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出版者:

作者:Kaiser, Kenneth L.

出品人:

页数:2568

译者:

出版时间:2004-9

价格:$ 237.24

装帧:

isbn号码:9780849320873

丛书系列:

图书标签:

• 电磁兼容性
• EMC
• 电磁干扰
• EMI
• 信号完整性
• 电源完整性
• 屏蔽
• 滤波
• 测试
• 标准
• 设计

经典光学工程手册：原理、应用与前沿技术 作者： [此处可填写真实作者姓名或机构] 出版社： [此处可填写真实出版社名称] 出版年份： [此处可填写真实出版年份] --- 图书概述 《经典光学工程手册》是一部全面、深入且极具实践指导意义的工具书，旨在为光学工程师、物理学家、材料科学家以及相关领域的高级研究人员提供一个涵盖现代光学工程基础理论到尖端技术应用的权威参考平台。本书摒弃了对电磁兼容性（EMC）的专门探讨，而是聚焦于光波的产生、传输、调制、探测以及系统集成等核心光学议题。全书结构严谨，内容组织遵循从基础物理定律到复杂工程实现的逻辑顺序，确保读者能够建立起坚实的理论框架，并将其有效应用于实际问题的解决之中。 本书集合了多位在光学工程领域享有盛誉的专家学者的集体智慧，汇集了过去数十年间光学科学取得的重大突破和工程实践中的宝贵经验。其目标是成为一本能够陪伴工程师度过其职业生涯的案头必备工具书，无论是在学术研究、产品设计、还是系统故障排除中，都能提供即时且可靠的参考信息。 深度内容解析 本书共分为七大部分，涵盖了光学工程的各个关键维度： 第一部分：光学基础理论与材料科学（Foundational Optics and Materials） 本部分首先从电磁波的经典理论出发，详细阐述了光作为一种电磁波在介质中的传播特性。重点内容包括： 波动光学基础： 详细推导并讨论了惠更斯-菲涅耳原理、夫琅禾费衍射和瑞利-索末菲衍射的数学模型及其工程近似。深入分析了光束的传播特性，特别是高斯光束（Gaussian Beam）在近场和远场区域的精确描述。 几何光学与像差理论： 对基元光学元件（透镜、反射镜、棱镜）的设计原理进行了详尽的几何光学分析。系统地介绍了七种主要几何像差（球差、彗差、像散、场曲、色差等）的产生机制、量化指标（如RMS斑点尺寸）以及通过光学设计软件（如Zemax, Code V）进行优化消除的实用方法论。 光学材料科学： 深入探讨了光学材料的电磁响应特性，包括折射率的温度、压力和频率依赖性。详细分析了常用光学玻璃（如BK7, F2, 熔融石英）的光谱透过率曲线、阿贝数（Abbe Number）及其对色散特性的影响。同时，对晶体光学进行了概述，包括双折射现象、波片的设计与应用。 第二部分：激光源与光束控制（Laser Sources and Beam Control） 本部分专注于现代光学系统的核心——激光器技术，并探讨了如何精确控制光束的形态和指向。 激光器原理与分类： 全面覆盖了固体激光器（如Nd:YAG, 光纤激光器）、气体激光器（如HeNe, $ ext{CO}_2$）和半导体激光器（LD）的工作机制。重点分析了激光谐振腔的设计原理，包括稳定性和不稳定腔的判据，以及增益介质的受激辐射特性。 光束整形与传输： 讨论了如何使用无衍射光束（如贝塞尔光束）、平顶光束等特殊光束形态。详细介绍了空间光调制器（SLM）和微透镜阵列在光束整形中的应用。对于长距离传输系统，分析了大气湍流对光束质量的影响，并介绍了自适应光学（Adaptive Optics, AO）的基本结构和控制算法。 非线性光学（NLO）： 深入探讨了光与物质相互作用中产生的二次、三次谐波产生（SHG, THG）和参量下转换（OPO）过程。提供了设计高效倍频晶体和优化频率转换效率的实用指导。 第三部分：光学系统设计与成像（Optical System Design and Imaging） 本部分是连接理论与工程实践的关键桥梁，侧重于复杂光学系统的构建和性能评估。 成像系统设计： 详细介绍了望远镜（开普勒式、反射式）、显微镜（复消色差、无限远校正）和投影系统的设计流程。重点讲解了优化目标函数的建立，包括最小化RMS斑点、控制MTF（调制传递函数）在特定空间频率下的表现。 杂散光控制（Stray Light）： 提供了系统性的杂散光分析方法，包括蒙特卡洛光线追迹法和辐射度法。