2018年北航光学工程考研考试大纲—871光学工程综合考试大纲
1、应用光学的基本定律与成像概念
主要内容：掌握应用光学的基本定律，成像的基本概念和完善成像条件，光路计算与近轴光学系统，球面光学成像系统。
基本要求：重点是应用光学的四个基本定律，近轴光线的光路计算及球面光学成像系统的物象位置关系。
2、理想光学系统
主要内容：掌握理想光学系统与共线成像理论，理想光学系统的基点与基面，理想光学系统的物像关系，理想光学系统的放大率，理想光学系统的组合，透镜。
基本要求：重点是实际光学系统的基点位置和焦距计算，各类透镜的光学性质，图解法求像、解析法求像，理想光学系统的组合及放大率。
3、平面与平面系统
主要内容：掌握平面镜成像、平行平板、反射棱镜、折射棱镜与光楔。了解光学材料的光学特性。
基本要求：重点是平面镜、平行平板、反射棱镜、折射棱镜与光楔的成像特性。
4、光学系统的光束限制
主要内容：掌握照相系统和光阑，望远镜系统中成像系统的光束的选择，显微镜系统中的光束限制与分析。
基本要求：重点是与成象光束位置和大小相关的术语概念，以及照相系统、望远镜系统、显微镜系统中的光束限制与分析。
5、光度学与色度学基础
主要内容和基本要求：掌握各种辐射量和光学量的定义及其单位，光传播过程中光学
量的变化规律，成像系统像面的光照度。
6、光线的光路计算及像差理论
主要内容：概述，轴上点球差，正弦差和慧差，像散和场曲，畸变，色差，波像差。
基本要求：重点是实际光学系统各种像差的基本概念，不要求计算。
7、典型光学系统与现代光学系统
主要内容：掌握眼睛及其光学系统的特性，对放大镜、显微镜系统、望远镜系统、目镜、摄影系统、投影系统的物镜和目镜的结构型式及其主要光学参数深入
理解。掌握光电系统的基本组成及光学特性。
基本要求：重点是眼睛、放大镜、显微镜系统、望远镜系统、摄影系统的成像原理及其主要光学参数；并掌握光电系统的基本组成及光学特性。
8、光的电磁理论基础
主要内容：掌握光的电磁性质、光在电介质分界面上的反射和折射规律；掌握光波的叠加定律和叠加条件，深入理解干涉、拍频、驻波、偏振等各种现象的产
生条件和现象；
基本要求：掌握光的电磁波理论基本概念，学会用数学方法描绘波的叠加，了解菲涅耳公式
9、光的干涉和干涉系统
主要内容：理解光波的干涉条件，掌握杨氏干涉实验的产生条件和实验现象；掌握干涉条纹的可见度的定义和影响因素；掌握平板的双光束干涉的基本原理，
学会分析典型的双光束干涉系统及其应用；深入理解平行平板的多光束干
涉的基本原理，了解其应用
基本要求：掌握等倾干涉和等厚干涉的工作原理和应用方法；了解双光束干涉条纹的形成原理和影响条纹质量的因素；掌握多光束干涉的工作原理。
10、光的衍射
主要内容：了解光波的标量衍射理论，掌握典型孔径的夫琅和费衍射的工作原理和现象；理解光学成像系统的衍射和分辨本领之间的相互关系；掌握多缝夫琅
和费衍射的工作原理和实验现象，学会衍射光栅的分析方法基本要求：掌握惠更斯-菲涅耳原理；掌握夫琅和费单缝、双缝衍射和圆孔衍射的工作原理和在工程技术中的应用方法；了解衍射光栅和光栅光谱仪。
11、光的偏振和晶体光学基础
主要内容包括：偏振光概述；光在晶体中的传播；光波在晶体表面的折射和反射（惠更斯做图法求取光线方向）；晶体偏振器件；偏振的矩阵表示；偏振光的
变换和测定；
基本要求：掌握偏振光的基本概念和偏振器件的基本原理；了解基本的偏振现象（马吕斯定律和偏振干涉）；了解偏振的矩阵表示及相关计算。
其中，1、2、3、4、7、8、9、10、11是重点。
摘要 摘要：设计三片库克照相物镜，给出三片镜子的结构参数按照设计要求合理设计。近轴光路追迹求出设计系统的焦距和后焦距。然后利用zemax光学设计软件仿真验证设计结果。 关键词：照相物镜；光学设计 设计要求： 设计要求：采用三片库克（cookie）结构，D/f=1/5，半像面尺寸：18mm 半视场角：20°设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径D：10mm 计算：系统焦距f，，后焦距（BFL） 第一章绪论 我们设计光学系统采用光线模型方法，即利用几何光学和光学工程中涉及到的基本方法、基本公式设计三片库克照相物镜。利用光线模型设计光学系统是非常重要的方法。曾经有位美国学者在回答有关光线和波动理论应用问题时，睿智的说;“你用光线理论设计照相机镜头，尽管是近视理论，但你用一个星期可以完成；然而你若用衍射理论设计照相机镜头，虽然你用的理论很严格，也去你一辈子才能设计出一个镜头。”可见用几何光学和工程光学中的光线模型设计光学系统是多么的重要。而近轴光线的追迹公式又是利用光线理论设计光学系统的基础。 根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。 这样看来，研究近轴光学似乎没有很大的实际意义。但是事实上近轴光学的应用并不仅限于近轴区域内，对于超出近轴区域的物体，仍然可以使用近轴光学公式来计算平面的位置和像的大小。也就是说把近轴光学公式扩大应用到任意空间。对于近轴区域以外的物体，应用近轴光学公式计算出来的像也是很有意义的： 第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。根据共轴理想光学系统的成像性质：一个物点对应一个像点；垂直于光轴的共轭面上放大率相同。如果实际共轴球面系统的成像符合理想则该理想像的位置和大小必然和用近轴光学公式计算所得结果相同。因为它们代表了实际近轴光线的像面位置和放大率。如果光学系统成像不符合理想，当然就不会和近轴光学公式计算出的结果一致。二者间的差异显然就是该实际光学系统的成像性质和理想像间的误差。也就是说，可以用它作为衡量该实际光学系统成像质量的指标。因此，通常我们把用近轴光学公式计算出来的像，称为实际光学系统的理想像。 第二，用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。在设计光学系统或者分析光学系统的工作原理时，往往首先需要近似地确定像的位置的大小。能够满足实际使用要求的光学系统，它所成的像应该近似地符合理想。也就是说，它所成的像应该是比较清晰的，并且物像大体是相似的。所以，可以用近轴光学公式计算出来的理想像的位置和大小，近似地代表实际光学系统所成像的位置和大小。由此可见近轴光学系统具有重要的实际意义，它在今后的研究光学系统的成像原理时经常用到。
