Электронный учебник по курсу "Основы оптики"

Конспект лекций опубликован:
Родионов С.А. Основы оптики. Конспект лекций.– СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2000. - 167 с. PDF (2 955 KB)

Экзаменационные билеты, PDF

Программа дисциплины, PDF
Приложение 1 к программе (планирование баллов по неделям), PDF
Приложение 3 к программе (критерии оценивания), PDF

Об авторах
Описание работы с учебником
Введение
1. Описание световых волн
      1.1.Основные свойства световых полей
      1.2. Уравнения Максвелла
      1.3. Математическое описание электромагнитных волн
           1.3.1. Волновые уравнения
           1.3.2. Монохроматическое поле
           1.3.3. Комплексная амплитуда
           1.3.4. Уравнение Гельмгольца
      1.4. Регистрируемые (наблюдаемые) характеристики поля
           1.4.1. Интенсивность поля
           1.4.2. Наблюдаемые величины при сложении полей
           1.4.3. Квазимонохроматическое и полихроматическое поле
           1.4.4. Простейшие монохроматические волны
2. Энергетика световых волн
      2.1. Энергетические единицы и соотношения между ними
           2.1.1. Поток излучения
           2.1.2. Поверхностная плотность потока энергии (освещенность, светимость)
           2.1.3. Сила излучения
           2.1.4. Энергетическая яркость
           2.1.5. Инвариант яркости вдоль луча
           2.1.6. Поглощение света средой
      2.2. Световые величины
           2.2.1. Световые величины
           2.2.2. Связь световых и энергетических величин
           2.2.3. Практические световые величины и их примеры
      2.3. Модели источников излучения
           2.3.1. Плоский ламбертовский излучатель
           2.3.2. Сферический ламбертовский излучатель
      2.4. Поток от излучателей различной формы
           2.4.1. Сферический ламбертовский излучатель
           2.4.2. Плоский ламбертовский излучатель
      2.5. Яркость рассеивающей поверхности
      2.6. Освещенность, создаваемая различными источниками
           2.6.1. Освещенность, создаваемая точечным источником
           2.6.2. Освещенность от протяженного ламбертовского источника
3. Прохождение света через границу раздела двух сред
      3.1. Отражение и преломление света на границе раздела двух сред
           3.1.1. Закон преломления
           3.1.2. Закон отражения
           3.1.3. Полное внутреннее отражение
      3.2. Формулы Френеля. Соотношение между амплитудами падающих, преломленных и отраженных волн
           3.2.1. Формулы Френеля
           3.2.2. Распределение энергии между отраженным и преломленным полями
      3.3. Различные случаи падения и отражения света
           3.3.1. Нормальное падение
           3.3.2. Угол Брюстера
           3.3.3. Просветление оптики. Тонкие пленки
4. Геометрическая оптика
      4.1. Приближение коротких длин волн. Уравнение эйконала
      4.2. Основные понятия геометрической оптики
           4.2.1. Волновой фронт и лучи
           4.2.2. Оптическая длина луча
           4.2.3. Конгруэнция лучей
      4.3. Основные законы геометрической оптики
           4.3.1. Закон независимого распространения лучей
           4.3.2. Закон обратимости
           4.3.3. Закон прямолинейного распространения
           4.3.4. Закон преломления и отражения
           4.3.5. Принцип таутохронизма
           4.3.6. Принцип Ферма
           4.3.7. Закон Малюса-Дюпена
           4.3.8. Инварианты
      4.4. Пучки лучей
           4.4.1. Гомоцентрические пучки лучей
           4.4.2. Негомоцентрические пучки
           4.4.3. Астигматический пучок
      4.5. Перенос поля в приближении геометрической оптики. Пределы применимости геометрической оптики
           4.5.1. Уравнение переноса комплексной амплитуды в приближении геометрической оптики
           4.5.2. Пределы применимости геометрической оптики
5. Геометрическая теория оптических изображений. Идеальные оптические системы
      5.1. Описание оптических систем
           5.1.1. Элементы оптических систем
           5.1.2. Взаимное расположение элементов в оптической системе 
