《工程光学》王志坚版出版在即，现放上作者前言。

乏味 · *发表于* 2009-10-17 01:01:38

前  言

1925年电视及1960年激光器的问世，开启了现代光学的新时代，光学工程学科集光、机、电为一体，以光学为核心在现代科学技术发展中起着极为重要的作用。
物理光学和几何光学是光学工程学科的专业基础课。物理光学依据光的波动理论，成功地推导出诸如傅立叶光学、光学信息处理、全息术、光学传递函数等现代光学中的公式并在实践中予以验证，因此，在某种意义上讲物理光学是现代光学的理论基础；应用光学是工程化的一门学科分支，给出了理想成像的物像共轭关系，总结出七种几何像差，最后的目的是设计光学系统。
本书是作者多年来从事教学科研工作的体会和总结，为保持系统性和完整性，对有关书及文献中读者可阅读到的内容进行了概括、重点讲述作者的领悟和体会。
梁铨廷教授在最近出版的《物理光学》一书中指出：“菲涅耳衍射问题的定量解决仍然很困难。在许多情况下，需要利用定性和半定量的分析、估算解决问题。在方法上，本书分别介绍菲涅耳波带法和菲涅耳积分方法。”。本书推导出菲涅耳衍射的复振幅和光强解析表达式，并解释了其物理意义。用此表达式可直接计算接收屏上任一点的复振幅和光强，无需用数字积分法计算。为验证该表达式的正确，书中分别对圆孔和圆环衍射与国外有关文献用数字积分法得出的结果进行了对比。
波恩（Born）和沃耳夫（Wolf）在《光学原理》书中说：“了解焦点附近的三维（菲涅耳）光分布状态，对于估计成像系统中接收平面装配公差等特别重要。”本书推导出光学系统像点附近的光强空间分布计算公式，指出像面处是夫琅禾费衍射，像面前后为菲涅耳衍射。并证明瑞利判断和斯托列尔准则是等价的。
对于“傅立叶光学”本书明确指出在菲涅耳——基尔霍夫衍射积分公式中把积分限拓宽到无穷大，即为数字上的傅立叶变换式，从而产生的傅立叶光学。
自从德宁（Durnin）等于1987年发表了无衍射光束（Non-diffraction beams）论文以来，它已成为国际上光学界讨论的热门话题。本书从理论上证明它是在不考虑圆环和透镜衍射的条件下得出来的，并推导了其复振幅表达式。
如果说物理光学促进了现代光学的发展，相对而言应用光学几十年进展不大，其根本原因是光学设计理论没有新的突破，只是由于计算机技术的应用使计算速度加快了许多。人们编制了诸如CODEV和ZEMAX等光学设计软件，使光学设计更为方便。但又走入另一误区，认为光学系统设计是件很容易的事，设计出的光学系统难加工、难装配、成本高、成品率低，甚至无法生产，以至于国际上真正熟练掌握光学设计的人才缺乏。
本书从理论上证明了赛德和数不是单个折射面对整个系统的像差贡献量，只是表征该面本身的像差（波差）。如球差系数SI为波差的8倍，由于波差是转面不变量，所以传统的PW法求解初始结构作为光学设计的基本方法没有出现大的问题。
所谓的PW法，P表征球差，W表征彗差，望远物镜及小倍率显微物镜主要要求校正球差、彗差和位置色差，采用PW法求解初始结构是可以的（位置色差靠冕牌、火石玻璃配对解决）。但是对于大视场、大相对孔径的光学系统，如摄影物镜等这种方法就不适用了。光学设计者往往是根据一百年来人们积累的各种光学系统（即镜头库，有人称为专家系统）按技术要求进行缩放与优化来进行设计。
其实所有的光学系统基本上是由单透镜和双胶合物镜组成的，了解和掌握它们的像差特性及如何把它们优化组合对掌握光学设计技术是非常重要的。本书对单透镜、双胶合物镜乃至三胶合物镜的像差进行了分析，提出了两种新的求解初始结构的方法：波差法和最小偏向角法。若编制出自动程序并和CODEV，ZEMAX优化软件结合可以更为方便地设计光学系统。书中作者将多年来设计的部分典型光学系统贡献出来，希望对读者有所帮助。
本书第十章对激光光束提出了不同见解，明确指出激光谐振腔腔内为驻波场，腔外为行波场，用一个复振幅表达式（所谓的高斯光束）是不合理的。并用多光束衍射干涉推导出圆形平面谐振腔腔外复振幅及光强表达式。
本书第十四章介绍了一些动态光学知识，但受篇幅所限，只给出结论，作者准备出版一本《动态光学》专著，如有可能供读者参阅。
遵循国家标准有关规定，书中用x轴表示光轴，这与有些书有所不同，望读者注意。
为便利读者阅读，书中将四篇重要参考文献作为附录。
本书可作为从事光学、光学工程学科的学生及工程技术人员的参考书。
作者大胆提出了自己的学术观点，可能有不妥和错误之处，敬请读者批评指正。
                                                         作者
                                                      2009.10.01