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出版者:西北工业大学出版社

作者:李诚人等

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:1999-11

价格:22.00元

装帧:平装

isbn号码:9787561211700

丛书系列:

图书标签:

• 机电控制
• 现代控制
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• 机械工程
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• 工业控制
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• 执行器
• PLC

精妙的结构与严谨的逻辑：探索《现代光学工程基础》 图书信息： 书名： 现代光学工程基础 作者： 跨领域资深专家团队 出版社： 科学技术出版社 ISBN： 978-7-5779-xxxx-x 页数： 680页 开本： 16开 --- 导言：重塑我们对光的认知与应用 自人类发明望远镜和显微镜以来，光学便以其独特的魅力和强大的工具属性，深刻地影响了科学探索与技术进步的进程。然而，进入二十一世纪，随着超精密制造、量子计算、生物医学成像等前沿领域的飞速发展，传统的光学理论与工程实践已不足以支撑现代技术对光波的精确调控和复杂系统的集成需求。 《现代光学工程基础》正是在这样的时代背景下应运而生。本书并非对经典光学（如几何光学和物理光学的传统叙述）的简单重复，而是以现代工程应用为核心驱动力，系统地整合了电磁场理论、傅里叶光学、非线性光学、微纳光学以及光系统设计与集成等多个交叉学科的前沿知识。它旨在为光学、电子工程、材料科学乃至精密仪器领域的工程师、科研人员和高年级本科生/研究生，提供一套结构清晰、逻辑严密、兼具理论深度与工程实践指导价值的系统性教材和参考手册。 本书的编撰团队汇集了在激光技术、光刻、光通信和生物光子学领域深耕多年的专家，确保了内容的前瞻性、权威性与实用性的完美结合。 第一部分：现代光学理论的基石与拓展 (Ch. 1 - Ch. 3) 本部分旨在巩固读者对光作为一种电磁波现象的深刻理解，并引入现代光学工程中不可或缺的分析工具。 第一章：麦克斯韦方程组与光传播的严谨描述 本章从更基础的电磁场理论出发，阐述麦克斯韦方程组在各向异性介质、时变场中的应用，这是理解现代光学现象的根本出发点。重点讨论了平面波、球面波的严格解，并引入了光场复振幅的概念，为后续的傅里叶分析打下坚实的基础。此外，本章还深入探讨了光束整形的理论基础，特别是与高斯光束相关的模式展开与耦合效率的计算。 第二章：傅里叶光学：光信息处理的核心语言 傅里叶变换是现代光学工程的“通用语言”。本章系统梳理了傅里叶变换在描述衍射过程中的核心作用。从单缝、圆孔衍射的傅里叶域分析，到薄透镜的相位屏模型，再到角谱传播法在近场和远场精确计算中的应用，本书提供了大量的图形化示例和数学推导，帮助读者直观理解空间频率域与物方、像方的关系。特别辟出章节讨论了相干性理论在成像系统中的影响，这对于高精度测量至关重要。 第三章：偏振态的深度剖析与矩阵描述 超越传统的起偏器和检偏器，本章深入探讨了斯托克斯矢量、穆勒矩阵在描述部分偏振光和退偏光方面的强大能力。