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应用光学课件设计例子(学生)

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《应用光学第四章》PPT课件

《应用光学第四章》PPT课件

(c) 别汉棱镜
图〔c〕为别汉棱镜，由于在这种棱镜内光轴转折5次，故在棱镜中 可以折叠很长一局部光路，可用于长焦物镜的转像
双像棱镜
z y
由四块棱镜胶合而成，其 中棱镜Ⅱ和 III的反射面
A1 A2
o
x
镀半透半反的析光膜。当
III
物点A不在光轴上时，那
么双像棱镜输出二个像点
A 1和A 2；而当物点 A移向光轴O时，双像棱
聚于焦点F上
假设M转动 角，那么反射光与光轴成2 角，经物镜L后成像于B
点，设BF = y，物镜焦距为f ，那么
y f tg 2 2 f
又tg
x / a ，上式可写y为 (2 f / a) x K x
K为光学杠杆的放大倍数
B
L
y
2
F a
f
x
4.2双平面镜系统
1.双平面镜成像 由△O1O2M，有
平面反射镜的成像原理
反射镜对虚物成实像
〔3〕镜像：由于对称性，一右手坐标系的物体，其像为左手坐标系。就像照镜 子时，你的右手只能和镜中的“你〞的左手重合一样，这种像称为镜像正对看 (沿zo/z o 看)：y在x左，y 在x 右；
x
x z
O y
O
P
z
y
M
平面镜的镜像
(4〕物体旋转时，其像反方向旋转一样的角度 沿zo/z o 看： y顺时针方向转90 至 x y 逆时针方向转90 至 x 正对xo/x o 看： z顺时针方向转90 至 y，z 逆时针方向转90 至 y
平面镜成像的特点 用矢量形式表示反射镜的反射 单平面镜摆动引起光线方向旋转 平面镜在光路计算中的作用
4.2 双平面镜系统
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4

应用光学课件-PPT

应用光学课件-PPT
4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。

应用光学 ppt课件

应用光学 ppt课件
当光线遇到障碍物时会发生光的衍射现象，从而偏离光线的直线 传播。
衍射
双折射
梯度折射率
2.2 光的独立传播定律
在光相交的区域可能发生叠加，甚至发生干涉。不管是哪一种情 况，在光离开相交区域后，光波继续沿着既定的方向向前传播，该 光波身上找不到其他光波对其产生的任何影响，此现象称为光的独 立传播定律。
1.1.2 电磁波谱
400～760nm
380～760nm 390～780nm
1nm 103 μm 106 mm 109 m
1.1.2 电磁波谱
在电磁波谱里，可见光大约在380～760nm之间，按波长从长到 短依次分别呈现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色。这七种 色光其实分界并不完全准确，因为两种色光之间的界限本身就不明 显，过渡是一种渐进的过程。
色光 红 橙 黄 绿
范围/nm 640-760 600-640 550-600 480-550
色光 蓝 靛 紫
范围/nm 450-480 430-450 380-430
1.1.3 可见光
可见光（Visible light）是波 长大约在380～760nm之间的波 段范围，由于人眼对此波段的 光线敏感，可以引起视网膜的 感光，传递到大脑后，经过大 脑处理后可以分辨出光线的颜 色及与光线相关的物体。
则光的折射定律（Snell law， refraction law of light）可以表示为
1.折射光线也在入射面内； 2.入射角和折射角正弦之比为一个常数，与入射角大小无关。
sin I sin I ' n12
其中为 n12 比例常数
2.4 光的折射定律
海市蜃楼的形成
2.5 光路可逆
光的反射定律和折射定律一个直接的应用就是光路可逆。光在空 间传播时，在光学系统中行进，无外乎有三种情况：

应用光学课程教案设计模板

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课程名称：应用光学授课班级：XX级XX班授课时间：XX课时教学目标：1. 知识目标：（1）使学生掌握应用光学的基本原理和基本概念。

（2）使学生了解光学仪器的工作原理和应用。

（3）使学生具备分析光学问题、解决实际问题的能力。

2. 能力目标：（1）培养学生运用光学原理解决实际问题的能力。

（2）提高学生的实验操作技能和数据分析能力。

（3）培养学生创新思维和团队合作精神。

3. 情感目标：（1）激发学生对光学知识的兴趣，培养学生对科学探索的热情。

（2）培养学生严谨的科学态度和求实的精神。

教学内容：1. 光的传播与折射2. 光的反射与全反射3. 透镜与光学系统4. 光学仪器5. 光的干涉与衍射6. 光谱分析7. 光学信息处理教学过程：一、导入1. 通过生活中的实例，如眼镜、放大镜等，引导学生关注光学现象。

