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出版者:上海科文

作者:康小平

出品人:

頁數:244

译者:

出版時間:2007-6

價格:35.00元

裝幀:

isbn號碼:9787543932685

叢書系列:

圖書標籤:

• 激光
• 光束質量
• 光學
• 評價
• 測試
• 技術
• 激光技術
• 光學工程
• 精密光學
• 應用光學

《光學係統設計與優化》 第一章 緒論：現代光學係統麵臨的挑戰與設計哲學 本章將深入探討當代光學係統在性能、集成度和成本方麵的多重約束。從高分辨率成像到先進傳感技術，光學設計已不再僅僅是透鏡焦距和口徑的簡單疊加，而是涉及光綫追跡、像差理論、材料科學以及製造公差的復雜工程決策。我們將迴顧光學設計思想的演變，從早期的幾何光學近似到現代基於物理光學和數值仿真的全波分析。重點討論“香農-奈奎斯特”采樣定理在數字成像和光通信中的體現，以及衍射極限對係統性能設定的基本限製。此外，本章還將引入現代光學工程中的“係統級思維”，強調光學組件、機械結構和電子控製之間的相互依賴性。 第二章 幾何光學基礎與成像原理的深化 本章是理解光學係統工作方式的基石。我們將從費馬原理齣發，係統闡述光綫的傳播規律，包括反射定律和斯涅爾定律的嚴格推導。重點解析共軛焦點、放大率、視場角等基本概念，並利用矩陣光學（如ABCD矩陣）來描述復雜多鏡係統的光路傳遞特性，這對於快速評估復雜摺射和反射係統的可行性至關重要。 隨後，本章將詳細分析成像過程中産生的幾何像差：球差、彗差、像散、場麯和畸變。我們不僅將介紹這些像差的産生機理，更會深入探討如何利用阿貝數（Abbe Number）和阿貝正弦條件來指導材料選擇和初始鏡麵麯率的設計，以期在特定視場內校正或減小這些像差的影響。對於非球麵和自由麯麵，本章將簡要介紹其在校正復雜像差方麵的優勢及設計方法概述。 第三章 物理光學：衍射、乾涉與光波傳播 幾何光學在處理小孔徑效應和衍射現象時會失效。本章將轉嚮物理光學，從麥剋斯韋方程組齣發，介紹惠更斯-菲涅耳原理和傍軸波動光學理論。我們將重點分析光波在有限孔徑下的衍射效應，特彆是泊鬆斑（Airy Pattern）的形成及其對係統分辨率的決定性影響。 乾涉理論將在本章占據重要篇幅，包括薄膜乾涉（用於設計抗反射塗層和濾光片）和多光束乾涉（如法布裏-珀羅腔）。我們將詳細討論傅裏葉光學，闡明透鏡係統如何作為傅裏葉變換器，將物體的空間信息轉換到其傅裏葉平麵（即係統的後焦平麵）。這對理解空間濾波和全息技術的工作原理至關重要。 第四章 像質評價體係：調製傳遞函數（MTF）的精細分析 本章聚焦於現代光學係統性能量化的核心工具——調製傳遞函數（MTF）。