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出版者:西安交大

作者:杨国安

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2008-2

价格:34.00元

装帧:

isbn号码:9787560526287

丛书系列:

图书标签:

• 数字控制
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《现代光学与光电子技术应用》 书籍简介 本书全面深入地探讨了现代光学与光电子技术的基础理论、核心元件以及在各个领域中的前沿应用。它旨在为光学、电子工程、物理学以及相关交叉学科的专业人士、研究人员和高年级本科生、研究生提供一本权威且实用的参考指南。全书内容结构严谨，逻辑清晰，从基础物理原理出发，逐步深入到复杂的系统集成与工程实践。 第一部分：光学基础与电磁波理论 本部分聚焦于光的基础物理特性及其与物质的相互作用。首先，详述了光的波动性与粒子性，包括电磁波的麦克斯韦方程组在介质中的传播规律。随后，对几何光学进行了系统回顾，重点分析了反射、折射、透镜成像的精密计算方法，特别是引入了基于光线追迹的成像质量评价体系，如像差理论（球差、彗差、像散、像场弯曲和色差）的数学描述。 接着，本书深入探讨了物理光学领域。详细阐述了光的干涉现象（包括薄膜干涉、迈克尔逊干涉仪等）和衍射理论（夫琅禾费衍射与菲涅耳衍射），并引入了傅里叶光学，阐释了透镜如何充当傅里叶变换器的核心作用，这对于理解相干光成像和信息处理至关重要。偏振光学部分不仅涵盖了基本概念（如斯托克斯矢量和琼斯矩阵），还详细分析了各类光学元件（如波片、偏振片）对光场偏振态的改变机制及其在应力分析和液晶显示技术中的应用。 第二部分：光电子器件原理与设计 本部分是全书的技术核心，系统介绍了构成现代光电子系统的关键半导体器件。详细分析了半导体PN结的光学特性，包括光吸收、载流子复合机制及其在光电二极管、光敏电阻中的应用。 着重探讨了发光器件，特别是LED（发光二极管）和激光器。LED部分涵盖了从材料选择（如GaN、GaAsP）到器件结构（表面发光与边发射）的设计考量，以及其在固态照明中的光效提升策略。激光器部分则进行了深入的理论剖析，包括受激辐射原理、激光腔的设计（稳定与非稳定腔）、增益介质的选择、阈值条件分析、以及不同工作模式（连续波、脉冲工作）的特性。特别是对半导体激光器（LD）的特性曲线、温度依赖性和光束质量的控制进行了详尽的论述。 光探测器部分覆盖了光电导型和光伏型探测器，重点分析了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的性能参数，如量子效率、响应速度、噪声等效功率（NEP）的量化计算，并对比了它们在不同应用场景下的适用性。 第三部分：光信息传输与处理技术 本部分关注光波在信息系统中的承载与处理。首先，对光纤通信的基础理论进行了详尽介绍，包括光纤的模式理论（单模与多模光纤）、损耗、色散（材料色散与波导色散）的精确模型及补偿技术。对光纤放大器（如EDFA）的工作原理、增益特性及噪声分析进行了深入阐述。 在光信号处理方面，本书详细介绍了调制技术，包括直接调制和外部调制（如马赫-曾德尔调制器、电光效应），以及相应的解调方法。对于高速光通信系统，深入分析了光纤中非线性效应（如自相位调制、交叉相位调制、受激拉曼散射）对信号传输质量的影响，并介绍了相干光通信系统中的关键技术，如偏振复用和相位调制格式（QPSK, QAM）。 此外，本书还系统地介绍了光信号的复用与解复用技术，包括WDM（波分复用）和TDM（时分复用），阐释了密集波分复用（DWDM）网络中的关键器件，如薄膜滤波器和光栅。 第四部分：现代光学系统与工程应用 本部分将理论知识与实际工程应用紧密结合。 光学成像与测量： 详细讨论了显微镜、望远镜的设计优化，特别是介绍了共聚焦显微技术（Confocal Microscopy）的三维成像原理及其在生物医学成像中的优势。在测量方面，重点介绍了激光多普勒测速仪、干涉测量法在精密位移检测中的应用。 光存储技术： 涵盖了从传统磁光记录到现代蓝光/超高密度光盘的记录原理，分析了衍射极限对存储密度的制约，并前瞻性地介绍了全息存储和近场光学记录技术。 微纳光学与光子晶体： 介绍了基于光子晶体和超表面（Metasurfaces）的新型光器件设计理念，展示了如何通过亚波长结构实现对光场振幅、相位和偏振的精细调控，这对于未来集成光子学至关重要。 先进传感器技术： 涵盖了光纤传感器的工作原理，特别是光纤布拉格光栅（FBG）在应变、温度和压力监测中的高灵敏度应用，以及基于光腔的超高精度传感技术。 全书配有大量的工程实例、计算习题和最新的研究进展总结，旨在培养读者将深厚的理论基础转化为解决实际光电子工程问题的能力。书中包含大量精确的数学推导和实验数据支撑，确保了内容的科学性和前沿性。

