现代光学cad作业

现代光学设计

——结课总结

光学工程一班陈江坤 学号 2120100556

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。

像质评价方法

一、

几何像差曲线

1、球差曲线：

球差曲线纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差），使用这个曲线图，一要注意球差的大小，二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度，如果单根曲线还可以，但是曲线间距离很大，说明系统的位置色差很严重。

2、轴外细光束像差曲线

这一般是由两个曲线图构成。图中左边的是像散场曲曲线，右边的是畸变，不同颜色表示不同色光，T和S分别表示子午和弧矢量，同色的T和S间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值，左图中几种不同色曲线间距是放大色差值。

3、横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）：

不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线

光学系统设计(二)

一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）

在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。

1．当入瞳在单个折射球面（r?0）的球心右侧时，产生子午彗差是 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 2．假定物位于有限距离处，大小为-y，当入瞳在单正透镜的左侧时，产生畸变的是 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断

3．下列各条件中，描述垂轴小线段完善成像的条件是 ( )。 A.正弦条件 B. 余弦条件 C. 等晕条件 D. 赫歇尔条件 4．边缘光和近轴光色差之差称为 ( ) 。

A.球差 B. 位置色差 C. 二级光谱 D. 色球差 5．下列像差中需要校正二级光谱的是 ( )。 A.低倍显微物镜 B.长焦距平行光管物镜 C.望远物镜 D.照相物镜

6．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相

光学系统设计(一)

一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）

在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。

1．主光线与光轴所确定的平面叫做 ( B)。 A.弧矢平面 B.子午平面 C.焦平面 D.像平面 2．共轴球面系统中，轴上点像差有 ( C )。

A.球差和彗差 B.球差和倍率色差 C.球差和位置色差 D.彗差和倍率色差

3．通常情况下观察像差时，除0视场和边缘视场外，还应注意的一个视场为 ( A )。 A.0.707视场 B.0.5视场 C.0.3视场 D.0.85视场 4．F光边缘光球差与C光边缘光球差之差也等于 ( A ) 。 A.边缘光和近轴光色差之差 B.边缘光和近轴光球差之差 C.F光和C光近轴光球差之差 D. F光和C光近轴光色差之差 5．望远镜的放大率是指 ( D )。 A.垂轴放大率 B.轴向放大率 C.角放大率 D.视觉放大率

6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有(D )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的

光学系统设计(一)

一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）

在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．主光线与光轴所确定的平面叫做 ( B )。 A.弧矢平面 B.子午平面 C.焦平面 D.像平面 2．共轴球面系统中，轴上点像差有 ( C )。

A.球差和彗差 B.球差和倍率色差 C.球差和位置色差 D. 彗差和倍率色差

3．通常情况下观察像差时，除0视场和边缘视场外，还应注意的一个视场为 ( A )。 A.0.707视场 B. 0.5视场 C. 0.3视场 D. 0.85视场 4．F光边缘光球差与C光边缘光球差之差也等于 ( A ) 。 A.边缘光和近轴光色差之差 B. 边缘光和近轴光球差之差 C.F光和C光近轴光球差之差 D. F光和C光近轴光色差之差 5．望远镜的放大率是指 ( D )。 A.垂轴放大率 B.轴向放大率 C.角放大率 D.视觉放大率

6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( D )。 A.球差 B.场曲 C.畸

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

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15-1 全息照相

1948年全息照相术诞生。

全息照相的优点：可以再现物体的立体形象。

普通照相 全息照相 以干涉、衍射为基础的 无透镜摄影，记录物体 所发光波的振幅和位相 （全部光信息）

只记录物体所发 光波的振幅

全息底片没有物体的影像，而是记录了物体所发 光波的全部信息的干涉条纹。

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

一、全息照片的拍摄和再现 1、全息记录 记录物体上各点发出的光波的频率、振幅、位相

分光镜

激光器 物光和参考光在 感光胶片处相干 反射镜 叠加、感光。

反射镜

物光

参考光

振幅不同使条纹变黑程度不同， 相位不同则使条纹的密度、形状各异。

感光胶片

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相位的记录（参考光为平面波）

参考光 物光 d r O D

a

设a、b为某相邻的两条暗纹

dx

x

b

参考光在a、b两处相位相同 物光在a、b两处光程差为

dx

sin x 在底片同一处，来自物体上不同发光点的点，由于它 们的 或r不相同，与参考光形成的干涉条纹间距不同。

sin dx

r

底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各 发光点的位置差别。

光学工程,力学

一、 绪论

本文利用Zmax程序优化设计一个He-Ne激光光束聚焦物镜，它在单色光波长下工作，成像质量要达到衍射受限水平。设计过程中，先用具体的计算结果初步讨论玻璃的选择和透镜片数的考虑，然后选择不同的评价函数，以及不同的初始结构，最终找到多个像质较优的解。

