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光学工程知识点总结1. 光学基础知识光学是物理学中研究光及其相互作用的科学。
在光学领域，我们需要了解光的传播规律、光的波动性质、光的折射、反射、散射等基本知识。
光学的基础知识为光学工程师设计光学系统提供了理论基础。
2. 光学系统设计光学系统设计是光学工程的核心内容之一。
光学系统通常包括光源、透镜、反射镜、光栅等光学元件，以及对光进行探测和分析的部件。
光学系统设计需要考虑光学元件的性能参数、光路的布局、系统成像质量等因素，以实现特定的光学功能。
3. 光学材料光学材料是构成光学系统的重要组成部分。
不同的应用领域对光学材料的性能要求各不相同。
光学材料通常需要具有良好的透明性、高折射率、低散射率等特点，以适应不同的光学系统设计需求。
4. 光学器件制造技术光学器件制造技术是光学工程的重要组成部分。
光学器件通常需要具有高精度、高表面质量和良好的光学性能。
常见的光学器件制造技术包括光学表面精加工、光学薄膜涂覆、光学玻璃加工等。
5. 光学系统测试光学系统测试是保证光学系统性能的重要手段。
光学系统测试需要考虑光学成像、光学畸变、光学材料特性等问题，以验证系统设计和制造过程中的各项性能指标是否符合要求。
6. 光学工程应用光学工程在各个领域都有广泛的应用。
例如，光学通信系统是当今信息传输中最主要的传输方式，光学显微镜在生物科学中有重要的应用，激光技术在材料加工、医疗治疗等领域也有重要应用。
总的来说，光学工程是一门重要的交叉学科，它涉及了光学原理、材料科学、光学器件制造技术等多个领域。
光学工程的发展为现代科技领域的发展提供了重要支撑，也为人类社会的发展带来了诸多便利。
希望本文的介绍能够让读者更好地了解光学工程的相关知识，对此领域有更深入的认识。
考研工程光学知识点归纳工程光学是光学工程领域的一个重要分支，它主要研究光学系统的设计、制造和应用。
以下是考研工程光学的一些关键知识点归纳：一、光的波动性质- 光波的基本概念：波长、频率、速度。
- 光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉。
- 光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅。
- 光的偏振现象：偏振原理、偏振器、偏振的应用。
二、光学成像理论- 几何光学基本原理：光线、光路、成像。
- 光学系统的分类：透镜、反射镜、折射镜。
- 薄透镜公式：焦距、物距、像距的关系。
- 光学系统的像差：球差、色差、像散、场曲、畸变。
三、光学仪器设计- 光学系统设计原则：分辨率、景深、视场。
- 光学系统性能评价：MTF（调制传递函数）、PSF（点扩散函数）。
- 光学系统设计方法：光线追迹、光学设计软件应用。
四、光学材料与元件- 光学材料的特性：折射率、色散、透过率。
- 光学元件的制造：透镜磨制、反射镜镀膜。
- 光学元件的测试：干涉仪、光学测试仪器。
五、现代光学技术- 光纤光学：光纤的传输原理、光纤通信。
- 激光技术：激光的产生、特性、应用。
- 集成光学：光波导、光电子集成技术。
六、光学测量技术- 光学测量原理：干涉测量、衍射测量。
- 光学测量仪器：干涉仪、光谱仪、光学显微镜。
- 光学测量技术的应用：表面粗糙度测量、位移测量。
七、光学系统的应用- 光学成像系统在医疗、科研、工业等领域的应用。
- 光学传感技术在环境监测、智能制造中的应用。
- 光学信息处理技术在图像识别、数据存储中的应用。
结束语：考研工程光学不仅要求对基础理论有深入的理解，还需要掌握光学系统设计、元件制造和应用的实践技能。
通过对这些知识点的系统学习和掌握，可以为未来的科研或工程实践打下坚实的基础。
1＞相对孔径一、相对孔径与数值孔径1.定义（见图1-1）:相对孔径通光口径与焦距之比D//'像方a.为什么用入瞳直径D不用岀瞳直径D' ?若用它到系统后焦点F的距离就不一左是焦距厂。
若用入瞳直径，对于物在无限远的成像系统来说，不管入瞳在什么地方，相对孔径总是D/f o见图b、为什么用sin u不用tan u ?理想光学系统的物像空间不变式：n 0y•tanu=/?‘ • y1 *tanu1考虑到设计汁算方便，采取规格化（归一化）的措施，故采用正弦代替正切。
相应的，显微镜的设计必须满足正弦条件：n * y ・sin u=n,• y1 "sint/D/f \ NA与对准精度、调焦精度.分辨率.光学传递函数密切相关，而且是D/f\NA 越大，对准、调焦精度越髙，分辨率越高，像质越好。