详细介绍了遮光罩、挡光板（Baffle）的设计规范，以及如何通过表面处理（如阳极氧化、亚光涂层）来降低内部反射。 公差分析与可制造性： 强调了将理想设计转化为可制造产品的过程。详细阐述了敏感性分析方法（如蒙特卡洛分析），用于评估制造公差（元件位置、表面精度、材料参数波动）对系统最终性能指标（如点扩散函数PSF）的影响，并提供了公差分配的工程准则。 第四部分：光探测与测量技术（Photodetection and Metrology） 本部分聚焦于光信号的获取、转换和精密测量技术。 光电探测器： 详细比较了半导体光电二极管（PIN, APD）、光电倍增管（PMT）和CCD/CMOS成像传感器的工作原理、响应特性和噪声模型。重点分析了信噪比（SNR）的瓶颈因素（如散粒噪声、暗电流噪声）。 干涉测量学： 深入讲解了迈克尔逊、菲索和马赫-曾德尔干涉仪的原理及其在精密光学元件面形检测中的应用。提供了相位测量干涉法（PDI）的高级算法，用于实现纳米级的形貌测量。 光谱测量与傅里叶变换光谱仪（FTS）： 讨论了光谱仪的色散元件（光栅、棱镜）选择标准，并对傅里叶变换光谱技术（基于Michelson干涉仪）在宽带信号分析中的优势进行了深入剖析。 第五部分：光学薄膜与表面工程（Optical Thin Films and Surface Engineering） 薄膜技术是现代光学实现特定功能的核心手段。 薄膜原理与设计： 详细介绍了薄膜的光学导引理论和矩阵方法。系统讲解了高反射镜（HR）、增透膜（AR）、分束镜（BS）和窄带滤光片（Notch Filter）的1/4波长、1/2波长多层膜设计。 沉积工艺与表征： 对真空蒸镀（Thermal Evaporation）、溅射（Sputtering）和离子束辅助沉积（IAD）等主流工艺进行了对比。探讨了薄膜应力、附着力和均匀性对最终光学性能的影响。 表面损伤与处理： 分析了激光诱导损伤阈值（LIDT）的概念及其测试方法。讨论了硬质涂层（如 $ ext{HfO}_2$, $ ext{SiO}_2$）的制备，以提高膜层的稳定性和耐用性。 第六部分：光纤与光通信（Fiber Optics and Communication） 本部分着眼于光在导波结构中的应用，特别是光纤通信领域。 光纤理论： 详细分析了单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）的导波模式（V数、有效折射率）。深入讨论了色散现象，包括模式色散、材料色散和波导色散，以及零色散波长的工程选择。 光纤元件与器件： 介绍了光纤耦合器、光环形器、光纤光栅（FBG）的制造原理及其在传感和滤波中的应用。 光通信系统： 概述了直接调制和外调制光源，以及PIN/APD探测器的性能指标。讨论了高速率系统中的非线性效应（如四波混频、自相位调制）对信号完整性的影响。 第七部分：前沿研究与新兴技术（Frontier Research and Emerging Technologies） 本部分展望了光学工程的未来发展方向。 超材料与负折射率光学： 介绍了人工结构对电磁波调控的原理，包括亚波长结构的设计，以及超透镜（Superlens）在突破衍射极限方面的潜力。 生物医学光学： 涵盖了光学相干层析成像（OCT）的基本原理，以及多光子显微镜在活体成像中的应用，重点讨论了荧光团的选择与光漂白效应。 量子光学工程： 简要介绍了光子源、单光子探测技术以及量子密钥分发（QKD）系统中的关键光学元件要求。 适用读者群体 本书内容深度和广度兼备，特别适用于以下专业人士： 1. 光学系统工程师： 需要进行新光学系统方案设计、性能评估和公差分析的从业人员。 2. 研发科学家： 从事激光技术、光电探测、先进光学材料研究的高级研究人员。 3. 研究生： 攻读光学工程、物理电子学、精密仪器等相关专业，需要系统学习光学设计理论和工程实践的硕士及博士研究生。 4. 仪器制造商与质量控制人员： 负责精密光学仪器的制造、装配和测试环节的技术专家。 本书的独特性与价值 与专注于电磁兼容性或单一子领域的专业书籍不同，《经典光学工程手册》以系统集成和工程实现为核心视角，提供了横跨几何光学、物理光学、材料科学和精密制造的完整知识链条。本书的价值在于其强大的实用性：每一个理论章节后都附有详细的工程案例分析和设计核算示例，直接将抽象的物理方程转化为可操作的设计参数。它避免了对电磁干扰和屏蔽的冗余讨论，而是将篇幅完全用于阐述如何构建、优化和制造高性能的光学系统。这是一本关于“如何让光按预期工作”的权威指南。

