设计高性能光学系统

设计高性能光学系统

本课程是光学工程专项课程的一部分

位教师：Robert McLeod

访问权限由 New York State Department of Labor 提供

7,521 人已注册

5个模块

深入了解一个主题并学习基础知识。

53 条评论

高级设置等级

面向相关领域的从业人员而设计

2 周完成

在 10 小时一周

灵活的计划

自行安排学习进度

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面向相关领域的从业人员而设计

2 周完成

在 10 小时一周

灵活的计划

自行安排学习进度

您将学到什么

描述不同波长如何在系统中传播
制定在各种应用中校正像差和提高光学仪器性能的策略
描述光学像差的性质和影响，尤其是在高角度、非同轴系统中的光学像差

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作业

22 项作业

授课语言：英语（English）

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积累特定领域的专业知识

本课程是光学工程专项课程专项课程的一部分

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向行业专家学习新概念
获得对主题或工具的基础理解
通过实践项目培养工作相关技能
获得可共享的职业证书

该课程共有5个模块

本课程也可以作为 ECEA 5602 的学分，是 CU Boulder 电子工程理学硕士学位的一部分。光学仪器是我们观察世界的方式，从矫正眼镜到医疗内窥镜，从手机摄像头到轨道望远镜。本课程通过对真实透镜及其缺陷的介绍，扩展了您所学到的一阶、准轴系统设计以及光学分辨率和效率方面的知识。我们首先描述不同波长如何在系统中传播，然后介绍高角度、非同轴系统中出现的像差，以及如何纠正这些问题。最后，课程将讨论透镜以外的光学元件，以及高性能光学系统的优秀范例--人眼。分析高性能系统所需的数学工具非常复杂，因此本课程将更加依赖 Zemax 的 OpticStudio。这将使学生能够分析对于本套课程迄今为止介绍的简单分析而言过于复杂的系统。

现在，我们从一阶近似转向实际透镜和不完全光学系统。我们首先描述不同波长如何在系统中传播。

涵盖的内容

15个视频4篇阅读材料2个作业4个讨论话题

15个视频总计41分钟

课程介绍 5分钟
色差简介 2分钟
色差实验室演示 2分钟
阿贝编号 5分钟
棱镜色散 1分钟
镜头色散 1分钟
透镜色散 V 的单色散 2分钟
操作系统中的单子 2分钟
将操作系统中的单字与公式进行比较 2分钟
消色双工简介 3分钟
消色差双色溶液 1分钟
OpticStudio 中的消色差双工器 2分钟
将 OS 中的 Doublet 与公式进行比较 3分钟
如何选择玻璃 6分钟
惠更斯目镜 4分钟

4篇阅读材料总计31分钟

课程更新和无障碍支持 1分钟
非学分制学生：欢迎和帮助 10分钟
课程概览 10分钟
工具和资源 10分钟

2个作业总计140分钟

色差 120分钟
阿贝数字练习 20分钟

4个讨论话题总计40分钟

MATLAB 问题和关切 10分钟
课程目标 10分钟
自我介绍 10分钟
OpticStudio 或 OSLO 中的消色差双工器 10分钟

本模块介绍光学系统中单色像差的多种类型和原因。我们首先介绍造成像差的数学背景，然后介绍一些常见的像差，以便您在自己的系统中识别它们。

涵盖的内容

20个视频6个作业4个讨论话题

20个视频总计74分钟

麦克斯韦条件 3分钟
阿贝正弦条件 6分钟
空气切线条件 4分钟
等效折射面 3分钟
畸变简介 5分钟
射线和波前像差 2分钟
纵向射线像差 2分钟
射线相差多项式 I 3分钟
射线相差多项式 II 3分钟
散焦和放大 4分钟
球面相差实验室演示 6分钟
球差简介 5分钟
球面像差 4分钟
球面波前像差 3分钟
昏迷简介 3分钟
昏迷射线和波前像差 5分钟
散光简介 5分钟
散光射线和波前像差 6分钟
昏迷和散光实验室演示 4分钟
射线偏差摘要 3分钟

6个作业总计180分钟

畸变识别 20分钟
波面和射线像差 90分钟
射线和波前像差练习 20分钟
球差背景 10分钟
昏迷实践 10分钟
散光治疗 30分钟

4个讨论话题总计45分钟

射线像差简介 10分钟
阿贝正弦条件 10分钟
昏迷和散光实验室演示后续活动 10分钟
带有像差的设计 15分钟

本模块继续讨论光学系统中的单色缺陷。我们将介绍场曲和畸变，以便您在自己的系统中识别它们，然后总结三阶像差的原因和影响，以及描述它们的数学工具。

涵盖的内容

13个视频6个作业

13个视频总计42分钟

佩兹瓦尔简介 4分钟
波前误差 1分钟
Petzval 和散光 3分钟
什么是 Petzval 半径？ 6分钟
失真介绍 3分钟
畸变波阵面 0分钟
射线偏差摘要 5分钟
像差对焦距的影响 2分钟
泽尼克多项式 4分钟
施特莱比 6分钟
塞德尔和介绍 3分钟
简单的 Seidel 示例 2分钟
复杂的 Seidel 示例 2分钟