工程光学实验教材
实验一自组望远镜 (测量实验) 一、实验目的 了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的方法。 二、实验原理 最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。 三、实验仪器 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S 2、毫米尺F L=7mm 3、二维调整架：SZ-07 4、物镜Lo：f o=225mm 5、二维调整架：SZ-07 6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜） 7、读数显微镜架: SZ-38 8、滑座：TH70 9、滑座：TH70Y 10、滑座：TH70Y 11、滑座：TH70 12、白屏：SZ-13 四、仪器实物图及原理图
图四 五、实验步骤 1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把 标尺放在毫米尺一侧。 2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的完 整毫米尺上的刻线。 3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。 六、数据处理 毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂ 望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB 七、实验结果： 1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm 所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍 2、观察到的现象：
八、遇到的问题及心得体会： 1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器； 2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜； 3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来； 4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律： 凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。
工程光学课程设计 设计名称：工程光学课程设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： XXX教务处制 20 13 年12 月
工程光学课程设计评分表 最后成绩的以优（90~100）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）和不及格（少于60分）五级给出。
第1章引言 1.1 简单介绍 对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计ZEMAX，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG等，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础，要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了。对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等。
北京航空航天大学计算机系考研 复试06-14上机真题及答案 复试上机指导 1.本真题只是提供辅助作用，关键还是研友平时动手能力练习和对 算法、数据结构的理解，参加过ACM的有一定优势没参加过 的也不用紧张，北航的上机题相对于清华和北大，难度上小很 多，多练习的话，问题不大; 2.上机时，可以快速阅读所有的题目，按照从易到难的次序做题， 保证会的一定得分; 3.熟悉编程环境，熟悉c的常用函数; 4.为了快速测试代码的正确性，尤其是矩阵输入的情况，可以利用 标准输入重定向， freopen(“c:\\input.txt”,”r”,s tdin);加快测试过 程; 5.注意程序边界条件的测试; 6.如果你有什么疑问，或者我们提供的材料有问题，欢迎联系我们： bwiunbuaa@https://www.doczj.com/doc/182924362.html,提供北航计算机报考和选导师指导，或者 到https://www.doczj.com/doc/182924362.html, 给我们留言。
