前言

几何光学是一门经典的学科，其理论体系早在17世纪末便已基本成熟，至18世纪初，数学工具的完善使其成为完整的理论体系。历经多年的发展，该学科已有许多优秀的教材及工具书。2015年《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》的颁布，促使编者在教学实践中重新审视几何光学的知识传递模式。经过长期教学实践与理论探索，我们凝练出两个创新教育理念： 其一，回归学科底层理论的溯源性探究； 其二，以建模能力培养为抓手的创新思维塑造。本书的内容正是这两个理念的系统呈现。

底层理论是应用的源头，要在应用上创新，回到理论的源头是一个不错的方向。例如，汽车刚发明的时候，曾经出现过以蒸汽、天然气、电池、内燃机为动力的汽车，最后只有内燃机汽车沉淀了下来。如果当初我们只关注内燃机的更新换代，而没有回到那个动力选择多样、思维比较发散的时间点，便不会有现在满大街跑的电动汽车。

建模能力就是科学的思维能力。从确立研究对象，提取科学问题，到选择或结合不同的数学工具，到几何模型或代数模型的建立、几何参量或代数参量的定义，到几何模型的结构分析或代数模型的运算，再到几何分析结果和代数运算结果的印证，都需要科学的思维能力。科学的思维能力可以移植到其他内容的学习上，也可以移植到对某个新现象、工程新问题的研究上，因此建模能力确实是创新能力培养的一个方向。

本书内容的编排基于这两个理念，有如下特点。 

(1) 价值引领，立德树人。

育人的根本在于立德，本书全面贯彻党的二十大精神，根据内容相关性，融入了光学前辈专家的先进事迹，激励读者学习前辈专家的爱国精神，继续发扬艰苦奋斗、勇于创新的时代精神，继往开来，为我国的光学事业作出贡献。

(2) 知识构建，系统直观。

本书较多的讨论直接从底层理论出发，从初学者的角度进行应用上的详尽探讨，不隐去试错过程，导出各种应用模型，既包括典型应用，也包括一些被淘汰的或有潜在应用的模型。

(3) 理论分析，实践建模。

本书有意区分几何和代数在理论建模和分析中的作用，有助于培养学生针对不同研究对象的建模能力。

本书共分为6章。第1章交代了几何光学在光学中的定位，引入了光线传播的基本定律，给出了光学成像模型中的物像基本概念，为后续章节成像理论的展开打下基础； 第2章基于光线传播的基本定律探讨了光学系统中常用的平行平板成像的性质、功能及应用； 第3章建立了用于光学系统分析的几何模型和代数参量的符号规则，基于此探讨了单个球面元件及其级联系统在近轴区的成像性质，其结论可用于成像系统的光路计算； 第4章基于在均匀物像介质中完善成像的理性概念，用少数特征点、面的成像特性表征整个系统的成像性质，构建了成像系统在数学上的理性模型——理想光学系统，并对该模型及其组合的成像性质分别从几何和代数上进行了充分的讨论，其结论可用于分析实际的光学成像系统，也可用于光学成像系统的初始结构设计； 第5章探讨了理想光学系统的拦光性质，其结论可用于分析成像系统景深和消除视差； 第6章在理想光学系统的范畴分析了典型成像系统的成像原理及特性，为了解、分析和设计光学仪器打下基础。其中，第4章“理想光学系统”是本书的重点。

数字资源库

 教学课件、教学大纲、电子教案、习题答案等资源： 扫描下方“教学资源”二维码下载，或者到清华大学出版社官方网站本书页面下载。

 微课视频（789分钟，42集）： 扫描书中相应章节的二维码在线学习。

教学资源

注： 请先扫描封底刮刮卡中的文泉云盘防盗码进行绑定后再获取相应资源。

本书的出版得到了南昌航空大学教材出版项目资助。本书第1章及第4~6章由肖孟超编写，第2章由罗宁宁编写，第3章由吴华明编写。衷心感谢清华大学出版社的编辑及其他人员在本书出版过程中的辛苦付出。由于编者水平有限，书中内容及撰写方面如有疏漏及不当之处，敬请各位读者批评指正！

编者2026年4月