光形成的牛顿环
(A) 向中心收缩，条纹间隔变小。 (B) 向中心收缩，环心呈明暗交替变化。 (C) 向外扩张，环心呈明暗交替变化。 (D) 向外扩张，条纹间隔变大。
15
42 .在光电效应中，当频率为 3× 10 HZ 的单色光照射在脱出功 ？为4.0eV 的金属表面时，金属中逸出的光
电子的最大速度为多少 m/s ?
6
4
3
2
A 、1.72 × 10
B 、1.72 × 10
C 、 1.98 × 10
D 、 1.72 × 10
43 ?一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为 _________ ,该学生裸眼所能看清的最远距离为 ___.
44 ?光通过光学系统时能量的损失主要有： —。 45 .渥拉斯棱镜的作用 _______________ —
46.直径3米的园桌中心上方 2米处吊一平均发光强度为 200坎德拉的灯泡，园桌中心的光照度等于
边缘的光照度等于 ____________________ 47 ?如图所示的楔形薄膜，当上表面
BB'平行地向上移动时，等厚条纹将向
BB'的夹角时，条纹将变 ________ (宽或窄)。
两个劈形膜上，两劈尖角分别为θ 1和θ 2,折射率分别为∏1和n 2,若二者分别 形成的干涉条纹的明条纹间距相等，则 θ 1 , θ 2, n 1和n 2之间的关系 是 .
49. _______________________________________ 光源的相干长度与相干时间的关系 。相干长度愈长，说明光源 的时间相干性 _______ 。 获得相干光的方法有 ___________ 和 ________ 。 50.
已知闪耀光栅的闪耀角为 15o ,光栅常数 ，平行光垂直于光栅平面入射时在一级光谱处得到最大光
强，则入射光的波长为
nm
(A)
振动振幅之和
(B)
(C)振动振幅之和的平方 (D) 光强之和 振动的相干叠加
39 .波长为λ的单色光垂直入射到光栅常数为 t 2折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条
______ 移，当增大两表面 AA'与
48.如图所示，波长为 的平行单色光垂直照射到
51. 石英晶体对波长为5829.90A的光的折射率为n e=1.55379, n o=1.54225 ,为了制成1/2波片，一块光轴平行
于表面的石英晶片至少须切成的厚度为_。
52. 随着绝对温度的升高，黑体的最大辐射能量将帀 _______________ 方向移动
53. 在光电效应中，当频率为3× IO15Hz的单色光照射在脱出功？为4.0eV的金属表面时，金属中逸出的光
电子的最大速度为_______ m/s.
54. 某种介质的吸收系数α=0.32cm-1,透射光强为入射光强的20%时，介质的厚度为
55 .波长λ=5000?的单色光垂直照射一缝宽a=0.25mm的单缝，在衍射图样中，中央亮纹两旁第三暗条纹间
距离为1.5mm ,则焦距f为 _________ 。
56 .在迈克尔逊的干涉仪中，如果当一块平面镜移动的距离为0.080mm时，有250条的干涉条纹通过现场。
则光源的波长为_________ 。
57. 在菲涅耳圆孔衍射实验装置中，R = 5m, r。=10m, P =0.5Cm ,点光源发光波长λ=500nm。圆孔所含的半
波带数为___________ 。
58. 某种介质的吸收系数α=0.32cm-1,透射光强为入射光强的20%寸，介质的厚度为 _________
59. 汽车的两前灯相距 1.5m ,眼睛瞳孔产生的圆孔衍射，正常视力的人在_____________ 才能分辨出
光源是两个灯。设眼睛瞳孔的直径为3mm光源发出的光的波长λ为550nm。
60 .在迈克尔逊的干涉仪中，如果当一块平面镜移动的距离为0.060mm时，有250条的干涉条纹通过现场。
则光源的波长为___________ 。
61. 吸收系数α=0.32cm-1,透射光强分别为入射光强的25%寸，介质的厚度为
12 .波长为180nm的光照到铝表面，已知铝的脱出功为4.2eV ,出射的光电子的能量是。(h =6.626 × 10-34j.s, e
-19
=1.602 × 10 C)
62 .全息图记录了物光波的___________ 和__________ 全部信息。
63. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90 °,至少需要让这束光通过块理想偏振片.在
此情况下，透射光强最大是原来光强的__—倍
64 .在理想光学系统中，垂轴放大率一：，轴向放大率,角放大率，三者的关系是 _________
65 .产生激光的必要条件 _______________________________ 。
《光学教程》练习题参考答案
、单项选择和填空题1.C2.B 3.C4. B 5.C 6.C7.D8.A9.D10. B
11.B12. A13.B14.C15.B16.B17.B18.D19.D20. A
21 .A22.D23.A24.D25.C26.C27.C28.D29.D30. D
31.C32.D33
..A34.C35.A36.B38.D39.B40.B41. B 42. B
43 . ―-0.2 米， ___ 眼前0.2 米______ 。
44 .两透明介质面上的反射损失，介质吸收的损失反射面的光能损失—。
