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光线追迹与系统优化实战

📚 共计 30 章节
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第1章
光学追迹基础
几何光学三大定律、光线追迹的基本概念、近轴光学与理想成像。
几何光学近轴近似
第2章
光学系统建模
光学表面类型（球面、非球面、自由曲面）、光学材料与色散模型、系统坐标与孔径定义。
表面类型色散坐标
第3章
光线追迹算法
逐面追迹法、光线与表面的交点计算、折射与反射的矢量形式（斯涅尔定律）。
逐面追迹斯涅尔定律
第4章
像差理论入门
赛德像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）、色差（轴向色差、倍率色差）。
赛德像差色差
第5章
光学系统评价指标
波前像差（RMS、PV）、点列图（RMS半径、几何半径）、调制传递函数（MTF）。
波前点列图MTF
第6章
光线追迹软件基础
Python环境搭建（NumPy、SciPy、Matplotlib）、自定义光线追迹类的基本框架。
Python环境搭建
第7章
Python实现光线追迹（一）
光线类的定义（起点、方向、波长）、表面类的定义（球面、平面）。
光线类表面类
第8章
Python实现光线追迹（二）
光线-表面交点求解、折射/反射方向更新、光线路径追踪。
交点求解方向更新
第9章
Python实现光线追迹（三）
多表面系统追迹、光线数据记录与可视化（2D/3D光路图）。
多表面可视化
第10章
像差分析实战
使用Python计算单透镜的球差曲线、绘制赛德像差图。
球差曲线赛德图
第11章
点列图与波前分析
Python实现点列图生成、波前拟合（Zernike多项式）、RMS波前计算。
点列图ZernikeRMS
第12章
MTF计算与分析
Python实现MTF曲线计算（基于FFT或自相关）、对比不同像差对MTF的影响。
MTFFFT像差对比
第13章
光学系统优化基础
优化问题的数学表述（评价函数、变量、约束）、局部优化与全局优化。
评价函数局部/全局
第14章
评价函数构建
加权点列图RMS、波前RMS、MTF加权、自定义评价函数。
加权RMS自定义
第15章
优化算法（一）
最小二乘法（Levenberg-Marquardt）在光学优化中的应用。
Levenberg-Marquardt
第16章
优化算法（二）
全局优化算法（模拟退火、遗传算法）在光学设计中的实战。
模拟退火遗传算法
第17章
Python优化框架搭建
基于SciPy.optimize的光学系统优化器、变量与约束管理。
SciPy优化器
第18章
单透镜优化实战
以单透镜为例，优化曲率半径、厚度以最小化球差。
单透镜球差最小化
第19章
双胶合透镜优化
优化双胶合透镜的曲率与玻璃材料，校正球差与色差。
双胶合消色差
第20章
非球面优化
非球面系数（Conic、高阶项）的优化、非球面在像差校正中的作用。
非球面Conic
第21章
多组元系统优化
三片式镜头（Triplet）的初始结构搭建与优化流程。
Triplet初始结构
第22章
公差分析基础
公差类型（曲率、厚度、偏心、倾斜）、灵敏度分析与蒙特卡洛模拟。
公差灵敏度蒙特卡洛
第23章
Python公差分析实战
编写公差分析脚本、统计良率与最坏情况分析。
良率最坏情况
第24章
热分析与无热化设计
温度对折射率与曲率的影响、Python实现热漂移分析。
热分析无热化
第25章
偏振光线追迹
偏振态的表示（Jones矢量、Stokes参数）、薄膜与偏振分光。
偏振Jones薄膜
第26章
非序列光线追迹
散射、鬼像分析、杂散光路径追踪（基础概念与Python简化实现）。
非序列鬼像杂散光
第27章
照明系统设计
光源建模（朗伯体、高斯光束）、照度分布计算（网格法、蒙特卡洛法）。
照明朗伯体照度
第28章
光学设计项目实战（一）
设计一款手机镜头（3P/4P结构），从指标到优化。
手机镜头3P/4P
第29章
光学设计项目实战（二）
设计一款激光扩束镜，优化波前质量与准直度。
扩束镜波前质量
第30章
课程总结与进阶
光学设计资源推荐、从成像到计算光学的未来趋势。
资源推荐计算光学