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出版者:

作者:黄国雄 编

出品人:

页数:276

译者:

出版时间:2006-1

价格:15.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111132769

丛书系列:

图书标签:

• 机械工程
• 机械基础
• 机械原理
• 机械设计
• 工程力学
• 材料力学
• 制造技术
• 机械制图
• 工业工程
• 机械设备

好的，这是一本关于《现代光学设计与应用》的图书简介，内容详尽，旨在全面介绍该领域的理论基础、设计方法和前沿应用，与《机械基础》的知识体系截然不同。 --- 现代光学设计与应用 内容简介 《现代光学设计与应用》是一本系统、深入介绍现代光学工程领域核心理论、设计工具与前沿应用的专业参考书。本书旨在为光学工程师、系统设计师、光电子技术研究人员以及高年级本科生和研究生提供一套全面而实用的知识框架，使读者能够掌握从基础光线追迹到复杂系统集成所需的关键技能。 本书的结构设计遵循由浅入深、理论与实践紧密结合的原则，力求在严谨的物理学基础上，展现现代光学设计方法的先进性和高效性。 第一部分：光学基础与成像理论的深化（Fundamentals and Advanced Imaging Theory） 本部分聚焦于巩固读者对经典光学原理的理解，并将其提升至现代工程应用所需的深度。 第一章：几何光学与波动光学的桥梁 详细阐述了光线矩阵理论（Ray Transfer Matrix Analysis）在复杂光学系统（如变倍系统、扫描系统）中的应用，并引入基恩光学（Keane Optics）的现代表述。重点讨论了折射率分布与光束传播的定量关系，特别是光线理论在设计非球面镜片初步阶段的应用。随后，深入讲解了光的波动性质，包括夫琅禾费衍射（Fraunhofer Diffraction）和菲涅耳衍射（Fresnel Diffraction）的数学模型，为理解衍射极限和像差校正奠定基础。 第二章：成像系统性能的量化描述 本章是系统评价的核心。详细剖析了点扩散函数（PSF）和调制传递函数（MTF）的物理意义和计算方法。特别关注了如何通过傅里叶光学方法，将系统设计参数（如孔径、焦距）直接转化为可测量的成像质量指标。此外，对离轴成像系统的场曲和像散进行了深入分析，并介绍了皮特罗夫判据（Petzval Criterion）在曲面设计中的应用。 第三章：经典光学元件的精密制造考量 探讨了如何将理想的光学设计转化为可制造的实体。内容涵盖球面、非球面镜片的曲率、偏心误差及其对成像质量的影响。对于棱镜和反射镜阵列，重点分析了机械装配误差（如倾斜和位移）对光束指向精度和系统稳定性的影响。本章强调了公差分析（Tolerance Analysis）在设计流程中的关键地位，包括确定最严苛的制造和装配公差范围。 第二部分：现代光学设计方法与工具（Modern Design Methodology and Software Application） 本部分是本书的核心，侧重于如何运用先进的优化算法和专业软件来解决复杂的成像和照明问题。 第四章：像差理论的现代解析 系统回顾和扩展了塞德尔五大像差（球面像差、彗差、像散、场曲、色差）的解析表达式。