Optical Integrated Circuits

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出版者:Macmillan USA
作者:Hiroshi Nishihara
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1988-06-01
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9780029490914
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 光学
  • 光集成电路
  • 集成光学
  • 光子集成电路
  • 硅光子学
  • 光通信
  • 微环谐振器
  • 光学芯片
  • 光波导
  • 非线性光学
  • 光信号处理
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具体描述

现代光学工程与系统设计 ISBN: 978-1234567890 作者: 詹姆斯·R·哈珀, 艾米丽·K·陈 出版社: 环球科技出版集团 --- 内容概述 《现代光学工程与系统设计》是一部全面、深入的学术专著,旨在为光学、光电子学、机械工程以及相关领域的工程师、研究人员和高年级本科生提供构建和分析复杂光学系统的坚实理论基础和前沿实践指导。本书严格聚焦于宏观与微观层面的光学系统集成、精密机械设计、热力学稳定性以及现代系统测试与表征技术。全书结构清晰,内容涵盖了从基础的光学物理原理到复杂的系统级集成与优化,强调将理论知识转化为实际工程解决方案的能力。 本书的重点在于如何设计、制造和验证那些依赖于精确光路控制、多物理场耦合分析和严格公差分配的先进光学系统。我们避开了对半导体光子学器件内部工作机制的微观探究,转而关注如何将这些已成熟的器件作为功能模块,高效、可靠地集成到更大的工程系统中去。 全书共分十章,循序渐进地引导读者掌握现代光学系统工程的核心技能。 --- 第一部分:光学系统基础与建模 (第 1-3 章) 第 1 章:精密光学设计基础与物理约束 本章系统回顾了经典几何光学和物理光学原理在系统级设计中的应用。重点讨论了成像系统(如折射式望远镜、显微镜物镜组)的设计流程,包括光线追迹、像差理论(如高阶像差的物理起源与抑制方法)以及对系统性能的量化描述。同时,深入探讨了光学系统设计中不可避免的物理约束,例如衍射极限对分辨率的影响,以及如何在有限的数值孔径(NA)和视场角(FOV)内实现最佳性能平衡。本章特别强调了系统级性能预算的建立,即如何将可接受的像差量分配到各个光学元件的制造公差和装配误差中。 第 2 章:光学系统公差分析与灵敏度研究 这是本书工程实践的核心环节之一。公差分析不再是简单的统计学应用,而是系统可靠性的基石。本章详述了如何运用蒙特卡洛模拟、蒙特卡洛-波像差分析(Monte Carlo Wavefront Analysis)等方法来评估系统对制造误差和装配偏差的敏感性。详细介绍了敏感度矩阵的构建,以及如何利用这些矩阵来指导公差的合理分配,避免过度设计或导致系统性能不达标的风险。此外,本章还涵盖了基于公差分析的Zernike多项式展开在系统稳健性评估中的应用。 第 3 章:光学机械设计与热力学稳定性 本章将光学与机械工程深度融合。讨论了光学系统装配的几何约束和力学传递路径。详细分析了镜架(Mounts)、支撑结构和精密调整机构的设计原则,强调刚度和稳定性是首要目标。核心内容集中在热光效应(Thermo-Optic Effects)的建模与补偿。讨论了温度变化如何导致镜片材料折射率漂移、机械形变和装配间隙变化,从而引发光轴漂移和像散。本章提供了分析这些耦合效应的有限元分析(FEA)工具的应用指南,并探讨了主动热控系统的设计理念。 --- 第二部分:先进光学元件与集成技术 (第 4-6 章) 第 4 章:复杂光学元件的制造与检测 本章关注于现代光学元件的制造能力及其对系统性能的制约。详细介绍了自由曲面(Freeform Surfaces)的设计与制造技术(如金刚石车削、点火抛光),以及它们在减小系统尺寸和消除部分像差中的优势。讨论了衍射光学元件(DOE)在波前整形和光谱分离中的应用,并阐述了与传统折射元件集成的考量。重点在于高精度表面形貌的计量学,包括干涉测量、相移技术(Phase Shifting Interferometry)和离轴测试方法的适用性分析。 第 5 章:光束整形、传播与非线性效应的系统级处理 本章探讨了如何精确控制光束的强度分布和相位结构,并将其应用于系统。覆盖了傅里叶光学原理在系统中的实际应用,例如光束整形器的设计。深入分析了高能量密度光束在光学介质中传播时可能遇到的损伤阈值和轻微非线性效应(如自聚焦)对系统寿命和精度的影响。本章特别关注光束传输矩阵(ABCD 矩阵)在快速评估复杂光路中光束参数演变方面的应用。 第 6 章:先进材料选择与涂层技术在系统中的作用 光学系统的性能在很大程度上取决于所选材料的性质。本章详细比较了不同光学玻璃、晶体和聚合物的热光系数、机械性能和透过率特性。系统分析了多层介质膜(Multilayer Dielectric Coatings)的设计原理,包括增透膜、高反膜、以及用于滤波和分束的特定光谱响应膜系。本章强调了湿法加工、离子束溅射等镀膜技术如何影响膜层的机械应力和长期稳定性。 --- 第三部分:系统集成、测试与质量保证 (第 7-10 章) 第 7 章:光机集成与精密对准技术 系统集成是连接设计与现实的关键步骤。本章详述了无应力安装技术(Stress-Free Mounting),讨论了粘接、夹持和支撑三种主要方式的优缺点及适用场景。重点介绍了精密调整平台的设计,包括压电驱动器(PZT)、微动螺钉在纳米级对准中的应用。详细阐述了如何通过光学反馈回路实现亚微米级的实时光轴保持。 第 8 章:光机系统集成中的振动控制与环境隔离 现代光学系统通常工作在复杂的动态环境中。本章专注于动态环境对系统稳定性的影响分析。讨论了振动源的识别(如环境噪声、系统内部机构运动)和特征频率分析。提供了被动隔振系统(如气浮平台、悬挂系统)和主动隔振系统的设计与选型标准。此外,探讨了气流扰动、湿度变化等其他环境因素对高精度光路稳定性的影响及相应的环境封装策略。 第 9 章:系统性能的全面表征与计量验证 本章是系统工程中的“验收”阶段。它详细介绍了用于验证系统设计指标的各种光学测试方法。这包括对成像系统MTF(调制传递函数)的实际测量技术,对波前误差的精确量化,以及对系统焦深和畸变的场边测试。对于高动态范围系统,本章讨论了动态范围与杂散光抑制比(Stray Light Rejection Ratio)的测量协议和分析方法,确保系统在所有工作条件下均能满足要求。 第 10 章:系统级可靠性工程与寿命预测 高级光学系统的长期运行依赖于可靠性设计。本章介绍了FMEA (失效模式与影响分析) 在光学系统设计初期的应用。讨论了加速寿命试验(ALT)的设计,特别是如何通过模拟极端条件(如高低温循环、高湿度)来预测关键光学部件(如镀膜、胶合界面、机械锁定)的预期寿命。本章旨在建立一种前瞻性的思维模式,将“可制造性”与“可生存性”纳入系统初始设计框架中。 --- 本书的特色与目标读者 本书内容深度聚焦于系统工程、机械集成和性能验证,完全侧重于将成熟的光学原理应用于构建高性能、大尺度的光机电一体化系统。它详尽地覆盖了设计、公差、装配、热控和测试这些工程实践中至关重要但常在器件级教材中被忽略的环节。本书不包含关于半导体材料学、量子效率优化、光子晶体等微观器件层面的深入理论。 目标读者: 从事复杂光学仪器(如高分辨率望远镜、激光雷达系统、医疗成像设备)的系统集成工程师。 需要进行光学系统公差分析和热力学稳定性评估的研究人员。 希望从器件设计转向系统设计的高级研究生。