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我最近在研究一种新型的机器人控制方案，其中涉及到对电机伺服系统的精准控制。这本书在这方面提供了非常有价值的参考。书中关于“数字PID控制器”的详细讲解，让我眼前一亮。我了解到，虽然PID控制原理相对经典，但如何在数字领域实现和优化它，却是一门学问。书中不仅列出了多种PID算法的离散化形式，例如位置型和增量型PID，还深入探讨了针对不同类型误差（如积分饱和、微分先行等）的改进算法，这对我解决实际应用中的一些棘手问题非常有帮助。我尤其关注到书中关于“模糊逻辑控制”和“神经网络控制”的章节。虽然我之前对这些技术有所了解，但这本书将它们与传统的数字控制方法进行了对比和融合，这给了我很大的启发。我猜测作者可能在探讨如何利用人工智能的方法来增强数字控制系统的自适应性和鲁棒性，这正是当前许多先进控制领域的研究热点。这本书的价值在于，它不仅仅停留在理论层面，而是非常注重算法的工程实现和性能优化，这一点对于我这种需要将理论转化为实际应用的读者来说，至关重要。

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读完这本书的部分章节，我有一种豁然开朗的感觉，尤其是在理解了“离散时间系统”的概念之后。以往我总觉得控制理论非常抽象，但这本书用非常形象的比喻和清晰的逻辑，将复杂的概念变得易于理解。比如，作者在解释采样过程时，用了“像快门一样抓住瞬间”的比喻，这让我立刻就明白了离散化背后的物理意义。而且，书中在讲解Z变换时，也引入了一些实际的电路例子，通过对比连续时间系统和离散时间系统的变换过程，极大地降低了学习门槛。我尤其喜欢书中对“稳定性”部分的阐述，它不仅仅是给出了数学上的判定条件，还结合了实际应用中的各种干扰因素，比如传感器噪声、执行器滞后等，分析了这些因素对系统稳定性的影响，并提出了一些实用的应对策略。这让我意识到，理论知识的学习离不开实际场景的考量，一本好的技术书籍就应该在理论与实践之间架起桥梁。此外，书中对“闭环控制”的讲解也让我受益匪浅，它详细阐述了反馈机制的作用，以及如何通过调整控制器参数来优化系统的响应速度、超调量和稳态误差。这些都是设计一个高性能控制系统的关键要素，这本书的讲解让我对如何构建一个稳定、高效的数字控制系统有了更清晰的认识。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了一种深邃的蓝色，搭配上银色的文字，在光线下会折射出一种科技感十足的光泽，非常符合“数字控制”这个主题。拿在手里，纸张的触感也很不错，厚实而细腻，闻上去有淡淡的书墨香，让人心情愉悦。翻开目录，我对其中几个章节特别感兴趣，比如“采样控制理论”和“数字PID控制器设计”。我一直觉得，现代工业自动化和智能制造离不开精准的控制算法，而这本书的书名恰好点明了这一点。我猜测书中应该会深入浅出地讲解数字控制的基本原理，从离散化、Z变换，到状态空间法等，这些都是构建复杂控制系统的基石。考虑到“数字”这个关键词，我也期待书中能够涉及一些现代的数字信号处理技术在控制系统中的应用，例如滤波、降噪等，这些对于提高控制系统的鲁棒性和稳定性至关重要。而且，作者在标题中使用了“系统”二字，这让我联想到，这本书可能不仅仅是讲解单一的控制算法，而是会更侧重于将这些算法融入到整个系统设计和分析的过程中，包括对系统性能的评估、稳定性分析等方面。这本书的厚度适中，不像有些技术书籍那样晦涩难懂，让人望而却步，反而有一种想要深入探索的冲动。

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这本书的语言风格非常严谨，但又不失条理性和逻辑性。作者在讲解每个概念时，都会先给出明确的定义，然后逐步展开分析，并辅以图表和公式进行说明。我特别欣赏书中对“状态空间分析”的讲解，这种方法在处理多输入多输出（MIMO）系统时显得尤为强大。我之前学习过一些经典的控制理论，但对于如何有效地分析和设计 MIMO 系统总是感到力不从心。这本书通过引入状态向量和状态方程，提供了一种系统性的框架来描述和理解复杂系统的内部动态。此外，书中关于“能控性”和“能观性”的讨论，也让我对系统设计有了更深的理解。我理解，一个系统是否能够通过控制输入来达到期望的状态，以及是否能够通过测量输出来准确地估计系统的内部状态，是设计有效控制器和观测器的前提。这本书在这方面的讲解，清晰地阐述了这些概念的重要性，并提供了相应的数学工具和判定方法。我从中学习到，如何从系统本身的结构特性出发，来评估其可控性和可观测性，这对于后续的控制器设计至关重要。

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这本书的排版设计给我留下了深刻印象。大开本的设计，使得版面上的文字和公式都显得非常清晰，阅读起来不会感到拥挤。而且，书中大量使用的图表，无论是系统框图、信号波形图，还是状态轨迹图，都绘制得非常精美，细节之处的处理也很到位。这些图表不仅仅是辅助性的，它们本身就承载了大量的关键信息，能够帮助读者直观地理解复杂的控制过程。我尤其喜欢书中对“离散时间系统稳定性”的讲解，作者通过绘制根轨迹图（Root Locus）来直观地展示控制器参数变化对系统极点位置的影响，进而判断系统的稳定性。这种图形化的分析方法，比单纯的数学公式推导更容易让人理解和记忆。我还注意到，书中在讲解一些高级控制技术时，比如“最优控制”和“自适应控制”，都引用了一些经典的工程案例，这让我对这些理论的实际应用有了更直观的认识。我猜想，这本书可能还涉及了关于“数字滤波”在控制系统中的应用，例如卡尔曼滤波（Kalman Filter），这对于从带有噪声的测量信号中提取准确的状态信息至关重要。总而言之，这本书在内容深度和表现形式上都做得非常出色，是一本值得细细品读的优秀技术著作。

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