3 •调焦：焦深是对应久/K (K=4~8)波前误差的像点位垃变化量。
望远物镜、照相物镜的焦深表示为：D/f\ NA 越大,调焦精度越高。
望远物镜 照相物镜显微物镜 1.02Z (小a = ---------- (rad) D、0.51心、 △y =——-(也也) NA 5.像质： 星点直径望远、照相物镜：d = 2・44/l ・F显微物镜： d = \22"NA衍射受限系统的光学传递函数:r c 一截至空间频率＜ =— (D —出噬直径，d —出瞳而到像平而的距离) kd对于无限远目标成像，d 可用厂替代，贝IJ ： 1I F见图1-3。
比越大,像质越好。
2.对准：对准误差用Y 、表示。
/min =(% ~ %0加 1.022 % lh . a = -------- 道斯DD/f\ NA 越大，对准越髙。
叽0=(%~处0.512 s = ---------- NA 道斯显微物镜的焦深表示为:"±2%.(心)22OTF(C = _・71图1-3一七汾吉所谓自准直就是利用光学成像原理使物和像都在同一个平而上的方法。
目录第一章基本光学测试技术 (2)第二章光学准直与自准直 (5)第三章光学测角技术 (9)第四章：光学干涉测试技术 (12)第六章：光学系统成像性能评测 (15)第一章 基本光学测试技术• 对准、调焦的定义、目的；对准又称横向对准，是指一个对准目标（？）与比较标志（？）在垂直瞄准轴（？）方向像的重合或置中。
例：打靶、长度度量人眼的对准与未对准：对准的目的：1.瞄准目标（打靶）；2.精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。
调焦又称纵向对准，是指一个目标像（？）与比较标志（？）在瞄准轴（？）方向的重合。
人眼调焦：调焦的目的 ：1.使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度；2.使物体（目标）成像清晰；3.确定物面或其共轭像面的位置——定焦。
121'2'1'P 2'2''•人眼调焦的方法及其误差构成；常见的调焦方法有清晰度法和消视差法。
清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。
调焦误差是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。
消视差法是以眼镜在垂直平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。
误差来源于人眼的对准误差。
（消视差法特点：可将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确度；不受焦深影响）•对准误差、调焦误差的表示方法；对准误差的表示法：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；调焦误差的表示法：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示；•常用的对准方式；常见的对准方式有压线对准，游标对准，夹线对准，叉线对准，狭缝叉线对准或狭缝夹线对准。
•光学系统在对准、调焦中的作用；提高对准、调焦精度，减小对准、调焦误差。
•提高对准精度、调焦精度的途径；使用光学系统进行对准，调焦；光电自动对准、光电自动调焦；•光具座的主要构造；平行光管（准直仪）；带回转工作台的自准直望远镜（前置镜）；透镜夹持器；带目镜测微器的测量显微镜；底座•平行光管的用途、简图；作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。
光学工程师考试科目光学工程师考试科目涵盖了一系列与光学工程学科相关的内容。
以下是一些与光学工程相关的科目及其参考内容：1. 光学基础知识：这一科目主要考查光学的基础理论和基本原理。
考生需要熟悉光学中的光线传播、光的干涉和衍射、光的偏振等基本概念。
参考书籍包括《光学基础》（郭振彪著）、《光学原理》（何金良著）等。
2. 光学仪器与设备：这一科目主要考查光学仪器的原理和性能。
考生需要了解常见的光学仪器，如光学显微镜、光谱仪、激光器等，以及它们的构造及工作原理。
参考书籍包括《光学仪器与设备》（顾汉洸著）、《光学仪器的原理和设计》（琴凯华著）等。
3. 光学系统设计：这一科目主要考查光学系统的设计理论和方法。
考生需要熟悉光学系统的构建过程，包括需求分析、光学设计软件的使用、光学元件的选择和系统优化等。