14年上机题 第一题，阶乘数。输入一个正整数，输出时，先输出这个数本身，跟着一个逗号，再输出这个数的各位数字的阶乘和，等号，阶乘和的计算结果，并判断阶乘和是否等于原数，如果相等输出Yes，否则输出No。题目说明输入的正整数以及其各位阶乘和都不会超 出int型的表示范围。 输入样例1： 145 输出样例1： 145,1!+4!+5!=145 Yes 输入样例2： 1400 输出样例2： 1400,1!+4!+0!+0!=27
No 第二题，五子棋。输入一个19*19的矩阵，只包含数字0、1、2，表示两人下五子棋的棋牌状态，1、2分别表示两人的棋子，0表示空格。要求判断当前状态下是否有人获胜（横向、竖向或者斜线方向连成5个同色棋子）。题目说明输入样例保证每条线上至多只有连续5个同色棋子，并且保证至多只有1人获胜。如果有人获胜，输出获胜者（1或2）加一个冒号，接着输出获胜的五连珠的第一个棋子的坐标，从上到下从左到右序号最小的为第一个，序号从1开始编号。如果无人获胜，输出no。 样例略。 第三题，排版题。输入若干行字符，表示某电影的演职员表，每行只有一个冒号，冒号前面是职位，冒号后面是姓名，要求把各行
天津大学工程光学（上）期末考试试卷 一．问答题：（共12分，每题3分） 1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？ 3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？ 4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？ 二．图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分） 1．求像A 'B ' 2．求像A 'B ' 3．求物AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距 4．判断光学系统的成像方向 5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场 6．判断棱镜的成像方向 题2-3图 题2-2图
三．填空：（共10分，每题2分） 1．照明系统与成像系统之间的衔接关系为： ①________________________________________________ ②________________________________________________ 2．转像系统分____________________和___________________两大类， 其作用是：_________________________________________ 3．一学生带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_________________。 4．光通过光学系统时能量的损失主要有：________________________, 题2-4图 题2-5图 题2-6图
________________________和_______________________。 5．激光束聚焦要求用焦距较________的透镜，准直要用焦距较________的透镜。 四．计算题：（共60分） 1．一透镜焦距mm f 30'=，如在其前边放置一个x 6-=Γ的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位 置和焦距，并画出光路图。（10分） 2．已知mm r 201=，mm r 202-=的双凸透镜，置于空气中。物A 位于第一球面前mm 50处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B 位于第一球面前mm 5，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n 。（20分） 3．已知物镜焦距为mm 500，相对孔径101 ，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为 mm 400，物镜最后一面到像平面的距离为mm 300。 （1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8分） （2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为mm 2，求望远镜的视觉放大率；（4分） （3）求目镜的焦距、放大率；（4分） （4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6分） （5）望远镜的分辨率；（2分） （6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（2分） （7）画出光路图。（4分） 工程光学（上）期末考试参考答案 一． 简答题：（共12分，每题3分） 1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距'f 、相对孔径'/f D 和视场角ω2。焦距影响成像的大小，相对 孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？
波面：某一瞬间光波动传播所到达的曲面 光线：能够传输能量的几何线 光束：和波面对应的法线束 基本定律：光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射与折射定律 实物（像）：实际光线相交形成。可由人眼或接收器所接收。 