就光学专业而言，可能“光电”一词大家听得相对多写，但是纯粹的光学，如几何光学、物理光学、色度学、光度学（辐射度）尤其是材料（晶体）光学、甚至空间光学，自适应光学，目前相对来看还是一个冷门学科，或者大部分为二级学科。尽管相对冷门，但是光学实际生活中的应用无论是过去，还是将来，从来都不是也不会配角，相反，光学技术的应用，无论是空间探测，还是军事领域，还是民用智能化设备、工业高精密探测，甚至卡脖子的芯片产业，半导体技术，能源与气候，哪样都需要光学技术应用人才，且都因为其专业性太强，被非光学专业的共事者所“膜拜”，往往光学问题，解释权只在光学工程师手里。
就光学就业而言，很多朋友就下意识的想到的只是光学设计，或者具体来讲，只是成像设计或者镜头设计。光学就业当然不只是大众所理解的光学成像设计，甚至因为成像设计已经至少有100多年的设计和工程化积累，逐渐成为鸡肋方向（具体原因，本文后面会简述）。至少，就我个人光学从业这么多年，所了解的跟光学相关的就有图1所示的这么多分支的就业方向，各个分支所划分出来的各种实际应用分支更是繁多。
图1 自己理解的光学专业领域
因个人能力和经历有限，本文着重从我比较熟悉的行业去给感兴趣的朋友分享个人学习经验，不熟悉的行业只给简单的个人理解。
先简单介绍下我的光学学习和工作历程供大家参考，因我本科专业是光信息科学与技术，主要学科为几何光学和物理光学以及半导体光学（学校编制的专业课，主要讲新能源和LED）以及光纤光学和激光原理，硕士主要学习专业课为激光加工、以及光学设计，课题为LED光、电、色、热综合性能测试仪器的研制和开发，对LED的应用以及性能测试，课题过程中对光度学、色度学有比较深入的研究，总的来讲，我的光学理论基础还是比较扎实的。这里，我只是讲了光学专业课，但有一门基础学科我觉得比专业课还重要，那就是高等数学，大家要想在光学从业中走得远走得深，高数还是要稍微扎实些，因为我觉得一切创新应用的基础就是数学，不然大家的成长都只是亦步亦趋，没有自己的东西，我觉得每个人的成长，就要形成自己的框架体系，才能立于不败之地。
关于高等数学的学习，我尤其热衷同济大学版的教材，我查了下知乎平台，给大家推荐如下套餐。即使不喜欢光学的朋友，哪怕考研，或者从事其他热门行业，尤其现在人工智能、深度学习，真正的算法就是相关领域基本算法的数学应用，要想成为高层次专业人才，这套书籍大家一定要好好啃一啃，受益终生。
如果大家想学习成像设计，几何光学是基础，当然工作中并非会用到全套的理论基础，也无需死记硬背，我觉得理解折、反射定理，以及了解光线追迹原理，了解一些初级像差的形成机理就可以，资料烂大街，而且教材很成熟，我不觉得哪家是经典哪家不经典，我也不在这里推荐。大学死记硬背，会自己计算那是为了应付考试，实际工程设计，我觉得能做到理解和了解，就可以去上手实际去动手做，因为几何光学的理论已经沉淀了100多年，CAD软件早就帮我们写好了光线追迹计算过程以及像差计算，之所以只需理解或者了解，是因为能帮助我们在实际动手设计过程中去排查和定位问题以及帮助我们理解设计优化方向。甚至，我可以告诉你，一开始选择光学成像设计的朋友，最终80%的人在实际工作过程中不会涉及镜头设计，因为在绝大多数企业只是应用镜头，因此只需要给项目选择合适的镜头以及评测就可以了，这就是绝大多数所谓成像设计选择者的宿命。那么，有人会笑话我，这不是扯吗？没有镜头设计的人，那么随处可见的镜头都是哪里来的。我可以告诉你，企业中绝大多数消费级或者大批量使用的镜头应用产品，在整个产品方案设计过程中，最不值钱也最无必要的就是公司自己设计镜头，比如，你项目的光学工程师，辛辛苦苦花了一个月的时间磨出一个镜头出来，各项设计性能参数绝佳，然后，准备去加工，结果镜头厂告诉你因为有N片新镜片要开模，且夹具工装要新做，要改这改那才能制造，费用报价动辄几十万，甚至上百万给你开这个镜头。然而，如果你能把需求提给镜头厂去咨询和报价，人家会很热情的给你可能几种回复如下：