参考书籍包括《光学系统设计与施工》（王之望著）、《光学系统设计》（高皓著）等。
4. 光学检测与测试：这一科目主要考查光学检测与测试方法的原理和应用。
考生需要了解光学检测技术的常见方法，如干涉测量、散射测量、光谱分析等，以及它们在实际工程中的应用。
参考书籍包括《光学检测技术与方法》（胡乐仁著）、《光学测量技术》（袁蓉新著）等。
5. 光学材料与加工：这一科目主要考查光学材料的性能及其加工工艺。
考生需要了解光学材料的种类、性能、加工方法和应用，以及光学薄膜的制备、光学元件的加工等。
参考书籍包括《光学材料与工程》（郭明祥著）、《光学薄膜技术》（史红星著）等。
6. 光学成像与信息处理：这一科目主要考查光学成像和信息处理的原理和方法。
考生需要了解光学成像系统的构建、成像原理、图像处理技术等，以及光学信息处理的应用领域。
参考书籍包括《光学成像原理与图像处理》（陈炳良著）、《光学信息处理》（李秀英著）等。
除了以上的基础科目外，光学工程师考试中还可能涉及到光学工程应用的相关内容，如激光技术、光纤通信、光学传感等。
对于这些内容，考生可以参考《激光原理与技术》（谢德荣著）、《光纤通信原理与技术》（林正兴著）等相关书籍。
一、实验目的1. 熟悉光学测试技术的基本原理和实验方法。
2. 掌握光学测试仪器的操作技巧和数据处理方法。
3. 通过实验，验证光学测试技术在光学系统中的应用效果。
二、实验原理光学测试技术是利用光学原理和方法对光学系统进行测试和检测的技术。
其主要内容包括：光学元件的测量、光学系统的成像质量测试、光学系统的性能测试等。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 光学测试台- 光学元件（透镜、棱镜等）- 全息干涉仪- 激光器- 光学显微镜- 照相机- 计算机- 数据采集卡2. 实验材料：- 光学元件- 光学系统- 样品四、实验内容及步骤1. 光学元件测量（1）测量透镜的焦距将透镜放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过透镜后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的光斑直径，计算出透镜的焦距。
（2）测量透镜的球差将透镜放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过透镜后产生球差。
通过测量光屏上的球差曲线，计算出透镜的球差。
2. 光学系统成像质量测试（1）测试光学系统的像差将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的像差曲线，计算出光学系统的像差。
（2）测试光学系统的分辨率将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的衍射图样，计算出光学系统的分辨率。
3. 光学系统性能测试（1）测试光学系统的光通量将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的光强分布，计算出光学系统的光通量。
（2）测试光学系统的光谱特性将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光谱仪上。
通过测量光谱仪输出的光谱曲线，计算出光学系统的光谱特性。
五、实验结果与分析1. 光学元件测量结果（1）透镜焦距：f = 200mm（2）透镜球差：C = 0.02mm2. 光学系统成像质量测试结果（1）像差：RMS = 0.01mm（2）分辨率：R = 50lp/mm3. 光学系统性能测试结果（1）光通量：Φ = 80%（2）光谱特性：在可见光范围内，光学系统具有较好的光谱透过率。
卓力特光电仪器（苏州）有限公司光学测试技术几何光学成像实像与虚像实物与虚物各光线本身或其延长线交于同一点的光束，叫同心光束例：从一点光源发出的光束由若干反射面或折射面组成的光学系统，叫光具组例：平面镜（一个反射面）、透镜（两个折射面）以及更复杂的光学仪器以Q为中心的同心光束经光具组的反射或折射后转化为另一以Q’点为中心的同心光束，则光具组使Q成像于Q’。
Q称为物点，Q’称为像点。
实像、虚像如果光束中各光线实际上确是在某点会聚,那么这个会聚点叫做实像.如果光束中各光线是发散的,但反向延长后可以找到光束的顶点,那么这个顶点叫做虚像.实像如果光束中各光线实际上确是在某点会聚,那么这个会聚点叫做实像。
虚像如果光束中各光线是发散的,但反向延长后可以找到光束的顶点,那么这个顶点叫做虚像。