虚物（像）：光线的延长线相交形成，只可以被人眼观察 完善成像条件：入射波面是球面波，出射波面也是球面波；入射光是同心光束，出射光也是同心光束；物点及其像点之间任意两条光路的光程相等 近轴方程：薄透镜： 无焦系统： 垂轴放大率： 轴向放大率： 角放大率 拉赫不变量 典型光线：平行于光轴入射的光线经过系统后过像方焦点；过物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴；倾斜于光轴入射的平行光束，经过系统后会交于像方焦平面上的一点；自物方焦平面上一点发出的光束，经系统后成倾斜于光轴的平行光束；过节点的光线相互平行 近轴理论为基础，建立起理想光学系统模型，便于分析光学系统的成像性质和规律。近轴区成完善像, 但成像范围小,光束宽度小,能量小。实际光学系统，对具有一定大小的物（视场）以宽光束（孔径）成像，成像有缺陷 光学设计的概念：根据仪器的技术参数和要求，考虑和拟定光学系统的整体方案，并计算其中各个具有独立功能的组成部分的光学参数——选择并确定各组成部分的结构型式，查取或计算其初始结构参数（半径、厚度、间隔、材料等）——逐次修改结构参数，使像差得到最佳的校正和平衡——对设计结构进行评价 光学系统设计过程：1、外形尺寸计算 2、初始结构的计算和选择 3、像差校正和平衡 4、像质评价 5、绘制光学系统图、部件图和零件图 6、编写设计说明书 进行技术答辩 国内外光学设计软件：SOD88；Zemax,CODE V,OSLO,LightTools,ASAP,TracePro 孔径选择：Entrance Pupil Diameter(EPD): 入瞳直径（物体位于无限远时）Image Space F/#: 像方F 数（f/D,只用于物距无穷远）；Object Space Numerical Aperture ：物方数值孔径nsin θ（有限物距）；Float by Stop Size ：由光阑决定入瞳大小；Paraxial working F/#: 近轴F 数，忽略像差；Object Cone Angle:物方锥角（轴上物点发出的边缘光线的半角），最大可以达到90度（物在有限远） 视场类型：Angle: 设定物方视场主光线与光轴的夹角，多用于无限共轭平行光条件下。 Object height:设定被成像物体的尺寸大小，用在有限共轭系统。Paraxial Image height:近轴像高。使用近轴光束定义系统成像的像面大小。用于需要固定像大小的设计中，使用近轴方法计算，忽略系统畸变影响，适用于视场角度较小的系统。 Real image height: 实际像高。使用实际光线计算，考虑畸变大小，适用于大视场广角系统。Zemax 计算慢。 曲率求解: Marginal ray angle ：控制边缘光线的角度 Chief ray angle ：控制主光线的角度 Marginal ray normal ：使光学面与近轴边缘的光线垂直，可产生没有球差或慧差的光学面 Chief ray normal ：使光学面与近轴主光线垂直，可产生不具慧差，像散或畸变的光线 Alplanatic ：可产生没有球差，慧差，像散的等光程光学面 Pick up ：使光学面的曲率随所指定面的曲率而改变Element power ：可控制指定镜片的光焦度，也可控制有效焦距，设于第二面 Concentric with surface ：控制曲率使曲率中心落于指定面上Concentric with radius ：控制曲率使曲率中心与指定面的曲率中心在同一点 F/#：控制曲率，控制有效焦距，设于第二面 厚度求解：Marginal ray height ：控制近轴边缘光线在像面上的高度，Pupil zone 在正负1之间 Chief ray height: 控制近轴主光线高度 Edge thickness ：控制镜片边缘厚度，以免优化过厚或过薄 Pick up ：控制厚度随指定面的厚度变化 Optical path difference ：控制厚度使指定光瞳坐标处光程差维持定值 Position ：控制面至指定面之间的距离保持一定 Compensator ：控制面厚度与参考面厚度之和保持定值 Center of curvature ：控制厚度使后光学面的位置在指定面的曲率中心上 玻璃求解：Model ：用于玻璃优化 Pick up ：随指定面变化 Substitute ：指定玻璃库优化 Offset ：在折射率及Abbe 数上增加一偏移量，用于公差计算 光学系统特性：光学特性（焦距、放大率、物距、像距等）：属于物像几何尺寸共轭关系 成像特性：光学系统所成像的清晰程度以及像与物的相似性。 实际光学系统成像：以一定宽度的光束对一定大小的物体成像，不能成完善像 实际像与理想像之间的差异是像差，是光学系统成像不完善程度的描述 像质评价方法：1、设计阶段----通过计算来评定系统成像质量优劣 2、系统制造完成后-----通过对系统进行实际检验测量来评价成像质量 像差分析方法：几何像差法：以特征光线经过光学系统后出射光线在横向或纵向与理想像的偏差分析像差的方法。以几何光学为基础。优点：计算简单、意义直观 波像差法：以波动光学为基础，以实际波面和理想像的波面的偏差分析像差的方法。波像差是几何像差的综合体现。尤其对于小像差系统，波像差更能反映像质。 球差：轴上物点发出的宽光束经透镜后，不同孔径区域的光束汇聚在光轴的不同位置，在像面上形成弥散斑。轴向球差、垂轴球差、边光球差。 球差是入射高度的函数；球差反映轴上点的像差，与视场无关；球差具有轴对称性。 球差的表示、查看：2D Layout 、点列图、球差曲线、赛德尔像差系数、评价函数操作数、光扇图 球差校正：正负透镜补偿法：实际设计时，常使初级球差与二级球差相补偿，将边缘光的球差校正为零。对边光校正球差时，0.707带光球差最大 非球面校正球差：二次曲面代替球面 无球差的三个位置：L=0,L ’=0; L=L ’=r;L ’=(n+n ’)r/n ’（齐明点、不晕点） 彗差：轴外物点发出的宽光束经系统后失对称，不会聚在一点，而在像面上形成彗星状弥散斑，左右对称，上下失对称 彗差度量：通常用子午面和弧矢面上对称于主光线的各对光线，经系统后的交点相对于主光线的偏离来度量。