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出版者:机械工业出版社

作者:

出品人:

页数:283

译者:

出版时间:2002-8

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787111104704

丛书系列:

图书标签:

• 智能天线
• 无线通信
• MIMO
• 波束赋形
• 空间分集
• 信号处理
• 无线网络
• 通信工程
• 天线技术
• 移动通信

现代光学系统设计与应用 内容简介： 本书深入探讨了现代光学系统从基础理论到前沿应用的完整链条。全书共分为六大部分，结构严谨，内容涵盖面广，旨在为光学工程、精密仪器制造以及相关交叉学科的研究人员和高级工程技术人员提供一本全面、深入且实用的参考手册。 第一部分：光学基础理论与基础元件（约300字） 本部分首先回顾了几何光学和物理光学的基本原理，重点阐述了光在不同介质中的传播特性、波动理论中的菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的精确描述。随后，系统地介绍了构成现代光学系统的核心基础元件。这包括高精度光学元件的制造公差、表面形貌对系统性能的影响（如表面粗糙度、波前误差）。详细分析了不同类型透镜（如球面、非球面、衍射光学元件）的设计原则、优化方法及其在成像系统中的具体应用。此外，还对光学薄膜技术进行了深入介绍，包括单层和多层膜的理论设计、增透膜、高反射膜以及窄带滤光片的实现工艺和性能评估标准。本部分强调了从基础物理学到工程实现过程中，如何通过精确控制元件的几何和物理特性，为后续复杂系统的构建打下坚实基础。 第二部分：成像系统设计与优化（约350字） 本部分聚焦于复杂成像系统的设计流程与优化策略。首先，阐述了光瞳、像差理论在系统设计中的核心地位，特别是如何使用Zernike多项式对更高阶像差进行定量分析和控制。内容涵盖了经典光学设计软件（如Zemax, Code V）的使用范式、优化目标函数的建立（包括MTF优化、光斑质量优化等）。随后，深入探讨了特殊成像系统，如变焦系统、远心系统和微型化成像系统（如内窥镜光学系统）的设计难点与解决方案。针对大视场角系统，重点分析了畸变控制和边缘成像质量的保持。在成像质量的评价标准方面，不仅限于传统的光学传递函数（OTF/MTF），还结合了现代数字成像传感器（CMOS/CCD）的特性，讨论了如何实现“系统级”的性能评估，即将光学系统与传感器、图像处理算法相结合，进行综合性能优化。 第三部分：非球面光学与自由曲面技术（约300字） 随着制造技术的发展，非球面和自由曲面已成为解决传统球面系统限制的关键技术。本部分系统介绍了自由曲面的数学描述方法，包括NURBS、有理多项式等，以及如何将其应用于复杂曲面的建模。详细分析了自由曲面在校正像差（如场曲、彗差）中的巨大潜力，并阐述了自由曲面元件在折射、反射系统中的具体应用案例，如高效率照明系统和高分辨率相机镜头。制造技术方面，本书详细介绍了精密模具制造（如金刚石车削）、现代光学加工技术（如离子束抛光、磁流变抛光）的原理、精度和适用范围。同时，探讨了如何将复杂的自由曲面设计与高精度的检测技术（如基于相移干涉仪和形状测量仪）相结合，确保最终产品的几何精度和光学性能符合设计要求。 第四部分：激光光学系统与光束整形（约250字） 本部分专注于高功率、高相干性激光系统的光学设计。内容从激光谐振腔的设计开始，分析了腔内稳定性和模式选择的原理，以及如何通过腔内元件（如晶体、Q开关/锁模元件）的布局实现特定激光输出特性。重点讨论了光束整形技术，包括如何利用传统的皮涅尔透镜、Lissajous图案和基于空间光调制器（SLM）的相位掩模技术，将高斯光束转换为平顶光束、环形光束或具有特定相位分布的光束，以满足材料加工、光通信或先进计量学的需求。同时，针对高功率激光应用中的热透镜效应和损伤阈值问题，提出了相应的材料选择和系统散热设计策略。 第五部分：光机结构设计与集成（约200字） 优秀的光学系统离不开稳定可靠的光机结构支撑。本部分跨越光学与机械工程的边界，探讨了光学仪器结构设计的关键原则。内容包括热力学对光学系统的影响分析（如热应力、材料热膨胀系数匹配）、振动与冲击对系统稳定性的影响。重点介绍了主动光学和自适应光学系统的基本结构，如使用压电驱动器或音圈马达进行波前校正的装置设计。此外，还涵盖了光学系统的集成化趋势，讨论了如何在微纳尺度上实现光学元件的精密对准、固定和封装技术，以确保系统在复杂工作环境下的长期可靠性。 第六部分：先进光学计量与质量控制（约150字） 本部分介绍了用于评估和验证光学系统性能的先进计量技术。内容不仅包括传统的光学传递函数测量方法和点扩散函数（PSF）分析，还深入讲解了现代高精度测试手段，例如基于 Shack-Hartmann 传感器的实时波前测量、高分辨率三维表面形貌扫描技术。对于集成光学系统，本书介绍了在工装过程中如何使用在线监测技术，如激光跟踪仪或结构光扫描，实现大尺寸元件的形位公差快速检测。本部分强调了计量方法选择对系统最终性能评估的决定性作用。