45 . 它能将自然光分解成两个分得较开光矢量相互丄的线偏振光 __________________
46. 50勒克斯; ___________ 25.6勒克斯__________ 。
47 . ___ , _______ (宽或窄)。
48. n1^1=n 2 J2.
49. S n a X =C t_______ 。愈好_______ 。分波前法______ 禾廿_______
50. 500 。
-3
51. 1.26× 10 Cm 。
52. 短波_________ 。
53. 1.72 × 106m/s_____ m∕s.
54. 0.515cm。
55 . 12.5Cm ________ 。
56. 6400? 。
57. ______________ _J5 。
58. 0.515cm _______
59. 6.7km
-7
60 . 4.8 × 10 m。
61. 4.332cm
12. 2.693eV
62. 振幅和位相
63. _ _ 1/4
64. =
65. 粒子数反转
光学教程答案(第五章)
1. 试确定下面两列光波 E 1=A 0[e x cos （wt-kz ）+e y cos （wt-kz-π/2）] E 2=A 0[e x sin （wt-kz ）+e y sin （wt-kz-π/2）] 的偏振态。 解 ：E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)] =A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光 E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)] =A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光 2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度，对其中一个表面直接进行观察，另一个表面 通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60° 。若观察到两表面的亮度相同，则两表面的亮度比是多少已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。 解∶∵亮度比 = 光强比 设直接观察的光的光强为I 0, 入射到偏振片上的光强为I ，则通过偏振片系统的光强为I'： I'=(1/2)I (1-10%)cos 2 600 ?(1-10%) 因此： ∴ I 0/ I = ×(1-10%)cos 2 600 ?(1-10%) = %. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60° ，在他们之间放置另一个尼科耳N 3，让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收，试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时，通过系统的光强最大设入射光强为I 0，求此时所能通过的最大光强。 解： 20 1 I I = Θ
光学教程习题解答
《光学教程》（姚启钧）习题解答 第一章 光的干涉 1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。 解：1500nm λ= 改用2700nm λ= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。 解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 3、把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的
可见度。 解： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 5、波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm ，棱到光屏间的距离L 为180cm ，若所得干涉条纹中相邻亮条纹的间隔为1mm ，求双镜平面之间的夹角 θ。 解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?= 由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式 6、在题1.6 图所示的劳埃德镜实验中，光源S 到观察屏的距离为1.5m ，到劳埃德镜面的垂直距离为2mm 。劳埃德镜长40cm ，置于光源和屏之间的中央。⑴若光波波长500nm λ=，问条纹间距是多少？⑵确定屏上可以看见条纹的区域大小，此区域内共有几条条纹？（提示：产生干涉的区域P 1P 2可由图中的几何关系求得） 解：由图示可知：7 050050010,40.4, 1.5150nm cm d mm cm r m cm λ-==?==== ①70150500100.018750.190.4 r y cm mm d λ-?= =??== ②在观察屏上可以看见条纹的区域为P 1P 2间 即21 3.45 1.16 2.29P P mm =-=，离屏中央1.16mm 上方的2.29mm 范围内可看见条纹。 P 2 P 1 P 0 题1.6图
工程光学课程设计.