子午彗差以这对光线与理想像面交点高度的平均值与主光线交点高度之差来表征，弧矢度量以前后光线对与理想像面交点高度的平均值与主光线交点高度之差来表征 彗差的性质：彗差与孔径、视场均有关彗差是轴外点以大孔径成像时的像差，不仅随孔径增大而增大，视场越大，彗差也越大 彗差的校正：1、改变光阑位置2、组合透镜，一般能消除球差的组合，也可以使彗差得到改善3、对称结构光学系统 彗差的表示：2D Layout 、Spot Diagrams 、Ray Fans 、评价函数操作数COMA 、Seidel Aberration 像散：轴外物点发出的锥形光束通过光学系统聚焦后，光斑在像面上子午方向与弧矢方向不一致，子午像点与弧矢像点不重合，即一个物点的成像将被聚焦为子午和弧矢两个焦线，是光学系统在两个方向聚焦能力不同而形成的。子午细光束像点和弧矢细光束像点的轴向距离为像散 像散的校正：调节视场光阑的位置；使用对称结构系统；利用非球面透镜校正 场曲：平面物体通过透镜系统后，所有平面物点聚焦后的像面不与理想像面重合，而是呈现为一个弯曲的像面。每个物点通过系统自身能成一个清晰的像点，但所有像点的集合却是一个曲面 场曲随视场变化，不能用单一视场或某一物点成像光斑来描述，此时光斑图、光扇图等都失去作用 场曲校正：优化光阑位置；对称式光学系统 畸变：实际系统，视场较大时，一对共轭物像平面上的放大率不为常数，将使像相对于物失去相似性，使像变形的缺陷称畸变 畸变是视场的函数，畸变的大小随视场的三次方成正比，视场小的光学系统畸变不显著。正畸变:枕形畸变,垂轴放大率随视场角的增大而增大 负畸变:桶形畸变,垂轴放大率随视场角的增加而减少 畸变的度量：绝对畸变：线畸变 相对畸变：相对于理想像高的绝对畸变，通常用百分率表示 不能用几何光线、也不能通过光斑图或波前图来预测畸变量，只能对所有物点进行光线追迹得到像面高度，作为最终评价畸变量的大小 畸变的校正：全对称系统（结构对称，物像对称）不产生畸变 单色像差：球差：轴上点像差，与孔径有关。彗差：轴外点、宽光束，失对称，光线对与主光线不能会聚。场曲（像面弯曲）：无法在平直像平面上获得中心与四周都清晰的像。像散：轴外点、细光束，光线对称，光线对与主光线能够会聚，但子午与弧矢光束会聚点位置不同。畸变：轴外，像、物不相似，但不影响像的清晰度 多种像差共存：物点在主轴上时，其它像差都不出现，只有球差单独出现。光束愈宽，球差愈显著；物点与主轴间距离不大时，除球差仍将出现外，彗差将显著，光束即使不太宽，彗差还可能比球差显著；物点与主轴间距离较大而光束很细窄时，像散将最为显著，因为对于狭窄的光束，球差和彗差都不显著；像面弯曲和畸变，仅在物面特别大时才比较显著，如果光束是细窄的，那么此时像面弯曲和畸变相对说来都将不再重要 色差：对白光成像的光学系统，由于材料对不同色光的折射率不同，使各色光线具有不同的成像位置和倍率。 位置色差（轴向色差）：波长不同，折射率不同，焦距不同。像面上呈现彩色弥散斑。 像差曲线：①各单色光的球差随孔径的变化②位置色差随孔径的变化③球差随色光的变化（色球差）④二级光谱 倍率色差（垂轴色差）：λ变——n 变——β变——y'变 度量：F 光、C 光主光线在D 光的理想像面上的交点高度之差 缺陷：物体的像有彩色的边缘，破坏了轴外点的清晰度，造成像的模糊，在大视场下尤为严重 色差校正：单透镜本身不能消色差，校正色差必须采用正负透镜组合 色光焦点漂移曲线：双胶合透镜在两波长处焦点位置重合，色差得到校正 波象差：根据光的波动性来描述实际波面和理想波面的偏差 瑞利判据：实际波面与理想波面之间的最大波像差不超过λ/4时， 此实际波面可看作是无缺陷的 缺点：只考虑波像差的最大允许公差，没有考虑缺陷部分在整个波面面积中所占比重（局部气泡、划痕等） 中心点亮度（斯特列尔比）：无像差系统：高斯像面上像点中心有最大光强度 存在像差：像点光强度分布发生变化，中心光强降低，光能量向周围扩散 中心点亮度:系统存在像差时成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比，记作斯特列尔比(>=0.8，成像完善) 调制传递函数MTF ：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。能反映物体不同空间频率成分的传递能力。一般来说，高频部分是反映物体的细节传递情况，中频部分是反映物体的层次传递情况，而低频部分则是反映物体的轮廓传递情况。MTF 曲线所围面积越大，表明光学系统所传递的信息量越多，成像质量越好，图像越清晰。 系统制造完成后实测像质：星点检验：类似点列图考察一个点光源（星点）经系统所成的像及像面前、后不同截面衍射图形的光强变化及分布，定性地评价光学系统的成像质量。一般使用带有微孔的星点板 波面测量：波像差。各种干涉系统结构+图像传感技术+计算机技术 光学传递函数测量：光栅法；针孔法 分辨率测量：分辨率：光学系统能够分辨物体细节的能力。如果一个点光源的爱里斑中心刚好和邻近的另一个点光源的爱里斑边缘相重合，则这两个点光源被认为是刚刚可以被分辨——瑞利判据 分辨本领：望远镜： 显微镜： 照相机物镜： ??? ??+='sin 'sin 1'U I r L ''I I U U -+=φh nu u n =-''i i i i d u h h '1-=+11'+=i u h EFL 11'++=i i u h BFL 2121φφφφφd -+=l l '=β()()211C C n --=φ2βα=γ1=J y u n nuy =='''D λ?22.1=θλsin 61.0?=?n y ()D f y /22.1''λ=?
