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机械制图（第四版），ISBN：9787111034759，作者：技工学校机械类通用教材编审委员会 编
好的，这是一本名为《现代光学系统设计与应用》的图书简介，内容完全不涉及《机械制图》的相关信息，力求详实和专业。 --- 现代光学系统设计与应用 丛书名：前沿光电工程系列 作者： 张伟 教授，李明 博士 出版社： 华夏科技出版社 出版日期： 2024年5月 --- 内容提要 《现代光学系统设计与应用》是一部面向高等院校光电信息工程、物理学、精密仪器等专业高年级本科生、研究生及相关领域工程技术人员的权威性专著。本书系统、深入地探讨了当代光学系统从理论基础到实际工程应用的全过程，重点剖析了非球面光学元件的设计原理、先进光学镀膜技术在提升系统性能中的关键作用，以及复杂成像系统（如高分辨率遥感系统和生物医学显微镜）的优化策略。全书结构严谨，逻辑清晰，将基础物理光学与现代工程设计方法紧密结合，旨在培养读者解决复杂光学工程问题的综合能力。 --- 详细内容介绍 本书共分为六大部分，二十个章节，总计约70万字，辅以数百幅详细的工程图示、数据表格和经典案例分析。 第一部分：光学系统设计基础与理论深化（第1-4章） 本部分首先回顾了经典几何光学和物理光学的核心定律，但着重于现代设计中常用的数值方法和波像差理论。详细阐述了光线追迹法在高阶像差计算中的局限性，并引入了基于傅里叶光学和惠更斯-菲涅耳原理的衍射理论。 第1章：现代光学系统的分类与性能指标体系：区分了成像系统、非成像系统（如照明、光束整形）和光束传输系统的设计目标。深入分析了调制传递函数（MTF）、点扩散函数（PSF）、信噪比（SNR）以及RMS波前误差等关键指标的工程意义。 第2章：像差理论的精细化处理：超越塞德尔五大像差，重点讲解了高阶像差的成因与控制。引入了Zernike多项式在描述和优化系统波前误差中的应用，以及如何通过局部曲率修正来抑制特定高阶像差。 第3章：公差分析与容差的量化设计：强调了理论设计向实际制造转化的桥梁。详细介绍了蒙特卡洛（Monte Carlo）方法在评估装配公差、材料变化对系统MTF影响中的应用，并给出了公差分配的优化流程。 第4章：光瞳与光束传输的矩阵分析：系统地复习了ABCD矩阵方法，并将其扩展应用于描述光束的传播、整形和扩束，特别是对于激光系统和光纤耦合系统的应用。 第二部分：先进光学元件的设计与制造（第5-8章） 本部分是全书的重点之一，聚焦于传统球面光学元件难以解决的问题，以及现代制造技术催生的新型元件。 第5章：非球面光学元件的设计原理：系统介绍了三次、五次乃至更高次非球面方程的数学形式。详细阐述了优化算法，如点设计法（DLS）和全局优化法，在曲面形态确定中的作用。特别讨论了如何平衡元件制造难度和像差校正能力。 第6章：自由曲面光学元件（Freeform Optics）：这是本领域的前沿内容。探讨了如何利用梯度下降法和优化算法来设计具有复杂三维表面的光学元件，以实现单元件大视场或多功能集成。重点分析了折射式自由曲面（Refractive Freeform）的设计流程。 第7章：衍射光学元件（DOE）的设计与实现：讲解了基于相位梯度和Huygens原理的衍射元件设计。对比了基于迭代算法（如Gerchberg-Saxton算法）和基于局部倾斜（Grating Approximation）的设计方法，并分析了其在光束分束和波前整形中的应用。 第8章：微纳光学与超表面（Metasurfaces）导论：简要介绍了光栅理论在微纳尺度下的表现，并引入了超表面作为实现平面化、集成化光学功能的未来方向。 第三部分：光学镀膜与材料科学（第9-11章） 高质量的镀膜是决定系统信噪比、热稳定性和抗环境能力的关键因素。 第9章：电磁波在多层介质中的传播与反射：详尽推导了薄膜理论中的特征矩阵法，用于精确计算反射率和透过率。 第10章：高性能光学镀膜的设计实践：重点讲解了设计窄带增透膜、宽带减反射膜、高反膜和激光防护膜的层结构优化流程。分析了倾斜入射对膜系性能的影响，并讨论了对不同激光波长的匹配问题。 第11章：光学材料的选择与热学效应：对比了玻璃、晶体（如铌酸锂）和聚合物材料的光学特性（色散、双折射、热光系数）。重点分析了高功率系统中由热负荷引起的系统失准问题及其补偿策略。 第四部分：复杂系统工程实例分析（第12-16章） 本部分通过具体的工程案例，展示了如何将前述理论知识应用于实际系统的搭建与优化。 第12章：高分辨率空间成像系统的设计：以工作在可见光至短波红外波段的离轴三反系统为例，详细拆解了系统选型、视场（FOV）与波长覆盖的平衡、以及如何通过结构设计消除内部杂散光。 第13章：高倍率生物医学显微镜的设计：专注于有限共轭系统（如物镜和目镜的设计），讨论了如何校正视野弯曲和色差，并探讨了共聚焦成像系统中的数值孔径（NA）优化。 第14章：激光雷达（LiDAR）的光束发射与接收系统：分析了扫描式和混合扫描式LiDAR中，发射扩束系统（Beam Expander）的设计要求，以及接收端（如光电探测器耦合）的效率优化。 第15章：集成化光学模块的机械-光学设计接口：探讨了光学系统与精密机械结构（如支架、调焦机构）的集成问题，强调了刚度分析在避免光学元件形变中的重要性。 第16章：杂散光分析与抑制技术：系统介绍了杂散光（Stray Light）的传播路径追踪、建模方法（如蒙特卡洛光线追踪），以及通过增加遮光环、优化表面粗糙度来提升系统对比度的工程实践。 第五部分：现代光学系统仿真与优化工具（第17-18章） 本部分侧重于实践技能的培养，介绍主流光学设计软件（如Zemax/Code V等）的高级功能应用。 第17章：优化目标函数的构建与约束管理：讲解了如何根据工程需求构建多目标、多波长、多工作点的复合评价函数（Merit Function），并设置合理的物理约束条件。 第18章：非序列光线追迹在复杂结构中的应用：重点讨论了非序列模式在处理散射、荧光、光束分离和复杂照明系统建模时的优势与技巧。 第六部分：前沿进展与展望（第19-20章） 第19章：人工智能在光学设计中的初步应用：探讨了机器学习模型在加速优化过程、辅助材料筛选以及逆向设计中的潜力。 第20章：下一代光学技术展望：简要回顾了光场成像、量子光学工程化等领域的发展趋势。 --- 本书特色 1. 理论与实践深度融合： 不仅提供扎实的理论推导，更结合大量来自航空航天、生物医疗和信息通信领域的真实工程案例，展示设计流程的完整性。 2. 关注前沿技术： 对非球面、自由曲面和衍射光学等现代光学元件给予了专门且深入的讲解，是当前业界急需的知识点。 3. 强调系统思维： 引导读者从系统的角度而非单一元件的角度思考光学设计，覆盖了从理论建模到公差评估、再到热稳定性的全链路工程考量。 4. 语言严谨专业： 全书采用规范的光学工程术语，确保了内容的学术严谨性和可读性，适合作为专业课程的参考教材或工程师的进阶手册。 《现代光学系统设计与应用》致力于成为光电工程师手中必备的“工具书”，帮助从业者跨越理论与工程的鸿沟，设计出性能卓越、稳定可靠的光学系统。
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