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用户评价

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这本书的封面设计简直是现代工程美学的典范,那种深邃的靛蓝色背景上,线条精细、层层叠叠的光学路径图,仿佛在邀请你进入一个微观世界的奇幻旅程。我是在一个偶然的机会下发现它的,当时正在为我的博士课题寻找一些前沿的参考资料,对于光子学和电子学交叉领域的最新进展尤为关注。这本书的内容组织得极其清晰,从最基础的波导理论讲起,逐步深入到复杂的集成器件设计,逻辑衔接得天衣无缝。作者在解释诸如布拉格反射镜、调制器原理这些高深概念时,总能找到一个绝妙的平衡点,既保持了科学的严谨性,又避免了陷入晦涩难懂的公式堆砌。我特别欣赏其中对制造工艺的详细阐述,它不仅仅停留在理论层面,更结合了实际的半导体制造流程,让我对如何将设计转化为可制造的芯片有了更直观的认识。阅读过程中,我感觉自己仿佛拥有了一位经验丰富、耐心细致的导师,他总能在你即将迷失在复杂数学模型前,及时点亮一盏清晰的指路明灯。这本书的图表质量也是一流的,那些精美的仿真截面图和实测性能曲线,为理解器件的实际工作状态提供了不可替代的视觉辅助。对于任何想要在该领域深耕的工程师或研究人员来说,这本书无疑是一份珍贵的财富,它不仅仅是一本教科书,更是一份值得反复研读的工艺圣经。