实习报告 实习名称：工程光学课程设计院系名称：电气与信息工程专业班级：测控12-1 学生姓名：张佳文 学号：20120461 指导教师：李静
黑龙江工程学院教务处制2014 年 2 月
工程光学课程设计任务书
目录 1摘要 ...................................................................... 错误！未定义书签。2物镜设计方案 . (1) 3物镜设计与相关参数 (2) 3.1物镜的数值孔径 (2) 3.2物镜的分辨率 (3) 3.3物镜的放大倍数 (4) 3.4物镜的鉴别能力 (4) 3.5设计要求参数确定 (4) 4 显微镜物镜光学系统仿真过程 (5) 4.1选择初始结构并设置参数 (5) 4.2自动优化 (5) 4.3物镜的光线像差(R AY A BERRATION)分析 (6) 4.4物镜的波像均方差(OPD)分析 (7) 4.5物镜的光学传递函数(MTF)分析 (8) 4.6物镜的几何点列图(Stop Diagrams)分析 (10) 4.7仿真参数分析 (11) 5心得体会 (11) 6参考文献 (12)
1摘要 ZEMAX是Focus Software 公司推出的一个综合性光学设计软件。这一软件集成了包括光学系统建模、光线追迹计算、像差分析、优化、公差分析等诸多功能，并通过直观的用户界面，为光学系统设计者提供了一个方便快捷的设计工具。十几年来，研发人员对软件不断开发和完善，每年都对软件进行更新，赋予ZEMAX更为强大的功能，因而被广泛用在透镜设计、照明、激光束传播、光纤和其他光学技术领域中。 ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下，ZEMAX 以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下，ZEMAX以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以重复入射到同一物体上，直到被物体拦截。与序列模式相比，非序列光线追迹能够对光线传播进行更为细节的分析。但此模式下，由于分析的光线多，计算速度较慢。 ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX 的CAD 转文件程序都是双向的，如IGES 、STEP 、SAT 等格式都可转入及转出。而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。 ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户光学设计程界面中。而且工作界面简单，快捷，很方便的就能找到我们想哟实现的功能，ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。 2物镜设计方案 消色差物镜(Achromatic)是较常见的一种物镜，由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透镜组成，只能矫正光谱线中红光和蓝光的轴向色差。同时校正了轴上点球差和近轴点慧差，这种物镜不能消除二级光谱，只校正黄、绿波区的球差、色差，未消除剩余色差和其他波区的球差、色差，并且像场弯曲仍很大，也就是说，只能得到视场中间范围清晰的像。使用时宜以黄绿光作照明光源，或在光程中插入黄绿色滤光片。此类物镜结构简单，经济实用，常和福根目镜、校正目镜配合使用，被广泛地应用在中、低倍显微镜上。在黑白照相时，可采用绿色滤色片减少残余的轴向色差，获得对比度好的相片。消色差通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×
LED(Tracepro官方LED建模光学仿真设计教程)
Requirements Models: None Properties: None Editions: TracePro LC, Standard and Expert Introduction In this example you will build a source model for a Siemens LWT676 surface mount LED based on the manufacturer’s data sheet. The dimensions will be used to build a solid model and the source output will be defined to match the LED photometric curve. Copyright ? 2013 Lambda Research Corporation.
Create a Thin Sheet First analyze the package to determine the best method of constructing the geometry in TracePro. The symmetry of the package suggests starting from a Thin Sheet and extruding the top and bottom halves with a small draft angle. Construct Thin Sheet in the XY plane. 1. Start TracePro 2. Select View|Profiles|XY or click the View XY button on the toolbar, and switch to silhouette mode, View|Silhouette. 3. Select Insert|Primitive Solid and select the Thin Sheet tab. 4. Enter the four corners of the Thin Sheet in mm in the dialog box, as shown below, and click Insert. 5. Click the Zoom All button or select View|Zoom|All to see the new object.