（1）我司有现成镜头，现在立马给您安排样品，样品免费。报价的话，数量少，最多不超过100元/颗，10K的量给您7元/颗。
（2）我司最晚明早给您设计报告，到时大家一起评审。当您反问可能费用时，有可能几千，也有可能是100W，但你基本要相信这是那个厂家最优方案，实在不行，多家报价。
这个回复，注意关键词，最晚明早，我之所以这么说，是我想强调镜头厂做镜头设计，需要的时间远远小于你自己去设计的时间，而且是最符合他们制造工艺和节省成本的设计，一个是因为人家初始结构丰富，简单的甚至初中水平的都能做，复杂的大不了主力工程师出马，二个，人家优化设计的方向是朝着最省成本和工艺最优的方向去设计，三个镜头厂的设计思路是站在客户角度去考虑设计的，因为镜头厂家竞争几乎是你死我活的场面，竞争相当激烈，人家要的是你项目长期的体量，用最低成本和最优的性能才能打动您。
（3）回复您需求达不成，可以提供技术支持。人家有专业的设计团队和丰富的设计初始结构以及丰富的工艺制造经验。
说这么多，不是给大家浇冷水，只是告诉大家成像设计的现状，也只是我认知的80%的状况。剩余20%大部分在镜头厂或者研究所里面，研究所的我就不说了，我所述的都是工程师范畴，镜头厂里面也有部分只是助理，甚至深圳那边有很多初中毕业的在协助工程师做优化，耐得住寂寞的牛人基本都是经过无数工程岁月的洗礼，依然坚守在镜头设计的前线，很多特殊应用镜头的设计，都靠他们在支撑。依我之言，80%这个比例体量的朋友，他们也是大牛，他们每天都在干啥呢，其实，虽然很少涉及镜头工程化设计，但是预研项目也是需要镜头仿真设计评估的，只是很少拿去制造而已，他们做这些事情一部分是预研项目需要，一部分是为了配合分析测试他们给项目精心挑选的镜头性能质量，或者作为管控供应商避免一言堂的局面，这就是镜头选型与评测工作，除了要出具项目光学系统方案，还要与无数的镜头厂家周旋，给需求，要样品，帮助采购谈价格，样品评测也是需要深厚的光学理论基础的，以及搭建光学评测实验室，甚至编写图像评价代码，配合ISP工程师做图像优化等等等等，相当有意义且需要经验的工作岗位。如果有朋友真的特别喜欢镜头设计，我这边也有些经典教材，比如《Introduction to lens design》这本教材，如果别的途径拿不到，尽可以私聊我，顺便我可以告诉你怎么学这本教材。
成像镜头设计这块，说实话，我涉及很少，成像的话，主要工作经历也是镜头选型和评测。我更多经历还是非成像光学设计领域。非成像光学，顾名思义，区别于成像，成像是以成像质量达成为基础要求，而非成像，更多强调光学系统的能量传输，以及以什么样的方式去传输。比如，老板要你用一颗LED光源，通过一个透镜或者光学系统，要求以光效99%，1m白墙处实现0.5m*0.5m方形且均匀度0.95以上的光斑。这里面涉及很多的设计，比如，一般的LED为朗伯体，投射到1m白墙为圆斑，且光分布中间亮边缘暗，且边缘不清晰，光斑远远大于0.5m，那么作为一个光学设计工程师，如何达成老板的需求，就需要用到非成像光学理论。如果你不懂非成像光学，你有可能一开始就会陷入死局，因为你的照明需求和LED光源特性，根据光学扩展量，你的受限的光学系统（因为不可能无限大），你系统理论最大光效仅能达成0.9，即使爱因斯坦复活也不可能达成，结果你每天还在屁颠屁颠的陷入癫狂的无限优化，因为你的无知，你无法义正言辞的告诉你的老板，他的需求理论上不可达成……再给朋友讲讲自由曲面设计的有趣之处，比如给你一颗LED光源，你设计一个自由曲面，投射出来就是你的名字，是不是很有趣，这就是非成像光学。