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老实说，这本书的价值体现在它对“边缘”问题的处理上。我们都知道，EMC设计中最难的往往不是那些教科书上标准的案例，而是那些处于技术前沿的、没有明确行业先例的新型应用场景。这本书似乎预见到了这一点，它花了不少篇幅讨论了诸如超高速串行数据链路的串扰分析，以及在新型封装技术下，电磁耦合路径的重新定义。我之前一直在为我们下一代产品中使用的某种新型高速连接器接口的EMC表现头疼，市面上的参考设计都显得力不从心。这本书中提供的关于“封装寄生参数对高频能量泄漏”的分析模型，虽然在实现上需要复杂的仿真工具辅助，但它为我指明了问题的根源所在——原来问题的核心在于某个被忽略的封装层级的通孔设计。这种前瞻性的洞察力，使得这本书的保质期似乎比其他任何一本同主题的书都要长久。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更是在教你“如何思考”未来的EMC挑战。

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这本书，说实话，拿到手里的时候，我其实是带着点怀疑的。毕竟市面上关于“电磁兼容”的书籍汗牛充栋，很多都写得晦涩难懂，或者内容陈旧，根本跟不上现在电子产品飞速发展的步伐。我当时最关心的是，它能不能真正帮我解决在实际项目设计中遇到的那些棘手的EMC问题，比如PCB布局上那些微妙的信号完整性与电磁辐射之间的平衡点，或者在屏蔽设计时如何精确计算衰减值。我花了整整一个下午的时间，挑了几个我最近踩过的“雷区”——例如高频开关电源的EMI抑制和汽车电子对瞬态干扰的防护——来检验这本书的实战价值。坦白说，有些章节的理论深度足以让我这个老手都得停下来琢磨一阵子，它没有那种为了凑字数而堆砌的空洞概念，而是用非常务实的工程语言，将复杂的物理现象拆解成可操作的步骤。特别是关于地线设计和滤波器的选型部分，给出的案例分析细致入微，让我对过去一些凭经验处理的做法有了更科学的认识。它更像是一位经验丰富的老工程师，坐在你旁边，手把手地指导你如何避开那些常见的陷阱。

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这本书的阅读过程，对我来说更像是一场深入的专业修炼，而不是简单的知识获取。我发现自己开始用一种更全局、更系统化的眼光去看待电子产品的设计流程。以前，EMC可能只是放在设计后期的一个“测试关卡”，需要返工修补。但读完这本书后，我明白了电磁兼容性必须贯穿于从架构定义到元器件选型、再到最终布局布线的每一个环节。书中关于“设计右移”（Design Right the First Time）的理念通过无数的工程实例得到了有力的支撑。我印象特别深的是，它用一种近乎哲学的笔触讨论了系统级EMC的复杂性，强调了系统层面的协同设计远比单纯优化单个电路板要重要得多。这本书的深度和广度，使得它不再是一本普通的参考手册，而更像是一部浓缩了多年工程智慧的“武林秘籍”。即便是偶尔翻到一些基础概念部分，也能从中品味出作者对这些基础知识在复杂工程应用中的深刻理解，读完后感觉自己的专业视野被极大地拓宽了。

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在我阅读体验中，这本书的叙事风格是极其严谨且具有逻辑性的，但这种严谨性丝毫没有削弱它的可读性，反而形成了一种独特的节奏感。它不像学术论文那样冷冰冰，而是像一位耐心的老师在引导你进入一个全新的知识领域。我最喜欢的部分是它对不同频率范围内电磁干扰源和传播路径的划分，这个框架结构清晰地帮助我构建了整个EMC问题的分析地图。例如，在处理低频磁场干扰时，它详尽地分析了磁屏蔽材料的饱和特性和最佳厚度选择；而在处理高频辐射问题时，则聚焦于传输线理论和缝隙辐射的建模。这种跨越不同物理尺度和频率范围的全面覆盖，让我感觉这本书提供的知识体系是完整的、闭环的。阅读过程中，我甚至会停下来，尝试自己动手推导书中的一些简化的公式，结果发现作者的推导过程清晰到几乎不需要二次解释，这极大地增强了我对这些电磁现象本质的理解，而非仅仅停留在“记住”结论的层面。

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这本书的排版和资料呈现方式，给我的第一印象是“扎实”。它不是那种追求花哨彩色图表的“咖啡桌读物”，而是那种你会希望放在工作台旁、随时可以翻阅的工具书。我特别欣赏它在概念引入上的循序渐进，从基础的麦克斯韦方程组在工程上的简化应用讲起，逐步过渡到具体的测试标准和标准解读。这对我这样的非专业出身，但需要在项目中负责EMC合规的人来说，简直是救命稻草。很多同类书籍在讲解测试规范时，往往只是简单罗列标准编号，让人摸不着头脑，而这本书似乎花了大力气去解释“为什么”会有这些限制，以及在测试现场我们应该关注的关键点在哪里。我甚至发现了一些关于ESD（静电放电）防护设计中，一些非传统结构对瞬态响应的影响的论述，这在我的现有资料库中是极其罕见的深度。读完有关共模扼流圈设计那一章后，我立刻回去修改了一个正在设计的通信模块的共模滤波器参数，结果测试结果立竿见影地改善了，这种即时反馈的成就感，很难用语言完全表达。

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