2. 提出问题：光学现象背后的原理是什么？如何应用光学知识解决实际问题？二、新课讲授1. 光的传播与折射- 讲解光的传播规律，介绍折射定律。

- 通过实验演示，使学生观察光的折射现象。

2. 光的反射与全反射- 讲解光的反射规律，介绍全反射现象。

- 通过实验演示，使学生观察光的反射现象。

3. 透镜与光学系统- 讲解透镜的类型和成像规律。

- 通过实验演示，使学生了解透镜成像原理。

4. 光学仪器- 介绍显微镜、望远镜等光学仪器的原理和应用。

- 通过实物展示，使学生了解光学仪器的构造和功能。

5. 光的干涉与衍射- 讲解光的干涉和衍射现象。

- 通过实验演示，使学生观察光的干涉和衍射现象。

6. 光谱分析- 讲解光谱分析的基本原理和应用。

- 通过实验演示，使学生了解光谱分析的过程。

7. 光学信息处理- 介绍光学信息处理的基本原理和应用。

- 通过实验演示，使学生了解光学信息处理的方法。

三、课堂练习1. 课后布置相关习题，巩固所学知识。

2. 组织学生进行小组讨论，分析实际问题，提高解决问题的能力。

四、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，强调重点和难点。

应用光学课程教案模板范文

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课程名称：应用光学授课教师：[教师姓名]授课班级：[班级名称]授课时间：[具体日期]教学目标：1. 知识目标：- 理解和应用光学的基本原理，如光的直线传播、反射、折射、衍射和干涉等。

- 掌握光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）的工作原理和特性。

- 了解光学在日常生活、工业生产和科学研究中的应用。

2. 能力目标：- 能够分析和解决简单的光学问题。

- 培养学生的实验操作能力和数据分析能力。

3. 情感目标：- 激发学生对光学领域的兴趣和好奇心。

- 培养学生的科学探究精神和团队合作意识。

教学内容：1. 光的基本性质2. 透镜和反射镜3. 光的干涉和衍射4. 光学仪器和系统5. 光学在生活中的应用教学过程：一、导入新课（5分钟）- 通过提问或展示光学现象图片，激发学生对光学的好奇心。

- 简要回顾光学的基本概念，如光的直线传播、反射、折射等。

二、讲授新课（40分钟）1. 光的基本性质（10分钟）- 光的直线传播- 光的反射和折射- 光的色散2. 透镜和反射镜（15分钟）- 凸透镜和凹透镜- 平面镜和球面镜- 透镜和反射镜的组合3. 光的干涉和衍射（10分钟）- 光的干涉现象- 光的衍射现象- 干涉和衍射的应用4. 光学仪器和系统（5分钟）- 显微镜- 望远镜- 摄像机5. 光学在生活中的应用（5分钟）- 眼镜- 光纤通信- 光学存储三、课堂练习（10分钟）- 给学生提供一些简单的光学问题，让他们通过计算或实验来解决问题。

四、课堂小结（5分钟）- 回顾本节课的重点内容。

- 强调光学原理在实际应用中的重要性。

五、课后作业（5分钟）- 布置一些课后练习题，巩固学生对光学知识的掌握。

- 布置一些实验报告，让学生了解光学实验的步骤和数据分析方法。

教学资源：- 教科书- 多媒体课件- 光学实验器材- 网络资源教学评价：- 课堂表现：观察学生的参与度和回答问题的情况。

- 作业完成情况：检查学生的作业质量和完成度。

- 实验报告：评估学生的实验操作能力和数据分析能力。

应用光学课程设计例子(学生)

应用光学课程设计例子(学生)

应用光学课程设计一.题目：8倍观察镜的设计 二.设计要求全视场： 2ω=7°； 出瞳直径： d=5mm ； 镜目距： p=20mm ； 鉴别率：α=''6； 渐晕系数： k=0.55；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm ； 棱镜：别汉屋脊棱镜，材料为K10； 目镜：2-28。