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域
三片式物镜的设计 小组成员： 执笔人：
1.设计任务的具体指标及其要求 35mm相机胶片50mm焦距F/3.5 玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm 空气间隔最小2mm 可见光波段光阑位于中间透镜各透镜所用材料SK4---F2----SK4 2.入瞳直径的设定 点击Gen打开General窗口，在General系统通用数据对话框中设置孔径。在孔径类型中选择Image Space F/#，并根据设计要求在Aperture Value中输入3.5.
3.视场的设定 由于使用35mm相机胶片，其规格尺寸为36mm*24mm，Zemax中一般使用圆形像面，因此该矩形像面的外接圆半径经计算为21.7mm，0.707像高的视场高度为15.3mm。 点击Fie打开Field Data窗口，设置三个视场分别为0mm、15.3mm、21.7mm。
4.工作波长的设定 选择可见光波段，点击Wav按钮，设置Select-F，d，C（Visible），自动输入三个特征波长。
5.评价函数的选择 执行命令Editors----Mreit Function打开Mreit Function Editor编辑窗口，在Mreit Function Editor编辑窗口中执行命令Tools---Default Merit Function，打开默认评价函数对话窗口，选择RMS---Spot Radius--Centroid评价方法，并将厚度边界条件设置为玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm，空气间隔最小2mm。
6.系统的透镜参数设定 在Lens Data Editor中输入部分初始结构，设置中间透镜为光阑，设置各透镜所用玻璃材料类型。 因为此时的焦距为49.7684
11年上机题 1. 【问题描述】 孪生数定义：如果 A 的约数（因数，包含1，但不包含A本身）之和等于 B ，B 的约数（因数）之和等于 A ， A 和 B 称为孪生数（A和B不相等）。试找出正整数 M 和 N 之间的孪生数。 【输入形式】 从控制台输入两个正整数M和N（1<=M 工程光学实验报告 最小偏向角法测棱镜折射率 1.测量原理 从几何光学可知，棱镜的玻璃折射率n与棱镜顶角A及最小偏向角之间有如下的关系： 在不同波长的单色光照明下，在分光仪上测得A和，即可利用上式求得 不同波长的玻璃折射率。 2.实验仪器设备 ①分光仪：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理进行角度测量的仪器。它主要由下列几个部分组成：自准直望远镜，平行光管，载物台，度盘和游标盘。望远镜通过支臂与度盘固定在一起，组成仪器的照准部。它与游标盘和棱镜台可分别绕度盘的垂直轴旋转，转过的角度由游标盘和度盘读出（游标精度为1’，度盘每格值为30’），每次读数要在对径方向上二个游标上读数，然后取其平均值，这样可消除度盘的偏心误差，且要在度盘的三个不同位置上读数，以消除度盘的刻度误差，轴的晃动误差等，仪器上各运动部分备有锁紧、微动和调整装置的螺钉。 ②光源： a.用钠光灯作照明光源测量D光折射率，钠光谱线λ=0.6328μ。 b.自准直望远镜照明光源为6.3伏白炽灯及变压器。 3.实验步骤 第一步：调整： ①接上光源b； ②目镜调焦； ③望远镜调焦，用自准直法将目镜分划板正确地调焦在物镜焦面上，即使望远镜物镜对无穷远调焦； a.粗调望远镜光轴，使其位置适中（通过上、下、左、右调节螺钉）； b.棱镜台上放一平行平板玻璃，工作面正对望远镜，观察目镜分划板上 十字丝与反射回来的像是否同时清晰，若不同时清晰，则移动目镜镜管，直至同时清晰为目。 ④使望远镜瞄准轴与度盘轴相互垂直； 当用平行平板使望远镜调焦无穷远时，则锁紧螺钉6，使棱镜台与游标盘连在一起，通过目镜观察分划板上十字丝和其反射像水平线是否精确对称，若不对称则用半修法校正（即不对称量由望远镜和棱镜台各负责校正一半），它可通过调整螺钉达到，然后将棱镜台连同游标盘带平行平板转过去180 2009级基础物理实验期末试题 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、不确定度在可修正的系统误差修正以后，将余下的全部误差按产生原因及计算方法不同分为两类，其中 B 属于A类分量。 A、由测量仪器产生的的误差分析 B、同一条件下的多次测量值按统计方法计算的误差分量 C、由环境产生的误差分析 D、由测量条件产生的误差分量 2、下列说法中 C 是正确的。 A、在给定的实验条件下，系统误差和随机误差可以相互转化 B、当测量条件改变后，系统误差的大小和符号不随之变化 C、随机误差可以通过多次重复测量发现 D、一组测量数据中，出现异常的值即为粗大误差 5、已知()，下列公式中 B 是正确的。