平面镜成像原理由镜前一发光点Q射出的同心光束经镜面反射后成为发散光束，由反射定理，反射线的延长线严格地交于镜面后同一点Q’，像点Q’与物点Q对镜面对称。
眼睛为什么能看到虚像？眼睛是根据射入眼睛的那部分光线的最后方向和发散程度来判断它们发光中心的位置的。
所以当一束成虚像的发散光束射入眼睛后，我们的感觉是它们延长线的交点处似乎真有一个发光点。
实物如果入射的是发散的同心光束光束，则相应的发散中心Q称为实物。
虚物如果入射的是会聚的同心光束光束，则相应的发散中心Q称为虚物。
来自真实的发光点的光束当然不会是会聚的，虚物出现在几个光具组联合成像的问题中。
例：几何光学:薄透镜会聚透镜发散透镜双凸平凸正弯月双凹平凹负弯月几何光学:薄透镜成像的作图法几何光学:高斯公式f x x 111=+′-x x ’F 1F 2光学基础知识几何光学:薄透镜成像的作图法 虚像F2 F1 -x’ -x 发散透镜F1 -x -x’ F2光的偏振光的横波性与五种偏振态光的横波性横波 ——波的振动方向与传播方向垂直 光的偏振 ——光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向 垂直。
光波的这一基本特性称为光的偏振。
光的偏振态 ——在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量 可能有不同的振动状态通常称为光的偏振态。
光的横波性与五种偏振态光的横波性u Atu = A sin(ωt + ϕ 0 )A－－振幅 －－圆频率 t－－时间 0－－初位相光强I = k A2ω f = 2π光的横波性与五种偏振态光的横波性uλ－－光的波长 Atλ =v/ f波长范围 /nm 400 450 450 480 480 510 510 550 550 570 颜色 紫色 蓝色 蓝绿 绿色 黄绿 黄色 橙色 红色u = A sin(ωt + ϕ 0 )570 590 590 630 630 700光的横波性与五种偏振态光的偏振EHυ传播方向光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向垂直。
光波的这一基本特性称为光的偏振。
光的横波性与五种偏振态线偏振光(平面偏振光)透过偏振片的光线中只剩下与其透振方向平行的光叫做线偏振光， 线偏振光 线偏振中振动方向与传播方向构成的平面，叫做振动面。
振动面振动面线偏振光光的横波性与五种偏振态平面偏振光的实现偏振片 当光线射在偏振片的表面上时，振动的光矢量与光轴平行 时可以通过，与光轴垂直时就不能通过。
因此，平行与光 轴的方向称为通光方向或 通光方向 偏振化方向。
偏振化方向光的横波性与五种偏振态平面偏振光的实现当光线射在偏振片的表面上时，振动的光矢量与光轴平行 时可以通过，与光轴垂直时就不能通过。
因此，平行与光 轴的方向称为通光方向或 通光方向 偏振化方向。
偏振化方向光的横波性与五种偏振态自然光入射光中包含了所有方向的横向振动， 光矢量的分布各向均匀，且各方向光振 动的振幅都相同。
具有这种特点的光叫 做自然光。
透射光强度不随偏振 片的转动而变化。
但 光强只有入射光强的 一半。
光的横波性与五种偏振态线偏振光当光波在垂直于传播方向的平面内只在某一方向上振动，且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一平面内，则此种光波称为线偏振光或平面偏振光。
线偏振光的获得与检验P 1 、P 2均为偏振片自然光起偏器P 1检偏器P 2偏振光马吕斯定律I 2=A 22=A 12cos 2 =I 1cos 2 I 1＝A 12I 2＝A 22A 2=A 1cos =0 时A 2=A 1，I 2＝I 1q =90 时A 2=0，I 2=0线偏振光的获得与检验例题如图示，在两块正交偏振片(偏振化方向相互垂直)P 1、P 3之间．插入另一块偏振片P 2，光强为I 0的自然光垂直入射于偏振片P 1，求转动P 2时，透过P 3的光强I 与转角的关系。
透过各偏振片的光振幅矢量如图示，其中α为P 1和P 2的偏振化方向间的夹角。
由于各偏振片只允许和自己的偏振化方向相同的偏振光透过，所以透过各偏振片的光振幅的关系为αP 1P 2P 3A 1A 2A 3Oα=cos 12A A α=αα=⎟⎠⎞⎜⎝⎛α−πα=2sin 21sin cos 2cos cos 1113A A A A α2sin41213I I =α2sin 81203I I =⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=απ2cos 23A A 因而于是光强又由于121I I =所以部分偏振光光的横波性与五种偏振态经常遇到的光，除了自然光和线偏振光外，还有一种偏振状态介于两者之间的光。