我个人觉得这才是是真正光学设计者的天堂，因为没有初始结构，几乎每一个不同项目，只要有一个变量，都可能要重新设计，是真正离不开设计，也没有成熟的CAD软件，我个人认为没有万能的CAD软件，是因为光学系统的千变万化，这种千变万化，CAD软件无法全部兼顾，独孤九剑的意境。再说说非成像光学发展的历史，他真正有成熟的理论方法到工程应用，发展历史其实才10余年，而且目前行情需求短缺，为什么短缺，是因为一方面学光学的都认为成像才是正统，二个非成像的教学还没形成成熟的体系，有些设计领域老师都还在摸索。三个有用的资料相比成像，简直是少的可怜，四是高手短缺，因为非成像光学对数学建模和代码的编写都有一定的基础要求，因为没有成熟的CAD软件辅助，有人要喷我了，说Lighttools，不是我鄙视，这是初级的好不，大部分只能作为仿真软件使用。
好了，不吹了，总的来说，如果真心想从事光学设计领域，不妨进入非成像领域，一个全新且欣欣向荣，需求短缺的领域，如果你在工作当中再积累一些镜头选型和评测的经验，光学系统全才不在话下。下面开始讲非成像像光学学习入门建议，为什么是入门，是因为，我自认为自己已经是砖家，但是还不能解决所有的问题，我还需要跟大家一起努力。非成像光学的入门学习，我建议前述的高数书买好，不是买了就使劲啃，是作为一个参考工具书，然后matlab基本编程要知道，矩阵与数组的基本知识补一下，至少matlab数据类型和变量格式，以及基本的程序控制学习一下，我觉得对于一个理工科本科生而言太简单不过。然后，还需要学个光学仿真的软件，比如tracepro或者lighttools，zemax非序列也可以（我觉得没有前二者好用）。最后，要学个三维结构建模软件，比较好上手的就是solidworks，简直是绝配，无论是基本功能还是扩展工具，都可以和matlab契合的很好，实在有些同学对其他三维机械设计如UG，proe啥的也都没毛病。读到这里，别被吓退啊，后面两种合起来难度都抵不上非成像光学理论+高数的零头，不认字的一个星期还能上手手机玩耍呢，两个CAD软件而已，而且只是学习需要的模块就可以，哈哈。
来来来，上干活， 非成像光学的理论和设计实例，啃下面三本书中的两本就可以了，啃完，就赶紧入行实际操作吧，多做项目，基本三年能赶上我的水平。
推荐教材一：
推荐教材二：
以上理论学习，我觉得二选一使劲啃，啃不动私信我。其实还有本电子教材，资料封面截图如图2，大家自行去网上找，私信问我也可以。这个教材是上述教材的鼻祖，但是是英文版的，上述链接教材基本都是这本教材的中国学者衍生物。
图2 非成像光学电子版鼻祖教材
推荐书籍三：这个书籍都是实例，但是以我的水平来看，属于初级和中级水平，有些案例优化效果有点差，甚至还有谬误。大家可以去看看，试着练下手，真实的工作需求远不止这些。
真心希望大家，如果买了教材就好好啃，前面不好好啃，这一辈子想啃就难了哦，几百块钱的投入，一两年的时间的耕耘，给自己找一门好营生，而且还很高大上哦，况且还有大师兄在，我很愿意和大家交流的哦。
关于非成像设计这块，我从业10余年，案例主要涉及路灯，隧道灯，室内照明灯具，投影光学系统，PIR菲涅尔透镜，安防补光，激光雷达发射端，自由曲面设计等等，也有一些实用案例和代码，有已从业相关的，都可以交流。后面有时间整理好后，看朋友们感兴趣否。
再聊聊我比较熟悉的颜色信息工程吧，这个领域主要是基于色度学。色度学是一个跟人眼生理感知的学科，主要是光的颜色成本。大家听得最多的色坐标、色温（冷暖色调之类的）之类的都是这个范畴。想从事光谱领域的工作，比如光谱仪，比如投影仪白平衡，显示器颜色现实，LED显示屏混色，特种光源的混色设计等等，都需要了解色度学基本理论。如何设计一个光源，能让人感觉很愉悦？都涉及到色度学相关。色度学只是一个应用分支学科，想学习的朋友，我推荐浙大版的《颜色信息工程》这本书，我从研究生开始就拜读，收益良多啊。
