应用光学课程设计分析总结

- 1 -光学课程设计报告

光学课程设计报告

-

姓 名: 班 级: 学 号:

1 -

- 2 -光学课程设计报告

目录

光学课程设计任务……………………………………………..3 望远镜物镜外型尺寸计算…………………………………….4 物镜的选型及结构参数的确定………………………………..8 物镜的象差计算及象差容限…………………………………..13 物镜 的象差校正方法…………………………………………14 物镜象差校正结果和象差曲线……………………………….14 目镜的外型尺寸计算………………………………………….21 目镜需校象差和象差容限……………………………………..25 目镜的象差校正方法………………………………………….26 目镜的象差校正结果和象差曲线…………………………….27

望远系统最终结构参数……………………………………34 望远镜系统图………………………………………………37 设计心得…………………………………………………….39

- 2 -

- 3 -光

上 海 电 力 学 院

《应用光学课程设计》课程设计报告

课题名称 课题代码院（系） 专 业 班 级 学 生 指导教师 时 间

应用光学课程设计 132601904

计算机与信息工程学院

2011 /2012 学年第 2学期

一、课程设计目的：

1、 通过本课程的学习，学会使用ZEMAX软件，了解并掌握使用该软件绘制光路原理图和光路优化的方法。

2、同时学会使用该软件设计、绘制以及添加各种元器件的基本技巧、基本

方法和步骤。

二、课程设计要求：

（1） 请建立一个以“学号+姓名”为文件名建立一个文件夹，用来存放所有文

件，报告中的截图采用“学号+姓名”为名。 （2） 绘制光学系统图；绘制优化前后的像差曲线图。 （3） 熟悉ZEMAX软件光学设计的步骤和方法 （4） 熟悉各种像差产生的原因

（5）

《应用光学》课程导学

一、课程构成及学分要求

《应用光学》课程主要由三部分构成：48（64）学时的理论教学（3或4学分）、16学时的实验教学（0.5学分）、为期二周的课程设计（2学分）。

二、学生应具备的前期基本知识

在学习本门课程之前学生应具备前期基本知识：物理光学、大学物理、高等数学、平面几何、立体几何等课程的相关知识。

三、学习方法

1．课前预习、课后复习； 2．独立认真完成课后作业；

3．课堂注意听讲，及时记录课堂笔记； 4．在教材基础上，参看多本辅助教材及习题集。

四、课程学习的主要目标

1．掌握经典的几何光学的理论内容； 2．了解部分像差理论的基本思想；

3．掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法。

五、授课对象

课程适用于光电信息工程专业、测控技术与仪器专业、生物医学工程专业、信息对抗技术专业、探测制导与控制技术专业及其相近专业等，课程面向大学本科学生第五学期开设。

六、教学内容及组织形式

1、理论课程教学内容

《应用光学》课程理论教学内容共计48学时，其内容主要由三部分构成：（1）几何光学

应用光学既是一门理论学科又是一门应用性学科，其研究对像是光。从本质上讲光是电磁波，光的传播就是波面的传播。但仅用波面的观点来讨论光经透

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

一、物镜的外形尺寸计算及选型

已知τ =6，物镜D/1、

求

×f1'=1/4, D=30mm, K=50%, 2w =8。.

f1'，f2'.

＝－

f1'＝4×D＝120mm，τ'f1'/f2'＝6，f2'＝20mm

2、D（出瞳直径）

D'=

D=5mm. τ'3、 4、

视场半径y（视场半径）

'y'＝f1'×tan( w1)=f1'×tan( w1)＝8.3912

目镜视场2w

'tan( w1)'。 2w=45.522 τ=

tan( w1)'5、

目镜的放大率τ目

τ目＝250/f2'＝250/20=12.5×

6、

h=7.5 h1

取a＝15 则有 (

棱镜的通光口径

y'(

近轴光学系统

例1.一厚度为200mm的平行平板玻璃（n=1.5）下面放着一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径为多少？

例2.用费马定理证明光的折射定律和反射定律。

应用光学例题

1

例3.如图有两个平面反射镜，M1、M2夹角为α，今在两反射镜之间有一光线以50°角入射，入射到M1的反射镜上，经M1、M2四次反射后，起反射光线与M1平行，求其夹角α。

例4.设计一个在空气中和某种玻璃之间的单个折射表面构成的光学系统，希望物在空气中离表面15.0cm。实像在玻璃中，离表面45.0cm，放大率为2.0。那么玻璃的折射率应为多少？表面的曲率半径为多少？

例5.直径为100mm的球形玻璃缸，将半面镀银，内有一条鱼在镀银面前25mm处。问缸外的观察者看到几条鱼？位置在何处？相对大小事多少？（水的折射率为4/3)

