经典光学与天文光学系统

作者: 张思炯著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2020-08

ISBN: 9787030658715

定价: 88.00

分类: 自然科学

天文光学是天文学和光学的交叉学科，是光学理论和技术在天文学领域的重要应用。《经典光学与天文光学系统》立足于经典光学理论基础，着力于阐述广泛应用于天文学中的典型天文光学系统的基本结构和工作原理。内容主要包括以几何光学、波动光学和傅里叶光学为核心的经典光学理论基础，广泛应用于天文观测的光学/红外探测器，天文观测的重要工具――地基天文望远镜及其典型光学系统，克服大气湍流、提高地基天文望远镜成像质量的自适应光学系统，以及提高成像分辨率的天文干涉技术。目录
前言
第1章绪论 1
1.1 光学的发展历程概述 1
1.2 光学理论概述 4
1.2.1 几何光学 4
1.2.2 波动光学 5
1.2.3 量子光学 5
1.3 典型天文光学系统概述 6
1.3.1 光学与红外探测器 6
1.3.2 天文望远镜光学系统 7
1.3.3 自适应光学 8
1.3.4 天文干涉技术 8
第2章经典光学理论基础 10
2.1 几何光学 10
2.1.1 费马原理 10
2.1.2 几何光学基本定律 12
2.1.3 成像的基本概念 15
2.1.4 近轴与理想光学系统 16
2.1.5 理想光学系统的物像关系 19
2.1.6 光阑与光瞳 21
2.1.7 辐射度学与光度学 22
2.1.8 近轴光学的矩阵方法 27
2.1.9 几何像差概述 39
2.2 波动光学 43
2.2.1 光的电磁理论基础 44
2.2.2 标量衍射理论 46
2.2.3 光学系统的分辨本领 53
2.2.4 光波的叠加――群速度和相速度 54
2.2.5 光波的相干性 56
2.3 傅里叶光学概述 70
2.3.1 线性系统及二维傅里叶变换 71
2.3.2 单色平面波的复振幅和空间频率 73
2.3.3 正透镜的相位透过率函数 74
2.3.4 透镜的傅里叶变换特性 75
2.3.5 成像过程的傅里叶变换分析 77
2.3.6 相干成像和振幅传递函数 79
2.3.7 非相干成像和光学传递函数 80
习题 84
参考文献 88
第3章光学/红外探测器 89
3.1 光学 /红外探测器的作用 89
3.2 光学 /红外探测器的类型 91
3.2.1 感光胶片 91
3.2.2 热电探测器 92
3.2.3 光电探测器 94
3.3 半导体光电探测器的物理机制 95
3.3.1 本征半导体 97
3.3.2 非本征半导体 98
3.3.3 PN结的结构和原理 101
3.4 光电探测器的特征参数 103
3.5 光电探测器实例 105
3.5.1 光电探测器的结构和基本探测过程 105
3.5.2 光电发射探测器 107
3.5.3 光电导探测器 109
3.5.4 光伏探测器 110
3.5.5 阵列型光电探测器 112
习题 117
参考文献 118
第4章天文望远镜概述及其典型系统 119
4.1 天文观测与天文望远镜 119
4.1.1 天文观测的需求 119
4.1.2 天文望远镜发展概述 120
4.2 天文光学望远镜的基本类型 124
4.2.1 折射式望远镜 124
4.2.2 反射式望远镜 130
4.2.3 折反射式望远镜 143
4.3 天文光学望远镜实例分析 146
4.3.1 台址环境 147
4.3.2 望远镜结构与参数指标 147
4.3.3 终端仪器 149
习题 151
参考文献 152
第5章自适应光学 153
5.1 大气湍流的光学效应 153
5.1.1 柯尔莫哥洛夫模型 153
5.1.2 大气折射率结构函数 155
5.1.3 大气相位结构函数 157
5.1.4 非等晕效应(anisoplanatic effect)和时效性(temporal effect) 159
5.1.5 波前畸变的泽尼克表达 161
5.1.6 大气湍流对成像的影响 164
5.2 自适应光学系统的工作原理和核心元件 165
5.2.1 自适应光学系统的结构和工作原理 165
5.2.2 自适应光学系统的核心元件 166
5.3 自适应光学系统的设计、分析及性能评价 181
5.3.1 自适应光学系统的设计 181
5.3.2 自适应光学系统的分析 184
5.3.3 自适应光学系统的性能评估 185
5.4 自适应光学系统的类型 185
5.4.1 单共轭自适应光学系统 186
5.4.2 极端自适应光学系统 187
5.4.3 激光导星自适应光学系统 187
5.4.4 多共轭自适应光学系统 189
5.4.5 近地层自适应光学系统 190
5.4.6 多目标自适应光学系统 191
习题 193
参考文献 193
第6章天文中的干涉技术 195
6.1 天文干涉概述 195
6.2 振幅干涉术 197
6.2.1 复相干度 197
6.2.2 迈克耳逊恒星干涉仪 198
6.2.3 长基线光干涉技术及相关技术概述 201
6.3 恒星散斑干涉术和散斑成像技术 204
6.3.1 散斑基本原理 205
6.3.2 散斑传递函数及其性质 208
6.3.3 信噪比 210
6.3.4 散斑全息 210
6.3.5 散斑干涉术的实现 212
6.3.6 散斑成像――相位问题及其解决办法 212
6.4 强度干涉术 215
6.4.1 强度涨落与二阶相干函数 215
6.4.2 强度干涉的物理基础 216
6.4.3 强度干涉的量子解释 217
6.4.4 恒星强度干涉仪 219