三.设计过程 （一）目镜的计算 1.目镜的视场角︒=⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==Γ1451.52'25.3tan 'tan 8tan 'tan ωωωω 2.由于目镜存在负畸变（3%～5%），所以目镜的实际视场角为：︒=⨯=+=7524.5405.11451.52%51'22'）（实际ωω3.目镜的选型：目镜2-28如下图所示：相应的系统参数为：mm f 216.20'=；︒=57'2ω；mm S f 49.4'=；mm d 5=其结构参数如下表所示：4.目镜倒置目镜倒置后的结构参数如下表所示：5.手动追迹光线，求出倒置后的S f’用l 表进行目镜近轴光的追迹，如下表所示： 通过光线追迹得到S f’=18.276mm 6.计算出瞳距p ’望远系统的结构图如图所示：由于孔径光阑是物镜框，则孔径光阑经目镜所成的像为出瞳，则Γ+=⇒Γ=-⇒-=-⇒⎪⎭⎪⎬⎫=-=-='2''2''2''1'22''1')'()'('''f S p f S p f S p f f f xx S p x f x f f f fmmp 803.208216.202760.18'=+= 求得的出瞳距mm p 803.20'=与设计要求mm p 20'=较接近，因此选择的目镜满足要求。

（二）物镜的计算 1.物镜焦距mm f f f f e o eo 728.161216.208''''=⨯=⋅Γ=⇒=Γ2.物镜视场2ω=7° 3.物镜入瞳直径mm d D dDD D 4058'=⨯=⋅Γ=⇒==Γ 4.物镜的相对孔径0432.411''==D f f D o o5.物镜的选型本设计的相对孔径和视场角都不大，可以选择较简单的双胶合物镜结构形式。

应用光学教学课件完整

应用光学教学课件完整
※从上述定律可以得到光线传播的一 个重要原理—光路的可逆性原理。利 用这一原理，可以由物求像，也可以 由像求物。
• 图1-9
※光学系统 的作用之一是对物体成像，因此必须搞 清物像的基本概念和它们的关系。
※物体通过光学系统（光组）成像，光学系统(各 种光学仪器)由一系列光学零件 组成。。
※光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，
全反射现象
当
一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发 生反射和折射现象。
光 由
由公式 n sin I n' sin I ' 可知
光
密
sin I sin I '
介 质
射
即折射光线较入射光线偏离法线
向
光
疏
sin I ' 不可能大于1，此时入射光线将不能射入
另一介质。
按照反射定律在介面上全部被反射回原介质
原点
+
-
原点
※ 原点规定：
（1）曲率半径 r ,以球面顶点O为原点，球
心C在右为正，在左为负。
E
A
C
O +r
E
A
C
-r O
（2）物方截距L 和像方截距L’ 也以顶点O为原点，到光线
与光轴交点，向右为正，向左为负。
E
A
A’
O
C
-L
+L’
E
A
A’
O
C
-L’
-L
（3）球面间隔 d 以前一个球面的顶点为原点， 向右为正，向左为负。
（在折射系统中总为正，在反射和折反系统中才有为负的情况）
O1
O2
+d
O1
O2

《应用光学》课件

《应用光学》课件

超材料与光操控技术在隐身衣、光镊、 光操控机器人等领域具有广泛的应用前 景，如实现物体隐身、微纳粒子的精确
操控等。
目前，超材料与光操控技术的研究重点 在于设计新型超材料、优化光操控效果 、提高操控精度等方面，同时也在探索
其在生物医学、能源等领域的应用。
量子光学与量子信息
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的一门 学科，而量子信息则是利用量子力学原理进行信息处理和 传输的一门技术。
应用光学
目录
CONTENTS
• 应用光学概述 • 光学基础知识 • 光学仪器 • 光学系统设计与优化 • 现代光学技术 • 应用光学前沿研究
01 应用光学概述
应用光学的基本概念
应用光学的基本原理包括光的干涉、衍射、折射、反 射、偏振等，以及光学材料、光学元件和光学系统的 基本知识。
应用光学是研究如何将光学原理和技术应用于实际生 活和工业生产中的一门学科。它涉及到光的产生、传 播、变换、检测和应用，以及光学系统设计、光学仪 器制造和光学信息处理等领域。
光学系统优化算法
优化目标
明确优化的目标，如减小系统像差、提高成像质量或增加光学信 息量等。
优化方法
掌握常用的光学系统优化算法，如梯度优化、遗传算法、粒子群 算法等。
算法实现
具备使用编程语言实现优化算法的能力，如Python、C等。
光学系统性能评估
性能指标
结果分析
ห้องสมุดไป่ตู้
了解光学系统性能的评价指标，如分 辨率、对比度、信噪比等。
光学陀螺仪
利用光的干涉效应感知旋转角度变化，广泛应用于导航、航空、航 天等领域。
全息显示技术
3D全息投影
利用全息技术将三维图像投影到空中，无需佩戴 眼镜或头盔即可观看。
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应用光学课程设计一.题目：8倍观察镜的设计 二.设计要求全视场： 2ω=7°； 出瞳直径： d=5mm ； 镜目距： p=20mm ； 鉴别率：α=''6； 渐晕系数： k=0.55；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm ； 棱镜：别汉屋脊棱镜，材料为K10； 目镜：2-28。