6个作业总计220分钟

磁场曲率和失真 90分钟
佩兹瓦尔实践 10分钟
变形练习 30分钟
OpticStudio 实践 30分钟
畸变实践 30分钟
塞德尔实践 30分钟

前面三个模块讨论了光学系统中的各种像差。现在我们将讨论如何设计一个能够限制这些像差的系统。

涵盖的内容

10个视频5个作业

10个视频总计37分钟

停机坪系统 3分钟
弯曲镜头 6分钟
折射率 3分钟
停止移位 2分钟
对称性 6分钟
场曲率和负功率 1分钟
场地平整器 3分钟
实地镜头 3分钟
圆锥镜 5分钟
反射式望远镜 5分钟

5个作业总计175分钟

减少像差的技术 120分钟
停班 OpticStudio 或 OSLO Practice 20分钟
对称单衣 OpticStudio 或 OSLO Practice 20分钟
实地镜头练习 10分钟
镜像光学工作室和 OSLO 实践 5分钟

在毕业设计前的最后一个模块中，我们将从像差的角度出发，讨论透镜以外系统中常见的其他光学元件。我们将介绍棱镜、GRIN 透镜、衍射光学（如衍射光栅和菲涅尔透镜）等光整形技术。最后，我们将介绍对我们所有人都很重要的光学元件--人眼。本模块涵盖的内容较多，可能会比其他模块花费更多时间。

涵盖的内容

26个视频2篇阅读材料3个作业2个讨论话题

26个视频总计140分钟

折叠棱镜 8分钟
棱镜隧道图 5分钟
控制棱镜 I：拟态棱镜 4分钟
控制棱镜 II 6分钟
棱镜实验室演示 3分钟
GRIN 镜头简介 12分钟
GRIN 镜头详情 4分钟
衍射光栅简介 1分钟
作为动量守恒的衍射 8分钟
光栅方程 9分钟
有限宽度光栅 13分钟
光栅的分辨率 10分钟
光栅与棱镜的分辨率对比 6分钟
光栅与棱镜实验室演示 2分钟
菲涅尔透镜简介 4分钟
菲涅尔透镜的设计 7分钟
菲涅尔透镜的波长依赖性 5分钟
眼睛的演变 4分钟
眼睛生理学 4分钟
眼睛的性能 5分钟
眼球畸变 3分钟
眼睛的敏锐度 2分钟
住宿 3分钟
还原眼模型 4分钟
更好的眼睛模型 2分钟
光线追踪眼睛 6分钟

2篇阅读材料总计30分钟

OpticStudio 和 OSLO 衍射光栅练习 20分钟
衍射透镜 10分钟

3个作业总计160分钟

光学元件 120分钟
OpticStudio 和 OSLO 对 GRIN 镜头的分析 20分钟
视觉放大练习 20分钟

2个讨论话题总计40分钟

OpticStudio 和 OSLO 实践 30分钟
更多棱镜探索 10分钟

获得职业证书

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攻读学位

课程是 University of Colorado Boulder提供的以下学位课程的一部分。如果您被录取并注册，您已完成的课程可计入您的学位学习，您的学习进度也可随之转移。

位教师

授课教师评分

(18个评价)

Robert McLeod

University of Colorado Boulder

3 门课程 26,993 名学生

提供方

University of Colorado Boulder

人们为什么选择 Coursera 来帮助自己实现职业发展

Felipe M.

自 2018开始学习的学生

''能够按照自己的速度和节奏学习课程是一次很棒的经历。只要符合自己的时间表和心情，我就可以学习。'

Jennifer J.

自 2020开始学习的学生

''我直接将从课程中学到的概念和技能应用到一个令人兴奋的新工作项目中。'

Larry W.

自 2021开始学习的学生

''如果我的大学不提供我需要的主题课程，Coursera 便是最好的去处之一。'

Chaitanya A.

''学习不仅仅是在工作中做的更好：它远不止于此。Coursera 让我无限制地学习。'

学生评论

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已于 Jul 20, 2020审阅

Great course.Best online course on optics designing. Hope Coursera will launch more courses like this in future

已于 Jun 7, 2022审阅

Practical and highly informative engineering course.

已于 Nov 13, 2022审阅

Very useful extension to the material presented in the first course of the specialisation, including much material that was new to me that would be useful in designing real world optical systems.

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