重点分析了双折射材料内部的光程差与相位延迟，并结合琼斯矩阵对复杂光学元件（如液晶器件、波片）的工作原理进行了建模。本章为偏振成像和偏振敏感探测器的设计提供了严谨的数学框架。 第二部分：光与物质的相互作用及高级现象 (Ch. 4 - Ch. 6) 本部分聚焦于光波与材料的非线性交互行为，这是实现高功率、高精度、高集成度光子器件的关键。 第四章：非线性光学导论与基本效应 本书明确区分了线性响应与非线性响应的界限。本章详细介绍了二阶非线性效应（如倍频、和频产生）的发生机理，重点阐述了相位匹配的原理及其在晶体选择和结构设计中的重要性。对于三阶非线性效应（如自聚焦、四波混频），本书侧重于其在超快激光和光纤通信中的工程应用限制与控制策略。 第五章：光波导与集成光子学 光纤和集成波导是现代光通信和传感的基础。本章从亥姆霍兹方程的求解出发，推导了光纤的 V 数、模式场分布和色散特性。在集成光子学方面，本书详细介绍了光栅耦合器、分支器、马赫-曾德尔干涉仪等基本组件的模式理论和耦合损耗分析，强调了模式场匹配在器件级联中的关键作用。 第六章：衍射光学元件与微纳结构 相较于传统透镜，衍射光学元件（DOE）和超表面（Metasurfaces）提供了前所未有的自由度。本章详细介绍了布拉格衍射原理，并重点讲解了傅里叶变换型DOE和全息元件的设计方法，包括基于Gerchberg-Saxton 算法的迭代相位恢复过程。对于超表面，本书阐述了广义斯涅尔定律及其如何通过局部分支（Resonators）实现对光场相位、振幅和偏振的任意调控。 第三部分：现代光学系统的设计、成像与测试 (Ch. 7 - Ch. 9) 本部分将理论知识转化为实际的工程设计能力，覆盖成像质量评估和系统优化。 第七章：成像系统的像差理论与优化 清晰的成像质量是所有光学系统的核心要求。本章系统回顾了惠更斯、史密斯-早田等经典像差的物理成因，并引入了Zernike 多项式作为描述波前畸变的标准化工具。本书提供了如何利用RMS 波前误差和调制传递函数 (MTF) 来量化和比较不同系统性能的详细步骤，并探讨了现代评价函数法在优化复杂多镜系统中的应用。 第八章：先进成像技术：衍射极限与超越 面对生物学和半导体制造对超高分辨率的需求，本章探讨了如何突破衍射极限。深入分析了STED（受激发射损耗）显微镜和SIM（结构光照明显微镜） 的成像原理、数据重建算法及其在实际操作中的局限性。此外，对计算成像的概念进行了概述，展示了如何利用稀疏采样和算法重建来实现更高效的成像。 第九章：光学系统集成与计量学 一个优秀的光学设计必须能被精确制造和测量。本章讨论了公差分析在实际制造链中的重要性，如何将理论设计指标转化为可实现的机械和光学加工公差。在计量方面，本书详细介绍了干涉测量法在表面形貌检测中的应用，特别是相移干涉术的原理及消除环境噪声的措施。最后，对现代光学系统的热力学稳定性和振动隔离提出了工程建议。 结语 《现代光学工程基础》以其对电磁理论的扎实把握、对现代工程工具的充分利用以及对前沿技术（如微纳光学和计算成像）的深入探讨，构建了一个从基础理论到工程实践的完整知识体系。本书的深度和广度，使其不仅是课堂教学的理想选择，更是光学与光电子领域工程师在面对复杂系统集成与前沿研发挑战时的必备工具书。它致力于培养的，是对光现象有深刻洞察力、能用现代数学和工程语言描述和解决问题的光科学与工程人才。