光学课程设计 ——望远镜系统
望远镜系统结构设计 指导教师： 张 翔 专 业：光信息科学与技术 班 级：光信息08级1班 姓 名： 学 号： 20080320 光学课程设计
目录 第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17) 4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21)
一．设计背景 在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。 其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。 二．设计目的及意义 运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、 物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。 三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。 【望远镜基本工作示意图】
光学设计教程小知识点
1.2光学系统有哪些特性参数和结构参数？ 特性参数：（1）物距L（2）物高y或视场角ω（3）物方孔径角正弦sinU或光速孔径角h（4）孔径光阑或入瞳位置（5）渐晕系数或系统中每一个的通光半径 结构参数：每个曲面的面行参数（r，K，a4，a6，a8，a10）、各面顶点间距（d）、每种介质对指定波长的折射率（n）、入射光线的位置和方向 1.3轴上像点有哪几种几何像差？ 轴向色差和球差 1.4列举几种主要的轴外子午单色像差。 子午场曲、子午慧差、轴外子午球差 1.5什么是波像差？什么是点列图？它们分别适用于评价何种光学系统的成像质量？ 波像差：实际波面和理想波面之间的光程差作为衡量该像点质量的指标。适用单色像点的成像。 点列图：对于实际的光学系统，由于存在像差，一个物点发出的所有光线通过这个光学系统以后，其像面交点是一弥散的散斑。适用大像差系统 2.1叙述光学自动设计的数学模型。 把函数表示成自变量的幂级数，根据需要和可能，选到一定的幂次，然后通过实验或数值计算的方法，求出若干抽样点的函数值，列出足够数量的方程式，求解出幂级数的系数，这样，函数的幂级数形式即可确定。像差自动校正过程，给出一个原始系统，线性近似，逐次渐进。 2.2适应法和阻尼最小二乘法光学自动设计方法各有什么特点，它们之间有什么区别？ 适应法：参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n，参加校正的像差不能相关，可以控制单个独立的几何像差，对设计者要求较高，需要掌握像差理论阻尼最小二乘法：不直接求解像差线性方程组，把各种像差残量的平方和构成一个评价函数Φ。通过求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校正像差的目的。它对参加校正的像差数m没有限制。 区别：适应法求出的解严格满足像差线性方程组的每个方程式；如果m>n或者两者像差相关，像差线性方程组就无法求解，校正就要中断。 3.1序列和非序列光线追迹各有什么特点？ 序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计。以面作为对象，光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，对每个面只计算一次。光线追迹速度很快。 非序列光线追迹主要用于需考虑散射和杂散光情况下，非成像系统或复杂形状的物体。以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹。计算时每一物体的位置由全局坐标确定。非序列光线追迹对光线传播进行更为细节的分析，计算速度较慢。3.2叙述采用光学自动设计软件进行光学系统设计的基本流程。 （1）建立光学系统模型： 系统特性参输入：孔径、视场的设定、波长的设定 初始结构输入：表面数量及序号、面行、表面结构参数输入 （2）像质评价 （3）优化：设置评价函数和优化操作数、设置优化变量、进行优化 （4）公差分析：公差数据设置、执行公差分析 3.3Zemax软件采用了什么优化算法？ 构造评价函数：最小二乘法、正交下降法（非序列光学系统）
光学教程答案(第一章)
1. 波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 02 2.0的双缝上，在距离cm 180处 的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得 cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ 2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 解：（1）由公式 λd r y 0 = ? 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p 3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m . 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式2r ?π λ??= 可知为 Δr =215252r r λ πλπ-= ??= 现在 1S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=m m
光学课程设计望远镜系统结构参数设计
光学课程设计 ——望远镜系统结构参数设计
一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等…… 二设计目的及意义 （1）、熟悉光学系统的设计原理及方法； （2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；
（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算； （4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤； 三设计任务 在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。并介绍光学设计中的PW法基本原理。同时对光学系统中存在的像差进行分析。四望远镜的介绍 1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。2．望远镜的一般特性 望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。当用在观测无限远物体时， 物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。当月在观测有限距离的物体时， 两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认
《光学教程》(姚启钧)课后习题1-5章解答
《光学教程》（姚启钧）1-5章习题解答 第一章 光的干涉 1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。 解：1500nm λ= 7011180 500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。 解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ?