我們將詳盡推導MTF的定義，闡明其與光學傳遞函數（OTF）和點擴散函數（PSF）之間的數學關係。重點分析理想光學係統與實際係統MTF麯綫的差異，以及不同像差（如球差、離焦）如何具體影響MTF在不同空間頻率上的錶現。 MTF的測量、模擬和優化是本章的實踐重點。我們將討論如何通過軟件仿真預測MTF，以及在實驗中如何使用自準直儀、乾涉儀和滾動條紋闆等設備來獲取係統的實際MTF數據。此外，本章還將對比MTF與其它像質指標（如RMS斑點半徑、Strehl比）的適用場景和優缺點。 第五章 鍍膜、散射與雜散光控製 即使是完美的透鏡係統，其性能也會受到材料本身和錶麵質量的嚴重製約。本章首先深入講解電磁波在介質界麵上的反射與透射理論，詳細介紹單層、雙層及增透膜（AR Coatings）的設計原理，包括優化特定波長範圍內的透過率和平衡不同光綫入射角的策略。 隨後，我們將探討錶麵粗糙度導緻的散射現象及其對係統對比度的影響。對雜散光的分析和控製是高動態範圍係統（如天文望遠鏡或生物顯微鏡）的關鍵。本章將係統地介紹雜散光的來源（如鏡麵反射、內部二次反射、孔徑光闌遮擋），並提供一係列工程實踐方法來抑製它們，包括黑化處理、遮光圈（Baffles）的布局設計和邊緣處理技術。 第六章 光機係統集成與公差分析 光學元件的設計完成隻是第一步，如何將它們精確地裝配到機械結構中是確保設計性能得以實現的決定性環節。本章將介紹光學係統裝配中的關鍵概念，如基準麵選擇、定位與夾持方式（如三點定位、側嚮壓緊）。 公差分析是本章的重中之重。我們將介紹將理想設計轉換為可製造産品的過程，包括對元件製造公差（麯率半徑、厚度、同心度、錶麵精度）和裝配公差（元件軸綫偏差、傾斜誤差）的量化評估。重點講解濛特卡洛分析法在預測實際批次係統性能分布方麵的應用，並指導讀者如何在保持係統性能的同時，閤理放寬公差以降低製造成本。 第七章 特種光學係統的設計考量 本章將拓寬視野，介紹在特定應用場景下對傳統光學設計提齣的特殊要求。內容涵蓋： 1. 遠心光學係統： 詳細分析其在機器視覺和精密測量中，如何消除物距變化對放大率的影響。 2. 變焦與主動光學： 探討變焦係統中的像麵浮動校正原理，以及自適應光學（AO）係統（如使用變形鏡和波前傳感器）在實時補償大氣湍流或係統像差中的應用基礎。 3. 自由麯麵在照明與集成中的應用： 介紹如何利用非對稱或非鏇轉對稱麯麵進行復雜光束整形（Beam Shaping），以實現更緊湊或高效的光能量分布。 第八章 展望：麵嚮未來的光學技術 本章對當前光學設計的前沿趨勢進行概覽。包括超錶麵（Metasurfaces）對傳統透鏡的顛覆性潛力、集成光子學的發展對光源和探測器的影響，以及人工智能（AI）在加速迭代光學設計流程中的新興作用。本章旨在啓發讀者思考如何應對下一代光電係統的集成化和小型化挑戰。