三.设计过程 （一）目镜的计算 1.目镜的视场角︒=⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==Γ1451.52'25.3tan 'tan 8tan 'tan ωωωω 2.由于目镜存在负畸变（3%～5%），所以目镜的实际视场角为：︒=⨯=+=7524.5405.11451.52%51'22'）（实际ωω3.目镜的选型：目镜2-28如下图所示：相应的系统参数为：mm f 216.20'=；︒=57'2ω；mm S f 49.4'=；mm d 5=其结构参数如下表所示：4.目镜倒置目镜倒置后的结构参数如下表所示：5.手动追迹光线，求出倒置后的S f’用l 表进行目镜近轴光的追迹，如下表所示： 通过光线追迹得到S f’=18.276mm 6.计算出瞳距p ’望远系统的结构图如图所示：由于孔径光阑是物镜框，则孔径光阑经目镜所成的像为出瞳，则Γ+=⇒Γ=-⇒-=-⇒⎪⎭⎪⎬⎫=-=-='2''2''2''1'22''1')'()'('''f S p f S p f S p f f f xx S p x f x f f f fmmp 803.208216.202760.18'=+= 求得的出瞳距mm p 803.20'=与设计要求mm p 20'=较接近，因此选择的目镜满足要求。

（二）物镜的计算 1.物镜焦距mm f f f f e o eo 728.161216.208''''=⨯=⋅Γ=⇒=Γ2.物镜视场2ω=7° 3.物镜入瞳直径mm d D dDD D 4058'=⨯=⋅Γ=⇒==Γ 4.物镜的相对孔径0432.411''==D f f D o o5.物镜的选型本设计的相对孔径和视场角都不大，可以选择较简单的双胶合物镜结构形式。

如图所示：（三）分划板的计算 1.分划板直径：分划板放置在物镜的像方焦平面处，如图所示：mm f D o 7834.19728.1615.3tan 2tan 2'=⨯︒⨯=⋅=ω分2.分划板厚度d 分及其公差根据分划板直径D 分=19.7834mm ，查下表得d 分=3±0.5mm 3.鉴别率''6''5.340''140''140<===D α 因此，满足要求。

（四）棱镜的计算 1.棱镜的选型别汉屋脊棱镜，材料为K10，如图所示：D L 155.5=2.棱镜的展开长度155.5=⇒⨯=K D K L 棱3.棱D 的求取，如图所示：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===+=++==⨯-⨯=⋅-=182.51155.5//01370572.09204572.19tan )(200685286.0728.16127834.194055.02tan '1棱棱分棱分D n KD n L d d d a D D f D kD oαα mm 9275.820=⇒棱D由于棱镜需要安装固定，因此棱镜的实际使用棱D 应在求得值基础上适当增大，可取增量2mm ，将值进行规整得：mm D 23=棱，mm d 9407.70=，mm L 702.107=4.求b 值初步确定系统的结构形式如图所示：mm d a f b o 7873.809407.7010728.161'=--=--=四.像差计算望远镜物镜属于小像差系统，因此只考虑球差、正弦差及位置色差。

