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出版者:

作者:尚久浩

出品人:

页数:315

译者:

出版时间:2006-2

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787501939053

丛书系列:

图书标签:

• 机械设计
• 自动化
• 机械工程
• CAD
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• 机器人
• 智能制造
• 设计方法
• 工程制图
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《精密光学系统：理论与实践》 书籍简介 本书旨在为光学工程师、科研人员以及高年级本科生和研究生提供一个全面而深入的指南，涵盖精密光学系统的设计、分析、制造、装调与测试的全部关键环节。我们聚焦于现代光学工程领域的前沿技术和实际应用需求，力求在理论深度与工程实用性之间取得完美的平衡。 第一部分：光学基础与系统设计理论 本部分将系统回顾和深化经典光学理论在现代工程中的应用。 第一章：电磁波理论在光学中的基础应用 详细阐述麦克斯韦方程组在各向异性介质中的求解，特别是平面波、球面波的传播特性。深入探讨光束的衍射理论，包括夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射在不同近场和远场情况下的精确计算方法。重点讲解高斯光束的数学描述、传输特性及其在激光系统中的重要性，包括光束腰、束腰半径随传播距离的变化规律以及光束的整形技术。 第二章：几何光学与像差理论的深度剖析 超越传统的矩阵光学，本章将重点讨论基于黎曼几何和非线性光学概念的像差分析。详细讲解由秦九韶提出的点阵法在复杂曲面系统中的应用。系统阐述经典五大像差（球差、彗差、像散、场曲、色差）的定量计算方法，并引入现代像差理论，如Zernike多项式在描述光学表面像差方面的优势与局限性。对离轴系统的特殊像差（如图像倾斜、畸变）进行详尽的数学建模和补偿策略。 第三章：光学系统性能评价与优化 本章是系统设计的核心。首先介绍光学传递函数（OTF）的理论基础，包括MTF、CTF的推导过程，并分析其与系统的点扩散函数（PSF）、弥散函数（LMF）之间的傅里叶变换关系。详细论述如何利用优化算法（如模拟退火、遗传算法、梯度下降法）来最小化特定目标函数（如均方根波前误差、特定空间频率的MTF值）。探讨在不同探测器限制下的系统性能极限分析。 第二部分：现代光学元件与材料科学 本部分关注构成精密光学系统的关键组件的物理特性和制造约束。 第四章：先进光学元件的设计与制造约束 深入讨论非球面透镜的设计原理，包括如何通过解析法和迭代法确定最佳的非球面系数，以及非球面在校正像差中的独特优势。对衍射光学元件（DOE）的原理进行系统阐述，包括基于惠更斯-菲涅耳原理的相位型元件设计，以及它们在实现多焦点、光束分束和色散校正方面的应用。讨论微纳加工技术（如电子束光刻、离子束刻蚀）对元件表面形貌和制造公差的实际影响。 第五章：光学薄膜技术与镀膜工程 本章详述多层介质膜的设计原理，从电子振荡理论出发推导薄膜的反射与透射特性。重点介绍高反射率镜（HR）、增透膜（AR）的精确设计步骤，以及角度敏感膜系的设计方法。讨论离子束辅助沉积（IAD）、磁控溅射等先进镀膜工艺对薄膜物理性能（如应力、附着力、光学均匀性）的影响，以及薄膜的激光损伤阈值（LIDT）评估。 第六章：特殊光学材料的物理特性 探讨适用于极端环境（如深紫外、中红外、高功率激光）的光学材料选择。详细分析熔融石英、氟化物晶体、硫系玻璃等材料的光学常数随温度、波长和辐照强度的变化规律。重点讨论非线性光学晶体（如KDP, BBO）的倍频、和频生成机理，及其在激光频率转换中的工程应用。 第三部分：系统集成、装调与测试 本部分关注理论设计如何转化为可工作的高精度物理系统。 第七章：光学系统的装调策略与误差传递分析 引入公差分析的系统方法论，不仅包括元件制造公差，更重要的是装配和热学公差。采用蒙特卡洛模拟方法对关键参数（如镜片中心厚度、镜筒热膨胀系数）的随机波动对最终像差的影响进行量化分析。系统介绍敏感度分析，确定对系统性能影响最大的误差源，从而指导装配流程的优化。 第八章：现代光学测量与评价技术 详细介绍基于干涉仪的波前测量技术，包括零差干涉、载波相移法等，并分析环境振动、空气扰动对测量精度的影响。深入讲解MTF测试的原理，特别是基于离焦平面对焦平面MTF的重建方法（如三角傅里叶分解法）。针对大口径离轴系统，阐述拼接干涉测量技术在面形检测中的应用与挑战。 第九章：主动光学与自适应光学系统 本章聚焦于实时补偿系统误差的尖端技术。阐述自适应光学（AO）系统的基本构成：波前传感器（如夏克-哈特曼传感器）、变形镜（DM）以及控制算法。详细解析控制环路的建立、带宽选择以及如何利用快速傅里叶变换（FFT）实现的实时像差校正算法。探讨在空间光学、高分辨率显微成像中的实际应用案例。 结语 本书的编写旨在提供一个从微观材料特性到宏观系统性能的完整认知框架，引导读者掌握从概念提出、理论建模到实际验证的全流程工程思维。本书不依赖于任何特定商业软件的特定操作流程，而是侧重于背后支撑这些软件功能的数学原理和物理规律，确保读者构建的知识体系具备长久的适用性。