应用光学例题

2

例6.在一张报纸上放一个平凹透镜，通过镜面看报纸。当平面朝着眼睛时，报纸的虚像在平面下13.3mm处。当凸面朝

应用光学实验

1

实验九 光学玻璃或液体的折射率和

色散测量（临界角法）

一、实验目的

1．掌握用阿贝折光仪测量光学玻璃或液体的折射率和色散的原理和方法。 2．熟悉阿贝折光仪的结构和使用方法。

二、实验原理

所谓临界角法是将被测试样与已知折射率的折射棱镜紧贴在一起（在试样与折射棱镜之间必须加折射液），通过角定与临界光线相对应的出射光线的方向来求得试样折射率的方法。

如图9-1所示，标准棱镜的折射率为nL，被测试样的折射率为n，以掠射方工进入试样的光线，折射后以全反射临界角I0进入标准棱镜，并以?0角出射。显然，为使临界光线折入标准棱镜中，必须满足nL?nO。

由于光线PR与临界光线对应，因此出

图9-1 临界角法测量玻璃 折射率的光学原理图

1-被测样品 2-折射棱镜

射光线只能分布在光线PR的同侧（或者左侧，或者右侧），而PR就是出射光的边界。在用来接收出射光的望远镜视场中，它形成明暗两部分的分界线，瞄准这一分界线，就确定了光线PR的方向，就起到了标定?0的作用。

可以导出

2n?sinAnL?sin2?0?cosAsin?0 (9-1)

式中 n，nL——分别为试样和标准棱镜在测试条

近轴光学系统

例1.一厚度为200mm的平行平板玻璃（n=1.5）下面放着一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径为多少？

例2.用费马定理证明光的折射定律和反射定律。

应用光学例题

1

例3.如图有两个平面反射镜，M1、M2夹角为α，今在两反射镜之间有一光线以50°角入射，入射到M1的反射镜上，经M1、M2四次反射后，起反射光线与M1平行，求其夹角α。

例4.设计一个在空气中和某种玻璃之间的单个折射表面构成的光学系统，希望物在空气中离表面15.0cm。实像在玻璃中，离表面45.0cm，放大率为2.0。那么玻璃的折射率应为多少？表面的曲率半径为多少？

例5.直径为100mm的球形玻璃缸，将半面镀银，内有一条鱼在镀银面前25mm处。问缸外的观察者看到几条鱼？位置在何处？相对大小事多少？（水的折射率为4/3)

应用光学例题

2

例6.在一张报纸上放一个平凹透镜，通过镜面看报纸。当平面朝着眼睛时，报纸的虚像在平面下13.3mm处。当凸面朝

试 题 答 案

2006 ——2007 学年第 1 学期

课程名称：___应用光学______ 使用班级： 电科、光信息2004级 命题系别：__ 光电技术系__ _ 命题人： _____陈锋____________

一、填空题

1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 光路可逆 。

2、发生全反射的条件是 光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中，sinI0=n2/n1 。

3、 光学系统的三种放大率是 垂轴放大率 、 角放大率 、轴向放大率 ，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 一 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 轴上无穷远的物点 。

5、物镜和目镜焦距分别为f物'?2mm和f目'?25mm的显微镜，光学筒长△= 4mm，则该显微镜的视放大率为 －20 ，物镜的垂轴放大率为 －2 ，目镜的视放大率为 10 。 6、某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是 实 (填“实”或“虚”)像。

第二章

P47 1（题目见书）

解：（1）运用大L公式解该问题：对于第一条光线，L1??300,U1??2?时：

sinI1?L1?r1?300?83.220sinU1?sin(?2?)?0.1607,I1?9.2475? r183.220n11sinI1??0.1607?0.0992,I1??5.6936? ?n11.6199sinI1????U1?I1?I1???2??9.2475??5.6936??1.5539?,sinU1??0.0271 U1L1??r1?r1sinI1?0.0992?83.220?83.220??387.8481mm ?sinU10.0271运用转面公式：

L2?L1??d1?387.8481?2?385.8481,U2?U1??1.5539?

sinI2?L2?r2385.8481?26.271sinU2?sin1.5539??0.3709,I2?21.7726? r226.271n21.6199??23.1206? sinI2??0.3709?0.3927,I2?n21.5302??sinI2??U2?I2?I2??1.5539??21.7726??23.1206??0.2059?,sinU2??0.0036

三峡大学2010级光信专业《应用光学》期末考试复习资料

一、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。

解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1)

而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：

(2)

由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .

二、圆柱形玻璃棒（n=1.5）的一端为半径是2cm的凸球面。求1、当棒放置于空气中时，在棒的轴线上距离棒端外8cm处的物点所成像位置；2、将此棒放入水中（n=1.33）,物距不变，像距是多少？

思路：由单球面折射成像公式

nl''?nl?n?nr'，代入已知条件即可求得。

三、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光