聊聊光学这块吧，简单点，属于半导体材料和光电专业这个领域，激光工程师现在很吃香，我个人觉得，下一代光源将是激光光源的时代，尤其现在VCSEL光源的逐渐成熟以及成本的降低，将在智能化设备和激光雷达领域大放异彩。我推荐大家往半导体激光这个方向去专研，因为有有同事已经在此领域自立门户，当老板去了，这个领域专业性很强，因为我只是应用者，如何成才，我这半吊子也只能言尽于此。
光学检测和光学工艺放一起聊吧，这个要求光学专业基础比较扎实，我觉得比光学设计本身值钱，我指的是比较资深的扎根于精密光学仪器调试这块的以及能精密光学仪器批量生产的工艺经验，老值钱了，老铁们，如果已从事这个行业的，建议深耕。
照明设计这块，我对灯具配光设计相当熟悉，比如室内筒灯，射灯配光设计，以及市政工程的路灯隧道灯配光设计，但是前面已经聊过，这些个配光设计属于非成像设计的范畴。我这里讲的照明设计，指的是室内灯光布局以及市政工程照明方案的设计，前者有点跟家具装饰相关行业相关，后者是政府工程设计相关。因为我前三年的工作既做配光，也要参与工程竞标，多少了解一些，主要涉及国内外标准和仿真渲染CAD，初期可以学习仿真软件DIALUX这个软件。直接推荐教程吧，这篇文篇幅有点太长了。两个方向分别推荐如下：
好累啊，朋友们，深夜还在分享，好在已感觉墨水有点不够用了，尴尬。聊聊光纤通信吧，其实没啥可聊的，去电信局工作吧，通信或者光纤本身大于光学的作用，当然有一些光纤光源以及耦合方面的还是和光学有关的，原理相对简单些。会非成像的也能做，激光光源工程师也和光纤这块紧密相关，也能从事光纤通信行业吧。但是怎么说呢，光纤通信对于深耕光学多年的朋友而言，有点暴殄天物啊，还不如不学枯燥的光学再转光纤通信呢。再说这个行业就业，咳咳，哎……。自己揣摩吧。
聊聊物理光学吧，这个在光电所以及高校研究所都是重点研究项目，跟产品比较接近的项目比如相干探测，全息相机等等大家可能听说过，应用最广的就是衍射光栅、DOE之类的普及光学器件，就是理论比较难理解一些，实话说，我也学的不是很好，也不知道该不该评价。总之比几何光学的东西还拗口，难以描述和神秘。包括材料光学也是一样，我涉及不是很深，这里提出来只是给感兴趣的朋友提供一个关键词。还有什么自适应光学，当时考研还是报考的这个专业，其实我当时都没去理解这个东西，竟然还去报考，仅凭一腔热血，这个自适应光学在前沿研究领域还是挺火的，万一有想考研的同学多帮我了解一些，算是了却我的心愿，弥补我的遗憾。
写在最后的话吧，码字真累的，那可是十几篇高考作文的量啊，一口气写完，我就是冲着很多朋友的关注才决心写这篇文的，汗颜啊，写下来才知道自己有多么的无知，甚至有些地方还有些心虚，高看自己了。看来还是要多啃啃书，把项目认真的搞下去，不然，这大师兄的名号就叫不下去了。玩笑开完，真心祝感兴趣的同学，看了我的文章，如果对光学感兴趣，可以找到自己努力的方向，脱离舒适区，人能和你同区的人不一样，坚持不懈，终究能有所收获。人到中年，我悟出一个道理，那就是，他妈真后悔当时在学校的时候去玩什么《天龙八部》，用来啃书，我现在就不用这么辛苦搬砖了。所以我现在端起手机，在被我里面刷抖音，都有无穷的罪恶感，有时恨不得扇自己几巴掌，别人都在进步，我刷什么抖音，我还不如用手机多学习学习呢，同样是视频，为啥我总是选择教程视频之外的视频，真贱啊。脱离舒适区，加油。真啰嗦，下班。不加关注不点赞，下次不配玩了啊。 |
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