012 (1)0.8542I I =+= 3、把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的可见度。 解： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 0.943 V == 5、波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm ，棱到光屏间的距离L 为180cm ，若所得干涉条纹中相邻亮条纹的间隔为1mm ，求双镜平面之间的夹角 θ。 解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?=
《光学教程》(姚启钧)课后习题解答
《光学教程》（启钧）习题解答 第一章 光的干涉 1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。 解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。 解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A =
P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 012 (1)0.8542I I =+= 3、把折射率为1.5的玻璃片插入氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的可见度。 解： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 0.943 V == 5、波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm ，棱到光屏间的距
光学课程设计报告
光学课程设计报告 姓名: 班级: 学号:
一．设计目的 （1）重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 （2）在熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。 （3）巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。 二．设计题目 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 三．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。
七．上机结果 1．物镜 （1）优化前数据 程序注释： 设计时间：2013年4月10日星期三 08:59:50 下午 -------输入数据-------- 1.初始参数 物距半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距理想面距离 0 0 面序号半径厚度玻璃 STO 84.5460 5.741 1 2 -44.9920 2.652 K9 3 -134.9690 56.800 F5 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 4.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 12.630 K9 ☆定义了下列玻璃:
《光学教程》(姚启钧)课后习题解答
《光学教程》（姚启钧）习题解答 第一章 光的干涉 1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。 解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。 解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-==
0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 012 (1)0.8542I I =+= 3、把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的可见度。 解： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A =
SYNOPSYS 光学设计软件课程第16课：实用的相机镜头
第16课：实用的相机镜头 在第15课中设计的镜头非常好，但它有点太长。实际上希望它更短，同时希望非常高的分辨率。以下是本课的目标： 1.焦距90毫米 2.半视场角20度 3.半孔径25.4毫米 4.透镜元件长度约100毫米 5.后焦距50毫米或更大 在本课程中，将让DSEARCH找到一个起点。在命令窗口中键入MDS，打开设计搜索菜单，如下所示。 输入箭头所示的数据，然后单击“确定”。看到结果时，可以稍后修改此输入。假设镜头需要七个透镜元件。程序会要求您输入文件名，因此请键入LENS_7等名称。这将打开一个编辑器窗口，其中包含运行该程序所需的输入。 CORE 14 TIME DSEARCH 1 QUIET SYSTEM ID DSEARCH SAMPLE OBB 0 20 12.7 WAVL 0.6563 0.5876 0.4861 UNITS MM END GOALS ELEMENTS 7 FNUM 3.54 BACK 0 0 TOTL 100 0.1 STOP MIDDLE STOP FREE RSTART 400 THSTART 5 ASTART 12 RT 0.5 FOV 0.0 0.75 1.0 0.0 0.0 FWT 5.0 3.0 3.0 NPASS 40 ! this gives the number of passes in the final MACro ANNEAL 200 20 Q COLORS 3 SNAPSHOT 10 QUICK 30 30 ! this option runs much faster END SPECIAL PANT END SPECIAL AANT LLL 50 .1 1 A BACK END GO TIME
《光学教程答案》word版
第三章 几何光学 1．证明反射定律符合费马原理 证明：设界面两边分布着两种均匀介质，折射率为1n 和2n （如图所示）。光线通过第一介质中指定的A 点后到达同一介质中指定的B 点。 （1）反正法：如果反射点为'C ，位于ox 轴与A 和B 点所著称的平面之外，那么在ox 轴线上找到它的垂足点"C 点，.由于'''''',AC AC BC BC >>,故光线'AC B 所对应的光程总是大于光线''AC B 所对应的光程而非极小值，这就违背了费马原理。故入射面和反射面在同一平面内。 (2)在图中建立坐xoy 标系，则指定点A,B 的坐标分别为11(,)x y 和22(,)x y ，反射点C 的坐标为(,0)x 所以ACB 光线所对应的光程为： 1n ?= 根据费马原理，它应取极小值，所以有 112(sin sin )0d n i i dx ?==-= 即： 12i i = 2．根据费马原理可以导出在近轴光线条件下，从物点发出并会聚到像点的所有光