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初次接触这套书时，我最大的担忧是其内容的深度和广度能否跟得上现代工业的飞速发展。毕竟，“自动机械”这个概念的内涵每年都在被重新定义。然而，这本书的逻辑构建和理论基础的扎实程度，完全超出了我的预期。它并没有仅仅停留在对现有成熟技术的罗列上，而是深入探讨了设计背后的哲学思想——即如何在机械系统中植入“自适应”和“优化”的潜力。例如，其中对**模糊控制系统**在机械臂路径规划中的应用分析，不仅提供了详尽的数学模型推导，更重要的是，它引导读者去思考，如何通过软件逻辑和硬件结构的高度集成，实现超越传统刚性控制的柔性响应。这种前瞻性思维，使得这本书即便是面对更新的数字化制造环境，依然能提供坚实的理论支撑，让人在面对那些新兴的、高度集成的自动化产线时，心中依然有据可依，不会感到迷茫或力不从心。

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这本书的章节组织脉络清晰得令人赞叹，简直是教科书级别的示范。它不是按照部件（如电机、传感器、执行器）来划分，而是按照**“系统集成与功能实现”**的逻辑流来推进的。从基础的运动学分析开始，逐步过渡到复杂的信号处理与决策制定，最后落脚于整体系统的可靠性与可维护性设计。这种自顶向下（Top-Down）的设计思路，非常符合现代复杂系统工程的认知模式。我尤其欣赏它在讨论系统集成时的那种宏观视角，它提醒我们，一台优秀的自动机械，绝不是各个部件的简单堆砌，而是一个有机统一体，其中任何一个环节的微小缺陷，都可能导致整个系统的性能雪崩。这本书成功地将“系统思维”深深地烙印在了读者的脑海中，这比记住任何单个公式都更有价值。

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坦白说，我是一个对纯理论感到头疼的实践派工程师，很多技术书籍总是把人绕进复杂的公式里出不来。但这本书在处理理论和实践的结合点上，展现出一种罕见的平衡感。它没有刻意回避那些高深的数学工具，但每当引入一个新的理论概念时，都会立刻辅以一个非常贴合实际应用场景的案例进行剖析。比如，在讲解**齿轮箱的动态误差分析**时，作者没有仅仅停留在理论推导，而是紧接着展示了如何通过有限元分析软件（虽然没有点明具体软件名，但描述的流程非常清晰）来模拟实际运行中的振动和噪音，并给出了一套可操作的优化设计流程。这种“理论先行，实践佐证”的叙事方式，极大地降低了学习的门槛，让原本感觉遥不可及的高级机械设计，变得触手可及，让人有一种“我真的可以做到”的自信心。

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这本书的封面设计简直是一场视觉的盛宴，那种蒸汽朋克与未来科技交织的风格，一下子就把我拉进了一个充满齿轮、传动轴和精密仪表的奇妙世界。装帧的质感非常棒，拿在手里沉甸甸的，能感受到设计者对细节的极致追求。我原本以为这会是一本枯燥的技术手册，但翻开第一页，那些精美的插图和清晰的结构分解图，立刻打消了我的疑虑。特别是关于“能量转换效率优化”的那一章，作者用一种近乎诗意的笔触，描述了机械运动中的物理美感，让人在学习技术原理的同时，也能领略到机械美学的高级形态。这本书的排版也十分考究，文字和图表的布局错落有致，阅读起来完全没有压迫感，反而像是在欣赏一本高水准的艺术画册，只不过内容是关于如何将无生命的金属部件，通过精妙的设计组合成具有生命力的复杂系统。这本书，光是放在书架上，都觉得它散发着一种沉静而强大的技术力量感，绝对是机械爱好者和专业人士的收藏级珍品。

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这本书的写作风格，仿佛是邀请一位经验丰富的导师，在你耳边娓娓道来他数十年的设计心得。语气中带着一种不容置疑的专业性，但又流淌着对机械事业深沉的热爱。它不像某些“速成指南”那样贩卖焦虑和捷径，而是耐心地引导读者去理解机械设计的本质规律和长期演进的趋势。我个人觉得，这本书最宝贵的地方，在于它对“设计冗余”和“故障安全机制”的论述。在如今追求极致轻量化和低成本的趋势下，很多细节容易被牺牲。但作者以严谨的论据反复强调，真正的优秀设计，是建立在对最坏情况充分预判的基础上的。这种对安全和质量的近乎偏执的坚守，使得这本书不仅仅是一本技术指南，更像是一份沉甸甸的职业道德宣言，让人在设计每一个螺栓、每一条线路时，都能多一份敬畏之心。

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