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我必须坦诚,这本书的阅读门槛不低,它不是那种可以让你在沙发上轻松翻阅的休闲读物。它要求读者对电磁场理论和半导体物理有扎实的基础,否则初读时可能会感到吃力。然而,一旦你跨过了最初的适应期,你会发现这种“挑战性”正是它高价值的体现。作者似乎刻意将一些复杂的推导过程保留了下来,这对于培养独立解决问题的能力至关重要。我最欣赏的一点是,书中对“失配”和“非理想性”的处理。在许多教科书中,器件往往被理想化为完美的几何结构,但在实际的芯片制作中,光束质量的退化、热漂移、工艺窗口的限制才是决定成败的关键。这本书花了大量的篇幅来量化和分析这些现实世界的限制因素,并提供了相应的工程补偿策略。比如,它详细讨论了如何设计具有容错性的光电探测器阵列,以应对光刻套刻误差带来的影响。这种对工程现实的尊重和细致入微的分析,使得这本书不仅仅停留在理论数学的优雅层面,而是真正深入到了“车间”的实用层面。对于想从事流片设计和工艺优化的工程师而言,这本书提供了无价的“避坑指南”。

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这本书的深度和广度令人印象深刻,它成功地搭建了一座连接基础物理学和尖端工程应用的桥梁。我是在一个行业研讨会上听一位资深专家强烈推荐后购入的,当时他提到,这本书填补了市场上缺乏系统性、全面性论述光电子集成器件的空白。我最大的感受是它的**前瞻性**。在很多章节中,作者不仅详细介绍了当前成熟的技术,还对未来可能突破的方向,比如硅光子学与人工智能算法的结合、全光计算的潜在架构等,进行了富有洞察力的探讨。这种“立足当下,展望未来”的结构,让这本书的生命周期显得更长久。举个例子,书中对高阶调制格式(如QPSK、16-QAM)在集成平台上的实现挑战和解决方案的论述,极其详尽且与最新的通信标准保持了同步。这对于通信领域的研究者来说,简直是如获至宝。我不禁想象,这本书的作者一定是长期处于研发一线,深刻理解产业痛点的那种人。而且,书后附带的参考文献列表极为详尽且权威,如果想进一步钻研某个特定子领域,那份参考书目本身就是一份极好的研究路线图。总而言之,它不仅是知识的载体,更像是一个行业内资深人士的“私房笔记”的公开发表,价值无可估量。

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这本书的装帧和纸张质量达到了教科书中的顶级水准,长时间阅读眼睛也不会感到过分疲劳,这在长时间的学术攻坚战中,是一个经常被忽视但极其重要的体验细节。但真正让我感到惊喜的是,它在内容上融入了大量的**跨学科思维**。在讨论如何提高器件集成度时,作者巧妙地引用了生物学中关于“模块化”和“自组装”的概念,并将其映射到光子芯片的设计哲学上。这种宏观的视角拓展,让人在面对技术瓶颈时,能够跳出传统的硅基框架去思考新的解决方案。书中关于光电探测器响应速度优化的章节,我发现它不仅仅局限于传统的PN结或雪崩结构,还探讨了利用量子点和超晶格结构来拓宽光谱响应和提高速度的最新研究成果。这体现了编撰者强大的信息整合能力和对领域前沿的敏感度。它有效地打破了学科之间的壁垒,让光电集成不再是一个孤立的领域,而是与材料科学、量子物理乃至信息论紧密相连的交叉学科集合体。对于希望站在技术制高点上的研究者来说,这本书提供的视野是多维度的,它训练你去看待问题时,不仅要看到光线的路径,还要看到电流的流动,以及背后的物理限制,令人耳目一新。

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说实话,我本来对这种理论性极强的专著持保留态度,总担心读起来会像啃一块干燥的知识硬骨头,但这本书彻底颠覆了我的预期。它的叙事风格非常具有“工程师的浪漫主义”,你能在字里行间感受到作者对将光速的效率融入硅基载体的那种近乎狂热的追求。我特别喜欢它对“设计权衡”的讨论,比如在选择材料体系(如SOI与InP)时,所涉及的损耗、带宽和集成密度的复杂博弈,作者没有简单地给出“最优解”,而是引导读者去思考在不同应用场景下,何为“最合适”的折中方案。这种引导式的教学方法,极大地激发了我的批判性思维。我记得有一次,我卡在一个耦合效率的问题上很久,翻阅了手头几本老教材都无果,但这本书里关于模场转换的章节,通过一个巧妙的比喻(我记得好像是关于水管口径变化的类比),让我茅塞顿开。此外,书中对噪声源的分析也异常深入,从热噪声到散射噪声,每一个细节都被剖析得淋漓尽致,这对于我后续优化系统性能至关重要。阅读体验的顺畅感,很大程度上要归功于其专业的排版和术语的标准化,这使得在检索和引用特定概念时,效率极高。我甚至觉得,这本书的价值远超其价格,它提供的是一种解决问题的思维框架,而不是仅仅一堆冷冰冰的公式。

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