（一）棱镜初级像差（1）'m u 如图所示：123664.0728.161202tan ''===o mf D u 物 rad u m 12304.004966.7'=︒=⇒（2）z u 如图所示：rad u z 061087.05.3-=︒-=-=ω（3）棱镜的球差mm Lu n n LA m 304.012304.0702.1075182.1215182.1212322'32'=⨯⨯⨯-=-=棱（4）棱镜的正弦差mm y u LA y u Lu n n SC z z m 001877.027834.19061087.0304.0''21'2'32'-=-⨯=⨯=⨯-=棱棱（5）棱镜的位置色差mm n n LL n n L DFCFC 41075.05182.115182.195.58702.1071222'=-⨯=-⨯=⨯=∆νδ棱 （6）拉赫不变量21707.127834.1912304.01'1=⨯⨯==y u n J m（二）物镜初级像差 （1）物镜的球差mm LA LA 304.0'-=-=棱‘物（2）物镜的正弦差mm SC SC 001877.0=-=‘棱’物（3）物镜的位置色差mm L L FC FC 41075.0'-=∆-=∆棱‘物（三）双胶合物镜的结构参数 （1）像差系数球差系数：()009204.0304.012304.012'22'2'1=-⨯⨯⨯-=⨯-=∑物ⅠLA u n S mk正弦差系数：004569.0001877.021707.122'1-=⨯⨯-=⨯-=∑物ⅡSC J S k位置色差系数：()006218.041075.012304.01'22'1=-⨯⨯-=∆⨯-=∑’物ⅠFC m k L u n C （2）规化的P 、W 、C 、0P由于望远系统对无穷远成像，因此有P P =∞，W W =∞()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+-⨯-=+-==⨯=Φ=-=⨯⨯-=Φ==⨯=Φ=∞∞∑∑∑22535.01.024548.085.024334.0)1.0(85.0002514.0728.161/120006218.024548.021707.1728.161/120004569.024334.0728.161/120009204.0222222223434W P P h C C J h S W h S P ⅠⅡⅠ （3）选取玻璃对组合《光学仪器设计手册》第108页有不同的玻璃对组合，选择与0P 值最接近的玻璃对组合作为双胶合的材料。

玻璃对的选择采用内插法如图所示：（至少选择8组）2202121C C P P C C P P --=--)005.0,002.0(002514.0⊂=C①⎪⎩⎪⎨⎧==-==+938.0,005.0053.0,002.0292211P C P C F K002486.0938.0003.0938.0053.00--=---P 11679.00=⇒P②⎪⎩⎪⎨⎧==-==+96.0,005.0012.0,002.0392211P C P C F K002486.096.0003.096.0012.00--=---P 154536.00=⇒P ③⎪⎩⎪⎨⎧====+983.0,005.0032.0,002.0492211P C P C F K002486.0983.0003.0983.0032.00--=--P 194938.00=⇒P ④⎪⎩⎪⎨⎧====+018.1,005.0098.0,002.0592211P C P C F K002486.0018.1003.0018.1098.00--=--P 255626.00=⇒P⑤⎪⎩⎪⎨⎧====+184.1,005.041.0,002.0192211P C P C ZF K002486.0184.1003.0184.141.00--=--P 54261.00=⇒P ⑥⎪⎩⎪⎨⎧====+306.1,005.0637.0,002.0292211P C P C ZF K 002486.0306.1003.0306.1637.00--=--P 75162.00=⇒P⑦⎪⎩⎪⎨⎧====+49.1,005.0977.0,002.0392211P C P C ZF K 002486.049.1003.049.1977.00--=--P 06489.10=⇒P⑧⎪⎩⎪⎨⎧-==-==+014.0,005.0626.1,002.02102211P C P C F K 002486.0014.0003.0014.0626.10-+=-+-P 34981.10-=⇒P 综上，第三组K9+F4求得的0P 值与要求最接近，因此选择该玻璃对作为双胶合物镜的玻璃材料。

（4）玻璃对确定后，记录下该组合所对应的参数量值：1φ、A 、B 、C 、K 、0Q 、0W ⎩⎨⎧==1.645163.19νn K ，⎩⎨⎧==3.366199.14νn F 同样采用内插法，求出C 所对应的1φ、A 、B 、C 、K 、0Q 、0W 值（5）形状系数2498.6439913.44114.2194938.024334.054081.4001--=-±-=-±=∞或A P P Q Q 63785.47057.1079953.024548.054081.4'00-=+-+-=-+=∞K W W Q Q1Q 值选取与'Q 接近的值，即68249.41-=Q66017.4263785.468249.42'1-=--=+=Q Q Q（6）求双胶合各面的曲率半径⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=---⨯-=--+-==-⨯-=+-=-=-=+=797868.016199.1166017.409534.216199.16199.111149355.166017.409534.215163.15163.1156483.266017.409534.221223111112n Q n n Q n n Q φρφρφρ（7）半径缩放⎪⎩⎪⎨⎧-=-==-=-=====mm f r mm f r mm f r o o o 7002.20244526.0728.161056.6356483.2728.1612843.10849355.1728.1613'32'21'1ρρρ （8）手动光线追迹用l 表进行双胶合物镜近轴光的追迹。