A、 B、 C、 D、 7、用千分尺（精度0、01mm）测某金属片厚度d的结果为 i 1 2 3 4 5 6 7 1.516 1.519 1.514 1.522 1.523 1.513 1.517 则测量结果应表述为d D_Dd_______ A、(1.518D_Dd__________????___________ C、(1.518D_Dd__________ (1.518_____ 8.tg45°1′有 B 位有效数字 A、6 B、5 C、4 D、3 9、对y=a+bx的线性函数，利用图解法求b时，正确的求解方法是 C 。 A、b=tg B、b=（、为任选两个测点的坐标值之差） C、b=（、为在所作直线上任选两个分得较远的点的坐标值之差） D、b=（x、y为所作直线上任选一点的坐标） 10、用量程为500mV的5级电压表测电压，下列测量记录中哪个是正确的？ D A、250.43mV B、250.4mV C、250mV D、0.25V 二、填空题（每题3分，共15分） 11、已被确切掌握了其大小和符号的系统误差成为可定系统误差。 12、已知某地的重力加速度值为9.794，甲、乙、丙三人测量的结果分别为：9.795?^，9.811?^，9.791?^，试比较他们测量的精密度、正确度和准确度。甲测量的精密度低，正确度高；乙测量的正确度最低；丙测量的准确度最高。 13、如图所示，游标卡尺的读数为10.830 （cm），该游标的仪 《光学软件课程设计》教学大纲 适用专业：光电、通信工程、电子信息工程专业 （学分：1学分，学时：20学时） 一、课程的性质和任务 光学软件课程设计是在学习工程光学，光学等基础课程的基础上，基于光学软件进行光学系统的设计，让学生了解光学设计中的主要环节，掌握光学系统的设计、开发的基本方法，以便今后从事光学仪器的设计、研发工作。 通过光学软件课程设计,以求达到如下目的： 1）要求综合运用工程光学课程中所学到的理论知识，独立完成一个设计课题。 2）通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 3）培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程的教学内容 题目1：双高斯物镜的优化设计 设计一组双高斯物镜镜头，镜头的技术指标要求如下： 1、焦距：f’=40mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2 ； 3、视场 5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>35% @100 lp/mm，轴外0.707 >25%@100 lp/mm。 7、校正球差、色差、场曲、像散。 在满足前面要求的前提下，尽可能减少镜头的片数，在相同的结构情况下，MTF值越高越好。 题目2：摄影物镜的优化设计 镜头的技术指标要求如下 1、焦距：f’=12mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2.8； 3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm； 4、后工作距>6mm 5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。 7、最大畸变<1% 在满足前面要求的前提下，尽可能减少镜头的片数，在相同的结构情况下，MTF值越高越好。 三、课程的教学基本要求 1)要独立完成设计任务，通过课程设计，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并 初步掌握镜头优化设计的方法和步骤。 2)学会查阅资料和手册,根据我们的设计目标，选择合适的初始结构。 3)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、公差以及报表集中在一起，学生可以运用是ZEMAX进行镜头的优化设计，并对设计的镜头系统进行像质评价。 4)学会进行镜头优化设计及像差分析，并得出像质评价报告。 5)能够写出完整的课程设计总结报告。 四、课程的学时分配 教学内容进度 布置任务，仿真软件介绍第一周 学习ZEMAX像差控制和优化方法第一周 查询资料，确定初始结构，并进行优化设计第二周 验收设计结果第三周 验收课程设计报告第四周 五、实践性教学环节（含实验、设计、实习等）的内容安排及要求 （1）设计报告需包含：设计要求、初始结构选择与分析、像差校正、评价函数的设置、优化方法的选择、像差结果分析与评价报告、总结与体会、参考文献和辅助软件。 ①说明设计题目及要求。 ②对题目进行剖析并选择合适的初始结构。 ③对初始结构的像差结果进行分析，与我们设计目标进行比较。 ④根据选择的初始结构，进行像差控制和优化设计 ⑤对设计优化结果给出像质评价报告并与我们的设计目标进行比较。 ⑥写出自己在仿真的过程中遇到的问题、如何排除故障以及仿真结果。 2015. 