应用光学 教学课件 作者 刘晨 第10章　现代光学系统.pptx

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1、应用光学第10章　现代光学系统10.1　激光光学系统10.2　光纤光学系统10.3　红外光学系统10.1　激光光学系统10.1.1　激光的高斯光束10.1.2　激光扫描系统和fθ透镜10.1.3　光学信息处理系统和傅里叶变换透镜10.1.1　激光的高斯光束1.高斯光束的特性和传播2.高斯光束的透镜变换1.高斯光束的特性和传播1)波面曲率半径R——从波面顶点到曲率中心，顺光线为正，逆光线为负。2)束腰位置x——从波面顶点到束腰，顺光线为正，逆光线为负。3)注意到ω0和ω都是以平方形式出现，所以无需考虑其符号。1.高斯光束的特性和传播

2、图10-1　高斯光束光强分布1.高斯光束的特性和传播图10-2　光束截面与传播距离关系a)同心光束　b)高斯光束1.高斯光束的特性和传播图10-3　激光束波面2.高斯光束的透镜变换图10-4　高斯光束的透镜变换10.1.2　激光扫描系统和fθ透镜1)像面是平面。2)单色光成像。3)像质要求接近衍射极限。4)整个像面像质要求一致。10.1.2　激光扫描系统和fθ透镜图10-5　激光扫描系统a)后扫描　b)前扫描10.1.3　光学信息处理系统和傅里叶变换透镜1)必须对两对物像共轭位置控制像差。2)需满足正弦条件。3)对称型的应用。4)

3、全视场的像质应达到衍射极限，即波像差小于1/4波长。10.1.3　光学信息处理系统和傅里叶变换透镜图10-6　傅里叶变换透镜构成的空间滤波系统10.2　光纤光学系统10.2.1　阶跃型光纤光学系统10.2.2　梯度折射率光纤光学系统10.2　光纤光学系统图10-7　光纤横截面10.2.1　阶跃型光纤光学系统1.阶跃型光纤的光学性质2.阶跃型光纤束的导光和传像特性3.阶跃型光纤光学系统1.阶跃型光纤的光学性质图10-8　光波在阶跃型光纤子午面内的传播路径2.阶跃型光纤束的导光和传像特性用于传递光能的阶跃型光纤束称为导光束。由于导光束

4、多用于目标的照明，所以光纤束中的光纤在输入端和输出端的排列顺序可以是任意的。为了满足特殊的照明需要，可以将导光束的输入面和输出面的光纤排成不同的截面形状。例如，当点光源照明狭缝时，只需要将输入端的光纤排成圆形，而把输出端排成线状即可。这样可以充分利用光能。用于传递图像信息的光纤束称为传像束，这种光纤束要求输入端与输出端光纤的排列顺序完全相同。用传像束传递图像具有长度和空间不受限制、系统数值孔径大和没有像差等优点，但可存在着由于少数光纤折断造成盲点、景深小以及分辨率受光纤直径限制等不足。3.阶跃型光纤光学系统(1)内窥镜　阶跃型光纤

5、光学系统的典型代表就是内窥镜。(2)光纤面板　光纤面板是由数千万根直径为5～6μm的光导纤维规则排列后加温、加压熔合而成的。(1)内窥镜图10-9　光纤面板式阴极射线管10.2.2　梯度折射率光纤光学系统图10-10　光线在梯度折射率光纤中的路径10.3　红外光学系统10.3.1　概述10.3.2　红外物镜10.3.3　探测器光学系统10.3.4　典型红外系统10.3　红外光学系统图10-11　典型红外系统组成10.3.1　概述1)光学系统大多采用反射式光学系统。2)光学系统的相对孔径大。3)光学系统的接收器是红外探测器。10.3

6、.2　红外物镜1.反射式系统2.折射式系统3.折反射系统1.反射式系统图10-12　几种反射式红外物镜a)牛顿系统　b)格里高利系统　c)卡塞格林系统2.折射式系统图10-13　几种折射式红外物镜3.折反射系统图10-14　几种折反射式红外物镜a)施密特系统　b)曼金折反射系统　c)马克苏托夫系统10.3.3　探测器光学系统1.场镜2.光锥3.浸没透镜1.场镜场镜是一种二次聚焦光学元件，通常置于光学系统的焦平面或其附近。在红外光学系统中，场镜可以扩大系统的视场；同时，场镜能将物镜的出瞳成像在探测器的光敏面上，从而减小探测器的尺寸，

7、并使得整个探测器表面的辐照度均匀，提高系统的信噪比。2.光锥图10-15　光锥结构3.浸没透镜图10-16　浸没透镜10.3.4　典型红外系统1.红外测温仪2.红外跟踪系统3.红外热像仪1.红外测温仪图10-17　一种辐射测温仪的原理框图2.红外跟踪系统图10-18　一种扫描元件跟踪的光学系统结构3.红外热像仪红外热像仪是利用红外探测器将不可见的红外辐射转换成可见图像的装置。由于热像仪对景物自身的辐射成像，所以它可以反映景物的细节和特性。目前，红外热像技术广泛应用于军事上的夜视系统、瞄准系统和制导系统，以及民用上的故障检测、质量监

8、控和疾病诊断等。