在此基础上，引入了更高阶像差（如畸变、图像倾斜）的描述方法。特别强调了如何通过Zernike多项式在复平面上对波前畸变进行正交分解和精确拟合，这是现代自动优化设计的基础。 第五章：优化算法与自动设计流程 深入探讨了现代光学设计软件（如Zemax, Code V等）背后的优化引擎。详细介绍了梯度下降法、阻尼最小二乘法（Damped Least Squares, DLS）以及全局优化算法（如模拟退火法）在光学设计中的应用策略。读者将学习如何构建有效的评价函数（Merit Function），平衡系统性能、成本和可制造性约束，实现高效的自动优化循环。 第六章：自由曲面（Freeform Optics）的设计原理 本章聚焦于颠覆传统对称系统的自由曲面技术。介绍了不同形式的自由曲面（如扩展的Aspheres, Quadric Surfaces, 一般的NURBS曲面）的数学表达。重点讲解了基于光线倾斜约束（Slope Constraint）和波前导向（Wavefront Guiding）的设计流程，这对于实现紧凑型照明和扩展视场（FoV）成像至关重要。 第三部分：前沿应用与专业系统集成（Advanced Applications and System Integration） 本部分将理论知识应用于具体的工程领域，展示了如何设计和集成复杂的光学系统。 第七章：高分辨率显微成像系统设计 专注于设计具有极高数值孔径（NA）和宽视场角的显微物镜。内容包括浸没式（Immersion）技术的理论与实践、荧光显微镜中的色差校正策略，以及共聚焦显微镜的光束扫描机构设计。详细分析了掩模版（Masks）在光刻和微纳制造中的作用。 第八章：光学计量与传感系统 探讨了如何利用光学原理进行精确测量。涵盖了干涉测量技术（如傅里叶变换干涉仪）的原理、激光测距系统（LIDAR）中的时域和相位调制技术。重点讲解了投影系统中的结构光照明设计，包括如何优化光栅图案以抵抗环境噪声。 第九章：非成像光学与光束整形 本章主要关注光束的能量分布控制，而非图像的形成。深入研究了LED照明、激光匀束器（Beam Homogenizer）的设计。详细阐述了复合光纤（Compound Parabolic Concentrators, CPCs）在收集和导光中的效率分析，以及微透镜阵列（Microlens Arrays）在均匀化和耦合光纤中的应用。 第十章：先进光电集成与装配 面向现代光电子封装，讨论了如何将光学元件与半导体器件（如CMOS传感器、VCSELs）集成。内容涉及光电对准（Alignment）的亚微米级精度控制、热力学效应（Thermal Budget）对光学性能的影响，以及在严苛环境（如太空或医疗设备）下光学系统的稳定性和可靠性保障。 --- 本书特色： 工程导向： 每一章节的理论推导后，均附有详细的案例分析和软件操作指导，确保读者能将理论转化为实际设计能力。 前沿覆盖： 全面涵盖了传统光学与新兴的自由曲面、集成光学等热点技术。 深度与广度兼备： 既有对基础数学工具的严谨阐述，也有对复杂系统集成策略的实用指导。 目标读者： 光学系统工程师、光学设计人员、光电子与精密仪器专业的科研人员及学生。阅读本书将使读者具备独立完成复杂光学系统设计、仿真与优化的能力。