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我是一名在通信行业摸爬滚打了十多年的老兵，主要负责网络规划和优化工作。坦白说，对天线设计这种偏底层的硬件细节我一直保持着一种“敬而远之”的态度。然而，在面对越来越复杂的城市峡谷环境和日益增长的数据吞吐量需求时，我深知必须弥补这方面的知识短板。这本书的叙事风格非常务实，它不像纯粹的学术专著那样只关注理论的优雅性，而是更侧重于“工程可行性”和“性能权衡”。我非常赞赏它对不同天线结构（如缝隙天线、微带阵列）在实际部署中可能遇到的增益、带宽、交叉极化隔离度等关键指标的对比分析。虽然我个人对这些细节的仿真工具和软件操作流程更感兴趣，但这本书提供了一个宏观而准确的框架，让我能更有效地与硬件设计团队进行有效沟通，提出更有建设性的优化建议。它让我明白，天线绝不仅仅是一个“收发器”那么简单，而是一个精密的信号塑造器。

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读完这本书，我最大的感受是作者对整个学科体系的宏观把握能力令人敬佩。它并非简单地罗列各种天线类型，而是构建了一个清晰的知识地图，将电磁场理论、阵列理论、波束控制技术，以及相关的信号处理概念串联起来。特别是关于相控阵和自适应波束形成的那几个章节，逻辑链条非常紧密，从理论推导到实际的数字波束形成算法，过渡得自然流畅。我期望看到的是更多关于大规模MIMO系统中，如何处理大规模数据流和实时计算需求下的硬件实现限制，比如PCB设计对高频性能的影响、功放的非线性对波束形状的畸变等实际“落地”问题。目前的讲解侧重于理想模型下的性能分析，这对于理论研究者来说固然重要，但对于致力于产品开发和系统集成的工程师来说，可能需要更细致的“故障排除”指南。这本书是理解“为什么”的基石，但“怎么做”的细节还有待进一步补充和挖掘。

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这本书简直是为我这种刚踏入射频电子领域的新手量身定做的！内容深入浅出，理论与实践的结合点把握得恰到好处。我尤其欣赏作者在讲解基础概念时所展现出的耐心和清晰度，那些复杂的傅里叶变换、场分布函数，在书里被拆解成了易于理解的小模块。虽然我期待能在书中看到更多关于最新5G或6G系统中MIMO天线阵列的实际案例分析，但其对传统阵列理论的夯实，无疑为我后续学习高阶知识打下了极其坚实的地基。它没有像某些教科书那样堆砌晦涩难懂的数学公式，而是通过巧妙的图示和直观的物理图像来引导思考。不过，如果能在优化算法的章节多加入一些关于深度学习在波束赋形中应用的最新进展，那就更完美了。总的来说，这是一本可以让人从“知其然而不知其所以然”的状态，快速过渡到“洞悉其所以然”的优秀入门与进阶参考书。它让我对电磁波如何被精确控制和引导产生了前所未有的兴趣。

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对于那些希望将理论知识转化为实际应用，并对“软件定义射频”趋势感兴趣的读者来说，这本书提供了一个极好的理论基础，尤其是它对数字波束控制的数学描述，为理解软件如何“指挥”硬件提供了关键钥匙。我欣赏作者对贝叶斯方法和卡尔曼滤波在跟踪和优化波束方向上的应用介绍，这些内容在现有教材中并不常见。然而，这本书在处理实际系统中的“非理想性”时略显不足。例如，在介绍自适应阵列时，如何处理实际系统中传感器（天线单元）位置的微小偏差、接收信号的非平稳性以及量化噪声对波束纯度的影响，这些工程上的“顽固问题”可以有更深入的探讨。这本书教会了我如何设计一个“好的”天线，但如果能增加一个章节专门讨论在实际部署场景下，如何快速、有效地“调试”和“校准”一个已部署的智能天线系统，那它将更具价值。它是一本优秀的设计手册，但或许还需要一本配套的现场维护指南来完善其工程实用性。

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我是一名对信号完整性和电磁兼容性（EMC）有强烈关注的研究生。这本书在阐述天线理论时，虽然覆盖了基础的辐射特性，但我个人感觉在“干扰”和“鲁棒性”这方面着墨稍显不足。例如，在讨论天线阵元间的耦合效应时，可以更深入地探讨如何通过结构设计或隔离技术来最小化互耦对波束纯净度的影响。此外，当前许多无线系统越来越依赖于宽带和多频段操作，书中对超宽带天线的设计原理和阻抗匹配策略的介绍略显保守，没有充分展示现代超材料或拓扑结构在拓宽工作带宽上的潜力。这本书的优点在于其对经典理论的严谨性，但对于追求极致性能和应对复杂电磁环境的新兴领域，它更像是一个扎实的起点，而非终极解决方案。我希望未来能看到加入更多关于电磁场的时域分析，以及对瞬态响应如何影响天线性能的讨论。

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