线的光程都相等。
证：如图所示，有位于主光轴上的一个物点S 发出的光束经薄透镜折射后成一个明亮的实象点'S 。设光线SC 为电光源S 发出的任意一条光线，其中球面AC 是由点光源S 所发出光波的一个波面，而球面DB 是会聚于象点'S 的球面波的一个波面，所以有关系式SC SA =，''S D S B =.因为光程 ''' ' SCEFDS SABS SC CE nEF FD DS SA nAB BS ??=++++???=++?? 根据费马原理，它们都应该取极值或恒定值，这些连续分布的实际光线，在近轴条件下其光程都取极大值或极小值是不可能的，唯一的可能性是取恒定值，即它们的光程相等。 3．睛E 和物体PQ 之间有一块折射率为1.5的玻璃平板，平板的厚度d 为30cm 。求物体PQ 的像' ' P Q 与物体PQ 之间的距离 2d 为多少？ 解：根据例题3.1的结果 '1(1)PP h n =- '1 30(1)101.5 PP cm =?- = 题2图 ' 1.5n =
光学设计三分离物镜
燕山大学 课程设计说明书题目：照相物镜设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业：仪表二班 学号： 学生姓名： 指导教师：王志斌 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 2013年 7 月 10 日
目录 一、引言 (4) 二、设计过程 (4) 2.1初始结构的选择 (5) 2.2输入参数和缩放 (6) 2.3在ZEMAX中进行优化 (9) 2.4优化结果 (12) 三、心得体会 (15) 四、参考文献 (16)
引言 照相物镜的简介 照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ' '==β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大， 一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以 l f '=β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f （1-2） 因此半视场角 ω=atan ' ' f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准： 即通常所说的截止频N λ λ u f D N == （1-4） 照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度 E ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5) 照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小，照相物镜又分为 a ）小视场物镜：视场角在30°以下； b ）中视场物镜：视场角在30°~60°之间； c ）广角物镜：视场角在60°~90°之间； d ）超广角物镜：视场角在90°以上。 照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为
光学系统设计zemax初级教程
光学系统设计（Zemax初学手册） 内容纲目: 前言 习作一：单镜片(Singlet) 习作二：双镜片 习作三：牛顿望远镜 习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector 习作五：multi-configuration laser beam expander 习作六：fold mirrors和coordinate breaks 习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces 前言 整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计划，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计和测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软件。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参和「红色精灵」计划，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿和独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）和后续更多的习作和文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet)
你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即 first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes 等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA 就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又孔径的大小为25mm，则第一面镜合理的thickness为4，也是直接键入。再来决定第1及第2面镜的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负值。而再令第2面镜的thickness为100。 现在你的输入数据已大致完毕。你怎么检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，其中的Ray Aberration，将会把transverse的ray aberration对pupil coordinate 作图。其中ray aberration是以chief ray为参考点计算的。纵轴为EY的，即是在Y方个的aberration，称作tangential或者YZ plane。同理X方向的aberration称为XZ plane 或sagittal。 Zemax主要的目的，就是帮我们矫正defocus，用solves就可以解决这些问题。solves 是一些函数，它的输入变量为curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相关的parameters等。parameters是用来描述或补足输入变量solves的型式。如curvature的型式有chief ray angle，pick up，Marginal ray normal，chief ray normal，Aplanatic，Element power，concentric with surface等。而描述chief ray angle solves