机试两道题矩阵+字符串（60+40），后来我在论坛中看到往年机试也是这样的形式，连题型都相同。 1.矩阵 输入 开始数字和矩阵大小如1 3 输出 1 2 5 4 3 6 9 8 7 2.字符串替换，这是个比较常见的题了 将原始字符串中所有应替换字符串替换为目标字符串 2014. 第一题，阶乘数。 输入一个正整数，输出时，先输出这个数本身，跟着一个逗号，再输出这个数的各位数字的阶乘和，等号， 阶乘和的计算结果，并判断阶乘和是否等于原数，如果相等输出Yes，否则输出N o。题目说明输入的正整数 以及其各位阶乘和都不会超出int型的表示范围。 输入样例1： 145 输出样例1： 145,1!+4!+5!=145 Yes 输入样例2： 1400 输出样例2： 1400,1!+4!+0!+0!=27 No 第二题，五子棋。 输入一个19*19的矩阵，只包含数字0、1、2，表示两人下五子棋的棋牌状态，1、2分别表示两人的棋子，0表示空格。 要求判断当前状态下是否有人获胜（横向、竖向或者斜线方向连成5个同色棋子）。题目说明输入样例保证每条线上至多 只有连续5个同色棋子，并且保证至多只有1人获胜。如果有人获胜，输出获胜者（1或2）加一个冒号，接着输出获胜的 五连珠的第一个棋子的坐标，从上到下从左到右序号最小的为第一个，序号从1开始编号。如果无人获胜，输出no。 2011. 2013. 1. 给定两个元素个数不超过20的整数数组a和b，要求将a和b合并成一个新数组。合并规则：如果一个元素在两个数组中同时出现，则需在合并后的数组中去掉该元素；对于只在一个数组中重复出现的元素，合并后只保留一个。合并后按照从小到大的顺序将新数组输出（测试数据保证不会出现合并后无数据的情况）。 实验一物镜焦距、截距的测定 一、实验目的 掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法 二、实验内容 掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。 三、实验原理 测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。 图1－1焦距截距的测定原理图 其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。 从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出： w=w` （1－1） 这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。 利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下 （1－2） 式中：β――――――测量显微镜放大倍数 四、实验设备 焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜） 焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。 教材教参 一、课外补充书籍目录 1、TB133/S38 1987 工程光度学与辐射度学(美)斯廷森(Scimson,A.)著刁永言等译 2、TB133/F25 1991 工程光学Engineering optics (加)利兹卡(Lizuka,Kelgo)著胡淑琴等译 3、TB133/Z47 1988 工程光学张凤林,孙学珠主编 4、XX(356923.1) 1999 工程光学郁道银，谈恒英主编 5、K6491753 2003 工程光学李林、林家明等编著 6、TH74/X65 1988 工程光学基础徐家骅主编 7、TH74/X65=2 1994 工程光学基础徐家骅主编 8、102-1511 2003 工程光学基础：高等学校适用教材曹俊卿主编 9、TB133/Z55 1980 工程光学情报年会文集中国光学学会情报专业委员会工程光学分组[编辑] 10、K6471235 2003 工程光学设计萧泽新编著 11、TB133/L36 1987 工程光学系统设计林大键著 12、TB133/W66 1983 工程光学原理王其祥著 13、K6511139 2003 工程前沿美国国家工程院“工程前沿学术研讨会”1999年及2000年会议文集中国工程院译 14、TH74/S73 1979 工业光学史雷德尔(Schroder,G.)著陈诗勤译 15、TH74/M57 1979 工业上的光学配置( )麦格拉埃(Mcgrac,J.D.)著蒲慕明等译 16、[K]76.6/K1 1990 光电工程= Opto-Electronic Engineering 中国光学学会光电技术专业委员会, 中国科学院光电所林祥棣主编 17、TB133/F78 1988 光学的近代主题(法)M.弗朗松著徐森禄译工程光学实验报告
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