具体设计任务的要求如下： ①焦距f’=60mm； ②相对孔径

D1?； f'2③物距l??，视场角??0?； ④工作波长??0.6328?m；

⑤此镜头只需要消球差，几何弥散圆直径小于0.002mm； ⑥镜头结构尽量简单，争取用两块镜片达到要求。

二、 镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析

1、单片低折射率材料的情况

先看看单片低折射率材料物镜它的像质是什么样的， 选一个普通的K9，折射率n=1.51466 ，利用Zemax程序设计一个焦距f’=60mm，相对孔径

D1?，视场角f'2??0?的激光光束物镜，光阑放在透镜的第一面，入瞳直径为30mm，物镜初始结构

可以由公式

111?(n?1)(?)计算得出，可以取一个对称结构即r1??r2，可以得到f'r1r2物镜半径为61.7592mm。取第一个面半径为变量，第二个面半径用来保证焦距为60mm（图2-1）。评价函数选用“TRAY

一． 填空题

1. 如图所示，假设有两个同相的相干点光源S1和S2，发出波长为?的光．A是它们连线的中垂线上的一点．若在S1与A之间插入厚度为e、折射率为n的薄玻璃片，求两光源发出的光在A点的相位差??＝

________．若已知?＝500 nm，n＝1.5，A点恰为第

四级明纹中心，则e＝_____________nm．(1 nm =10-9 m) 2. 如图所示，两缝S1和S2之间的距离为d，媒质的折 射率为n＝1，平行单色光斜入射到双缝上，入射角为?， ??则屏幕上P处，两相干光的光程差为

?? eS1 nAS2

S1 d S2 r1 r2 P O

__________．

3.一双缝干涉装置，在空气中观察时干涉条纹间距为1.0 mm．若整个装置放

在水中，干涉条纹的间距将为____________________mm．(设水的折射率为4/3) 4. 在双缝干涉实验中，双缝间距为d，双缝到屏的距离为D (D>>d)，测得中央 零级明纹与第五级明之间的距离为x，则入射光的波长为_________________．

二．计算题

1、在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝S1和S2的距离分别为l1 和 S1 l1

练习36 双缝干涉

班级 姓名 学号 一、选择题

1．把双缝干涉实验装置放在折射率为n的水中，两缝间距为d，双缝到屏的距离为D（D>>d），所用单色光在真空中波长为λ，则屏上干涉条纹两相邻明纹之间的距离为：（ ）

（A）

?Dnd （B）

n?D?d?D （C） （D） dnD2nd

2．双缝间距为2 mm，双缝与幕相距300 cm。用波长为6000?的光照射时，幕上干涉条纹的相邻两条纹距离（单位为mm）是（ ）

（A）4.5 （B）0.9 （C）3.12 （D）4.15 （E）5.18

3．在双缝干涉实验中，初级单色光源S到两缝s1s2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中O处。现将光源S向下移动到示意图中的S′位置，则（ ） （A）中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变。 （B）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变。 （C）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大。 （D）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大。 二、填空题

1．在双缝干涉实验中，若使两缝之间的距离增大，则屏幕上干涉条纹间距

线 名姓 封 密 号学东 南 大 学 考 试 卷（B 卷）

课程名称 现代光学基础 考试学期 06-07-2

得分

适用专业

考试形式

考试时间长度

分钟

一选择和填空题(共18题,共36分,每题二分)

1. 一束单色光经过厚度为100.0cm的水层(n=1.3)后,再穿过厚度为10.0cm的玻璃块(n=1.4),其总光程为_____________________。

2. 两相干光的振幅分别为A1和A2，当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度有何变化? ( )

A，增大一倍； B，减小一半； C，增大两倍； D，不变

3. 将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使反射光得到加强，薄膜的厚度最少应为( )

A，λ/4n； B，λ/2n； C，λ/4； D，λ/2。

4. 杨氏双缝实验中，如果光源向上移动，则干涉图样( )

A，向上移动； B，向下移动； C，不动； D，无法断定。

5.．用半波带法研究菲涅耳圆孔衍射时，

线 名姓 封 密 号学东 南 大 学 考 试 卷（B 卷）

课程名称 现代光学基础 考试学期 06-07-2

得分

适用专业

考试形式

考试时间长度

分钟

一选择和填空题(共18题,共36分,每题二分)

1. 一束单色光经过厚度为100.0cm的水层(n=1.3)后,再穿过厚度为10.0cm的玻璃块(n=1.4),其总光程为_____________________。

2. 两相干光的振幅分别为A1和A2，当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度有何变化? ( )

A，增大一倍； B，减小一半； C，增大两倍； D，不变

3. 将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使反射光得到加强，薄膜的厚度最少应为( )

A，λ/4n； B，λ/2n； C，λ/4； D，λ/2。

4. 杨氏双缝实验中，如果光源向上移动，则干涉图样( )

A，向上移动； B，向下移动； C，不动； D，无法断定。

5.．用半波带法研究菲涅耳圆孔衍射时，