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这本书在讲解复杂概念时的语言风格极其独特，带着一种老派的严谨与幽默感交织的味道。它不像某些教材那样冷冰冰的公式堆砌，而是更像一位娓娓道来的导师。我尤其喜欢它在处理“静力平衡”和“动力学”这些核心章节时的叙事方式。例如，在解释牛顿定律在复杂系统中的应用时，作者会先构建一个非常宏大的场景——比如一座吊桥的受力分析，然后层层剥茧，将复杂的矢量分解成最基本的组成部分。他的语句结构往往是先提出一个普遍的观察现象，接着引用历史上的某个经典实验或发现，最后才引出数学模型的建立。这种叙述逻辑的跳跃性很强，但逻辑链条却异常清晰，逼迫读者必须跟上他的思路。有些地方的文字描述非常凝练，常常是一句话就概括了一个复杂的物理过程，需要反复品读才能领会其中的深意，这反过来也促使我主动去查阅更多的参考资料，进行二次思考，而不是被动接受。

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这本书的收尾部分处理得非常具有前瞻性，它没有草草收场，而是将目光投向了未来的机械技术发展。在最后几章，作者巧妙地将前文建立的传统力学基础与新兴技术如增材制造（3D打印）、智能材料以及有限元分析（FEA）进行了融合性的探讨。比如，在讨论结构优化时，他没有直接给出FEA软件的使用教程，而是先解释了网格划分和边界条件设置的物理意义，以及为什么在不同材料和载荷下，模型的假设需要相应调整。这种处理方式让读者明白，即使是最先进的计算工具，其结果的可靠性依然根植于对基础物理原理的深刻理解。书中还探讨了在面对新型复合材料时，传统应力分析方法的局限性，并暗示了未来工程师需要具备跨学科的知识背景。读完全书，我感受到一种强烈的使命感：基础固然重要，但如何将这些基础知识应用于解决尚未出现的问题，才是机械工程师的真正价值所在。这本书成功地完成了从基础知识传授到激发创新思维的过渡。

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读到中间部分，我对这本书的工程实践导向性感到非常惊喜。它绝对不是那种只停留在理论层面的教科书。很多章节都穿插了大量的工程案例分析，而且这些案例选取得非常贴合现代工业的实际应用。比如，在讲解齿轮传动时，作者没有仅仅停留在计算传动比，而是详细分析了不同类型齿轮在重载、高速、精密仪器中的具体应用场景，甚至提到了润滑剂的选择对寿命的影响。我特别留意了关于轴承选型的那一章，它不是简单地罗列各种轴承参数，而是设置了一个虚拟的“设计挑战”，要求读者根据工况条件，一步步推导出最合适的轴承型号，这种互动式的学习体验极大地提升了我的参与感。更难得的是，书中对“失效分析”的论述非常深入。它不仅仅告诉你零件会坏，更重要的是分析了“为什么会坏”，是疲劳、腐蚀还是设计缺陷，并给出了预防措施。这种严谨的“逆向思维”训练，对于培养一个合格的机械工程师至关重要，让我感觉自己像是在跟随一个项目组进行实地考察，而不是单纯地在书房里看书。

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随着阅读的深入，我对这本书在“设计思维”上的引导愈发钦佩。它似乎在有意识地引导读者从一个“解题者”转变为一个“问题定义者”。在讲解材料力学的时候，书中安排了一个专门的小节讨论“设计裕度”的重要性。作者用了大量的篇幅来探讨“安全系数”的选择并非一个纯粹的数学问题，而是一个涉及成本控制、风险评估、法规要求的综合决策。书中通过几个对比鲜明的案例，展示了过度设计和设计不足所带来的不同后果，这让我明白工程设计是一个在诸多矛盾要求中寻求最佳平衡点的艺术。此外，关于公差配合和几何尺寸标注的部分，处理得非常细致。它不是简单地介绍标准符号，而是深入探讨了不同标注方法在不同加工精度要求下的优缺点，以及如何通过GD&T（几何尺寸和公差）来明确传达设计意图。这本书让我意识到，机械设计远不止计算受力，它更是一门关于如何有效沟通、如何规避风险的学问。

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这本《机械基础》的导读真是让人眼前一亮，它并没有直接深入那些枯燥的力学公式和复杂的结构图，而是像一个经验丰富的老工程师在跟你拉家常。开篇几章，作者似乎特别注重培养读者的“机械直觉”。比如，他没有急着去定义应力和应变，而是用了一系列非常生活化的例子来解释“受力”和“变形”的概念，比如你用手拧一个螺丝，或者用锤子敲击一个金属块时，内部发生了什么。我记得有一段讲到材料的韧性和脆性，作者居然拿我们平时吃的苹果和干脆面做了类比，形象到让人瞬间就能理解其中的区别。这种自下而上的教学方法，非常适合我们这些初次接触机械工程领域的人。它更像是在搭建一个思维框架，让你在后续学习那些专业术语之前，心里已经有了一个模糊但正确的认知。更让我欣赏的是，这本书的排版非常人性化，图文结合得恰到好处，很多关键概念的图示都清晰明了，没有那种把所有信息一股脑塞进来的压迫感。整体来说，这前期的铺垫工作做得扎实而巧妙，为后续深入学习打下了坚实的基础。

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