习题 222
参考文献 222
索引 224
内容简介:
天文光学是天文学和光学的交叉学科，是光学理论和技术在天文学领域的重要应用。《经典光学与天文光学系统》立足于经典光学理论基础，着力于阐述广泛应用于天文学中的典型天文光学系统的基本结构和工作原理。内容主要包括以几何光学、波动光学和傅里叶光学为核心的经典光学理论基础，广泛应用于天文观测的光学/红外探测器，天文观测的重要工具――地基天文望远镜及其典型光学系统，克服大气湍流、提高地基天文望远镜成像质量的自适应光学系统，以及提高成像分辨率的天文干涉技术。
目录:
目录
前言
第1章绪论 1
1.1 光学的发展历程概述 1
1.2 光学理论概述 4
1.2.1 几何光学 4
1.2.2 波动光学 5
1.2.3 量子光学 5
1.3 典型天文光学系统概述 6
1.3.1 光学与红外探测器 6
1.3.2 天文望远镜光学系统 7
1.3.3 自适应光学 8
1.3.4 天文干涉技术 8
第2章经典光学理论基础 10
2.1 几何光学 10
2.1.1 费马原理 10
2.1.2 几何光学基本定律 12
2.1.3 成像的基本概念 15
2.1.4 近轴与理想光学系统 16
2.1.5 理想光学系统的物像关系 19
2.1.6 光阑与光瞳 21
2.1.7 辐射度学与光度学 22
2.1.8 近轴光学的矩阵方法 27
2.1.9 几何像差概述 39
2.2 波动光学 43
2.2.1 光的电磁理论基础 44
2.2.2 标量衍射理论 46
2.2.3 光学系统的分辨本领 53
2.2.4 光波的叠加――群速度和相速度 54
2.2.5 光波的相干性 56
2.3 傅里叶光学概述 70
2.3.1 线性系统及二维傅里叶变换 71
2.3.2 单色平面波的复振幅和空间频率 73
2.3.3 正透镜的相位透过率函数 74
2.3.4 透镜的傅里叶变换特性 75
2.3.5 成像过程的傅里叶变换分析 77
2.3.6 相干成像和振幅传递函数 79
2.3.7 非相干成像和光学传递函数 80
习题 84
参考文献 88
第3章光学/红外探测器 89
3.1 光学 /红外探测器的作用 89
3.2 光学 /红外探测器的类型 91
3.2.1 感光胶片 91
3.2.2 热电探测器 92
3.2.3 光电探测器 94
3.3 半导体光电探测器的物理机制 95
3.3.1 本征半导体 97
3.3.2 非本征半导体 98
3.3.3 PN结的结构和原理 101
3.4 光电探测器的特征参数 103
3.5 光电探测器实例 105
3.5.1 光电探测器的结构和基本探测过程 105
3.5.2 光电发射探测器 107
3.5.3 光电导探测器 109
3.5.4 光伏探测器 110
3.5.5 阵列型光电探测器 112
习题 117
参考文献 118
第4章天文望远镜概述及其典型系统 119
4.1 天文观测与天文望远镜 119
4.1.1 天文观测的需求 119
4.1.2 天文望远镜发展概述 120
4.2 天文光学望远镜的基本类型 124
4.2.1 折射式望远镜 124
4.2.2 反射式望远镜 130
4.2.3 折反射式望远镜 143
4.3 天文光学望远镜实例分析 146
4.3.1 台址环境 147
4.3.2 望远镜结构与参数指标 147
4.3.3 终端仪器 149
习题 151
参考文献 152
第5章自适应光学 153
5.1 大气湍流的光学效应 153
5.1.1 柯尔莫哥洛夫模型 153
5.1.2 大气折射率结构函数 155
5.1.3 大气相位结构函数 157
5.1.4 非等晕效应(anisoplanatic effect)和时效性(temporal effect) 159
5.1.5 波前畸变的泽尼克表达 161
5.1.6 大气湍流对成像的影响 164
5.2 自适应光学系统的工作原理和核心元件 165
5.2.1 自适应光学系统的结构和工作原理 165
5.2.2 自适应光学系统的核心元件 166
5.3 自适应光学系统的设计、分析及性能评价 181
5.3.1 自适应光学系统的设计 181
5.3.2 自适应光学系统的分析 184
5.3.3 自适应光学系统的性能评估 185
5.4 自适应光学系统的类型 185
5.4.1 单共轭自适应光学系统 186
5.4.2 极端自适应光学系统 187
5.4.3 激光导星自适应光学系统 187
5.4.4 多共轭自适应光学系统 189
5.4.5 近地层自适应光学系统 190
5.4.6 多目标自适应光学系统 191
习题 193
参考文献 193
第6章天文中的干涉技术 195
6.1 天文干涉概述 195
6.2 振幅干涉术 197
6.2.1 复相干度 197
6.2.2 迈克耳逊恒星干涉仪 198
6.2.3 长基线光干涉技术及相关技术概述 201
6.3 恒星散斑干涉术和散斑成像技术 204
6.3.1 散斑基本原理 205
6.3.2 散斑传递函数及其性质 208
6.3.3 信噪比 210
6.3.4 散斑全息 210
6.3.5 散斑干涉术的实现 212
6.3.6 散斑成像――相位问题及其解决办法 212
6.4 强度干涉术 215
6.4.1 强度涨落与二阶相干函数 215
6.4.2 强度干涉的物理基础 216
6.4.3 强度干涉的量子解释 217
6.4.4 恒星强度干涉仪 219
习题 222
参考文献 222
索引 224

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