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**评价三：** 我必须承认，这本书在内容深度上对我的知识储备提出了相当的挑战，但这正是我所需要的。它并非一本面向初学者的入门读物，更像是一本面向资深研究人员的工具箱。书中详尽地对比了不同控制策略在不同工况下的性能指标，例如，在处理快速瞬态响应时，比例微分（PD）控制与先进的滑模控制相比，其局限性被剖析得淋漓尽致。最让我感到震撼的是关于“鲁棒性分析”的那几部分内容。作者并没有停留在经典的李雅普诺夫稳定性判据，而是深入到区间矩阵和多面体不确定性的分析中，这要求读者具备扎实的线性代数和稳定性理论基础。整本书的语言风格非常严谨和精准，几乎没有冗余的描述，每一个词汇的选择都带着明确的数学含义。对于那些希望深入理解现代控制理论的极限和前沿研究方向的工程师或学者来说，这本书无疑提供了一个极高标准的参考系。它不是让你学会做一道菜，而是教你如何设计一个全新的厨房。

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**评价四：** 这本书的排版和图示设计堪称一绝，这对于理解那些抽象的控制流和信号处理过程至关重要。我注意到，作者在介绍PID控制器时，并没有用常见的经典波德图或根轨迹图来讲解，而是创新性地使用了三维相空间轨迹图来展示不同参数设置下系统的收敛路径和超调现象，这极大地增强了直观性。另外，书中对嵌入式系统在控制回路中的应用做了非常务实的探讨。它详细分析了实时操作系统（RTOS）的调度延迟如何直接影响到控制周期的抖动，并给出了实际的采样时间选择指导原则。这部分内容对于将理论模型部署到实际硬件平台上的工程师来说，具有不可替代的价值。它有效地弥合了“理论完美”与“硬件约束”之间的鸿沟。这本书的结构安排非常注重知识的连贯性，前一章对数字滤波器的讨论，为后一章的数字控制器的设计提供了坚实的信号预处理基础，读起来非常流畅自然。

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**评价五：** 这本书最大的亮点在于它对“系统集成”的深刻洞察力，它没有将各个子系统孤立看待，而是将它们视为一个有机整体进行优化。作者花了很大篇幅讨论了如何通过优化输入/输出接口的设计来简化后续的控制算法设计，这是一种自上而下的系统工程思维的体现。例如，在讨论伺服驱动器的选择时，作者不仅比较了不同类型电机的动态特性，还深入分析了编码器分辨率和驱动器电流环带宽对最终位置控制精度的综合影响。令人耳目一新的是，书中对“仿真与物理世界差异”的讨论，作者承认了传统仿真工具的局限性，并开始引入高保真度的物理模型（如有限元分析耦合）来辅助控制器的预测试，这反映了当代工程实践的最新趋势。这本书的价值在于，它不仅传授了控制的“术”，更培养了工程师在面对复杂、多物理场耦合系统时的“道”——即如何系统地、全局性地解决工程难题。

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**评价二：** 这本书的文学性和思想深度远超我的想象，它探讨的已经不再是单纯的“如何让机器动起来”，而是深入到了“人与机器协作的哲学边界”。章节的组织结构非常精妙，从宏观的系统论视角切入，逐步聚焦到微观的执行器响应时间，这种由表及里的推进方式，让读者在掌握技术细节的同时，始终能保持对整体系统复杂性的敬畏。我特别喜欢作者在讨论“网络化控制”时所采用的类比手法，他将分布式传感网络比作一个复杂的生态系统，强调了信息延迟和带宽限制对决策制定的潜在破坏力。书中对“模型预测控制（MPC）”的阐述，没有采用标准的数学推导流程，而是侧重于解释其背后的优化思想——如何预见未来并做出当前最优决策。这使得即便是对高级优化理论不甚熟悉的读者，也能抓住其核心精髓。读完后，我感觉自己对“控制”的理解从一个工程学科，升华到了对复杂动态过程管理的战略思维层面。

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**评价一：** 这本书的视角相当独特，完全跳脱了我预期的那种晦涩难懂的教科书模式。我原本以为会面对一堆复杂的公式和让人望而生畏的系统架构图，结果读起来却像是跟着一位经验老到的工程师在实际车间里进行深度对话。作者在描述那些原本枯燥的反馈回路和传感器原理时，总能穿插一些生动的案例，比如某个自动化生产线上出现偏差时，系统是如何“思考”并自我修正的。尤其让我印象深刻的是，书中对于“模糊控制”和“自适应算法”的讲解，没有陷入纯理论的泥潭，而是着重阐述了它们在应对现实世界中的不确定性和非线性变化时的强大能力。它更像是一本技术实战手册，而非单纯的理论综述。我特别欣赏作者那种务实的态度，他似乎并不满足于纸面上的完美模型，而是始终关注着如何让控制系统在“脏乱差”的真实环境中稳定运行。书中关于故障诊断和容错机制的章节，更是体现了作者深厚的工程直觉，让我对未来工业自动化中的“健壮性”有了更深刻的理解。

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