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我是一名光學工程專業的學生，目前正在進行一項關於激光雷達（LiDAR）係統的畢業設計。在設計過程中，我們遇到瞭一個關鍵問題，那就是如何選擇和評價用於激光雷達的激光光源。我們知道，激光雷達的探測距離、精度以及抗乾擾能力，很大程度上取決於激光的性能。而“光束質量”正是衡量激光性能的一個重要方麵。我一直在尋找一本能夠係統介紹激光光束質量評價方法的書籍，以便在設計中做齣最優化的選擇。這本書的齣現，恰好滿足瞭我的需求。我特彆關注書中關於各種光束質量評價標準，如高斯光束的橫模結構、準直性、發散角等內容。同時，我也希望瞭解在實際應用中，如何通過光學器件（如透鏡、反射鏡）來評估和改進激光器的光束質量，以及這些評價結果如何直接影響到激光雷達的掃描範圍、點雲密度和目標識彆能力。這本書為我的畢業設計提供瞭寶貴的參考，讓我能夠更深入地理解激光在遙感技術中的重要性。

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近期我沉迷於各種與光子學和量子信息相關的文獻，其中激光作為核心的載體，其質量的優劣直接影響到信息的傳遞效率和信息的純度。在量子通信領域，例如糾纏光子的産生和傳輸，對激光的單模特性、相乾性和穩定性有著嚴苛的要求，任何一點雜質或波動都可能導緻量子態的退相乾，進而影響通信的成功率。而“光束質量”的概念，在我看來，正是對這些特性的一種綜閤考量。我迫切想知道，在理論層麵，有哪些先進的模型和理論能夠精確描述和預測不同光束質量對量子信息過程的影響？在實踐層麵，又有哪些創新的實驗技術和評價方法，能夠對這些微觀的光束特性進行高精度測量和調控？ 我認為，這本書能夠為我提供一個更廣闊的視角，將我對量子信息的熱情與對激光技術的理解進行更深層次的連接，讓我能夠更好地把握激光在未來信息技術發展中的關鍵作用，並為我未來深入研究量子光學和光子技術奠定堅實的基礎。

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這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的印象，以一種深邃而科技感的藍色為主調，中央是抽象化的激光束光路圖，綫條流暢，仿佛能感受到能量在其中奔湧。我在書店裏隨機翻開，第一眼吸引我的是扉頁上的那句引言：“光之精粹，品質之衡。” 這句話本身就帶著一種哲學思辨的意味，讓我對激光光束質量的評價産生瞭一種超越單純技術層麵的好奇。我一直對激光技術在各個領域的應用非常感興趣，從醫療美容到工業製造，再到科學研究，激光都扮演著不可或缺的角色。而“光束質量”這個概念，在我看來，就像是激光的“血統證明”或者“身份證”，直接關係到它能否在復雜的應用場景中發揮齣最佳性能。我尤其關注那些關於如何量化和錶徵激光光束質量的章節，因為我知道，即使是同一款激光器，其光束質量也會受到工作狀態、環境因素等多方麵的影響，而精確的評價標準和方法，是確保激光應用穩定性和可靠性的基石。這本書給我一種感覺，它不僅僅是一本技術手冊，更像是引領讀者進入激光世界奧秘殿堂的一把鑰匙，讓我對這個原本有些抽象的概念充滿瞭探索的欲望。

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最近在研究高能激光在材料加工領域的應用，特彆是微加工和精細切割方麵。我瞭解到，激光光束的質量直接決定瞭加工的精度、效率以及材料錶麵的損傷程度。比如，想要實現納米級的刻蝕，對激光光束的聚焦能力、同軸度以及能量分布的均勻性有著極高的要求。而這些，都屬於“光束質量”範疇。我一直很好奇，有哪些先進的測量技術和儀器能夠捕捉到如此精細的光束特性？這本書的標題引起瞭我的極大興趣，因為它直接點齣瞭“光束質量評價”這個核心議題。我希望書中能夠深入探討各種評價指標的物理意義，以及它們與材料加工效果之間的內在聯係。例如，當光束的M²值偏高時，會對微納加工産生怎樣的具體影響？又有哪些方法可以用來優化激光器的輸齣，以獲得更高質量的光束，從而提升加工的整體水平？ 我相信這本書能夠為我提供理論上的指導和技術上的啓示，幫助我在追求更精細的材料加工工藝時，找到關鍵的突破口。

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最近在嘗試學習一些關於光學精密測量的方法，尤其是涉及到激光在光學器件測試中的應用。我之前接觸過一些基礎的光學理論，比如衍射、乾涉，也瞭解瞭一些常見的激光器類型，但對於如何係統地評價一束激光的“好壞”，一直感到有些模糊。這本書的齣現，就像及時雨一樣。我特彆想知道，在光學測試的實際操作中，有哪些關鍵的參數是必須要關注的？比如，峰值功率、能量密度、光束的指嚮穩定性，還有所謂的“M²因子”，這些概念在書裏是如何詳細闡述和講解的？ 我一直在思考，在設計和製造高精度光學儀器時，激光光束的質量直接影響到最終産品的性能指標，哪怕是很小的波動都可能導緻測試結果的偏差。所以，這本書中關於評價方法的論述，對我來說至關重要。我期待它能提供一些具體的操作指南，甚至是案例分析，讓我能夠將理論知識轉化為實際技能，從而在我的光學測量工作中更加得心應手，做齣更可靠的評估。

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