minmax minmax I I I I P +−=自然光P ＝0线偏振光P ＝1偏振度最大的光，也叫做全偏振光。
自然光反射和折射后产生部分偏振光自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射时，不仅光的传播方向要改变，而且偏振状态也要发生变化。
一般情况下，反射光和折射光不再是自然光，而是部分偏振光。
在反射光中垂直于入射面的光振动多于平行振动，而在折射光中平行于入射面的光振动多于垂直振动。
“湖光山色”中的“湖光”所以是部分偏振光就是因为光在湖面上经过反射的缘故。
理论和实验都证明，反射光的偏振化程度和入射角有关。
当入射角等于某一特定值i 0时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光。
这个特定的入射角i 0称为起偏振角，或称为布儒斯特角。
起偏振角布儒斯特角只有当自然光的入射角等于布儒斯特角时，反射光才是平面偏振光，对于其他任何入射角，反射光都只是部分偏振光部分偏振光。
空气-玻璃56º空气-石英55º38ˊ当自然光以布儒斯特角入射时，平行于入射面的光振动全部被折射，垂直于入射面的光振动的光强约有85％也被折射，反射的只占15％。
但折射光的偏振度很低，为此可以采用多次折射的方法。
一般激光器中采用布儒斯特角的装置产生偏振光。
圆偏振光左旋偏振光(-)右旋偏振光(+)Look⎪⎩⎪⎨⎧⎟⎠⎞⎜⎝⎛±==2πωωt cos A E t cos A E y x圆偏振光⎪⎩⎪⎨⎧⎟⎠⎞⎜⎝⎛±==2cos cos πωωt A E t A E y x 左旋偏振光(-)右旋偏振光(+)Look椭圆偏振光⎪⎩⎪⎨⎧⎟⎠⎞⎜⎝⎛±==2cos cos 21πωωt A E t A E y x 或()⎩⎨⎧±==δωωt A E tA E yx cos coso 光e 光光轴寻常光线非常光线在晶体内平行于不发生双折射的方向的直线，叫做晶体的光轴。
只有一个光轴的晶体叫单轴晶体两个—双轴晶体光通过单晶体时的双折射现象双折射——同一束入射光折射后分成两束的现象。
光射入各项异性介质（方解石等）中时，折射光分为两束，沿不同的方向进行。
光通过单晶体时的双折射现象均为线偏振光o光e光图示，P为偏振片，C为单轴晶片，与P平行放置，其厚度为d，主折射率为no 和ne，光轴(用平行的虚线表示)平行于晶面，并与P的偏振化方向成夹角α。
()d n n e o −=Δλπϕ2产生椭圆偏振光的原理A o ＝Asin αA e ＝Acos αo 光e 光两束光通过晶片后的位相差为αC P A eA A o O 光程差为()4λ=−=δd n n e o 使o 光、e 光的光程差等于λ/4的晶片，称为1/4波片。
若α＝π/4，则A o ＝A e()πλπϕ=−=Δd n n e o 2o 光、e 光相差为时，相应的光程差为()2λδ=−=d n n e o ()e o n n d −=2λ而晶片厚度使o 光、e 光的光程差等于λ/2的晶片，称为1/2波片。
()e o n n d −=4λ圆偏振光和椭圆偏振光的检验满足一定条件的两束光叠加时，在叠加区域光的强度或明或暗有一稳定的分布。
这种现象称为光的干涉。
波的叠加当光波E1的波峰与光波E 2的波峰重叠，它们的位相相同，则合成波E 的振幅加强。
当光波E1的波峰与光波E 2的波谷重叠，则合成波E的振幅减弱。
偏振光干涉的基本装置A o ＝A 1sin αA e ＝A 1cos αA 2o ＝A o cos α＝A 1sin αcos αA 2e ＝A e sin α＝A 1sin αcos αP 1、P 2正交时：A 2e ＝A 2o两相干偏振光总的位相差为()πλπϕ+−=Δd n n e o 2偏振光干涉（在P 1和P 2正交的情况下）当Δϕ＝2k π，k ＝1,2…或()()212λ−=−k d n n e o Δϕ＝(2k ＋1)π，k ＝1,2…()λk d n n e o =−时，加强；当或时，减弱。
当白光入射时，对各种波长的光来讲，干涉加强和减弱的条件因波长的不同而各不相同。
所以当晶片的厚度一定时，视场将出现一定的色彩，这种现象称为色偏振。
如果这时晶片各处厚度不同，则视场中将出现彩色条纹。
当晶片厚度不均匀时，各处干涉情况不同，则视场中将出现干涉条纹。