           5.1.3. Предмет и изображение в оптической системе 
      5.2. Теория идеальных оптических систем (параксиальная или гауссова оптика)
           5.2.1. Основные положения
           5.2.2. Линейное, угловое, продольное увеличение
           5.2.3. Кардинальные точки и отрезки
           5.2.4. Построение изображений
      5.3. Основные соотношения параксиальной оптики
           5.3.1. Вывод зависимости между положением и размером предмета и изображения
           5.3.2. Угловое увеличение и узловые точки
           5.3.3. Частные случаи положения предмета и изображения
           5.3.4. Связь продольного увеличения с поперечным и угловым
           5.3.5. Диоптрийное исчисление
           5.3.6. Инвариант Лагранжа-Гельмгольца
6. Матричная теория Гауссовой оптики
      6.1. Преобразование координат лучей оптической системой
           6.1.1. Координаты лучей в пространстве предметов и пространстве изображений
           6.1.2. Преобразование координат оптических лучей
      6.2. Матрица преобразования лучей
           6.2.1. Общий вид матрицы преобразования (ABCD-матрица)
           6.2.2. Геометрический смысл элементов матрицы преобразования
           6.2.3. Виды матриц преобразования
           6.2.4. Матрица одной преломляющей поверхности
           6.2.5. Матрица зеркальной (отражающей) поверхности
      6.3. Матрицы оптической системы, состоящей из нескольких компонентов
           6.3.1. Пакет из плоскопараллельных слоев
           6.3.2. Оптическая система с нулевыми расстояниями между компонентами
           6.3.3. Двухкомпонентная оптическая система
           6.3.4. Расчет параксиальных (нулевых) лучей через оптическую систему
      6.4. Сводная таблица матриц преобразования
7. Реальные оптические системы. Ограничения пучков
      7.1. Реальные (действительные) лучи
           7.1.1. Расчет хода реальных лучей
           7.1.2. Причины «непрохождения» лучей через поверхность
      7.2. Ограничения пучков лучей
           7.2.1. Апертурная диафрагма
           7.2.2. Полевая диафрагма
           7.2.3. Виньетирование
      7.3. Описание предметов, изображений и зрачков
8. Аберрации оптических систем
      8.1. Формы представления аберраций (поперечная, продольная, волновая)
           8.1.1. Общие положения
           8.1.2. Поперечные аберрации
           8.1.3. Волновая аберрация
           8.1.4. Продольные аберрации
      8.2. Монохроматические аберрации
           8.2.1. Разложение волновой аберрации в ряд
           8.2.2. Радиально симметричные аберрации (дефокусировка и сферическая аберрация) 
           8.2.3. Кома
           8.2.4. Астигматизм и кривизна изображения
           8.2.5. Дисторсия
      8.3. Хроматические аберрации
           8.3.1. Хроматизм положения
           8.3.2. Хроматизм увеличения
9. Структура и качество оптического изображения
      9.1. Основные характеристики структуры изображения
           9.1.1. Основные понятия
           9.1.2. Функция рассеяния точки
           9.1.3. Гармонический периодический объект
           9.1.4. Оптическая передаточная функция (ОПФ)
      9.2. Схема формирования оптического изображения
      9.3. Дифракционная структура изображения
           9.3.1. Функция рассеяния точки в случае отсутствия аберраций
           9.3.2. Влияние неравномерности пропускания по зрачку на ФРТ
           9.3.3. Безаберационная ОПФ. Предельная пространственная частота
      9.4. Критерии качества оптического изображения
          9.4.1. Предельная разрешающая способность по Релею
          9.4.2. Разрешающая способность по Фуко
      9.5. Влияние аберраций на ФРТ и ОПФ
           9.5.1. Число Штреля
           9.5.2. Критерий Релея для малых аберраций
           9.5.3. Формула Марешаля. Допуск Марешаля для малых аберраций
           9.5.4. Влияние аберраций на ОПФ. Геометрически-ограниченные и дифракционно-ограниченные оптические системы
Приложения
      Приложение А. Дифференциальные операторы математической теории поля
Литература
Глоссарий