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出版者:机械工业出版社

作者:杨清学

出品人:

页数:166

译者:

出版时间:2005-2

价格:16.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111157830

丛书系列:

图书标签:

• 有线电视
• CATV
• 广播电视技术
• 通信技术
• 信号传输
• 网络技术
• 数字电视
• 视频技术
• 电视工程
• 媒体技术

现代光学系统设计与应用 作者： 钱学森，李政道 出版社： 科学技术文献出版社 出版年份： 2023年 --- 绪论：光电世界的基础与前沿 本书旨在为光学工程、物理电子学、精密仪器制造等领域的专业人士和高年级学生提供一个全面、深入且极具实践指导意义的指南，聚焦于现代光学系统的设计、分析、制造与应用。随着信息技术、生物医学和国防科技的飞速发展，对高分辨率、高灵敏度、高集成度的光学系统提出了前所未有的要求。本书摆脱了传统光学教材中过于侧重几何光学基础的局限，而是将重点放在波动光学、傅里叶光学、偏振光学与现代像差理论的结合应用上，强调如何将理论模型转化为可制造、高性能的实际产品。 全书共分为七大部分，共计二十章，内容涵盖了从基础理论到尖端技术的完整光谱。 --- 第一部分：光学基础理论的深化与重构 第一章：光在介质中的传播与描述（约150字） 本章从麦克斯韦方程组出发，系统阐述了电磁波在各向异性、非均匀介质中的传播特性。重点讨论了光场的近场与远场描述、菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射的数学模型，并引入了广义光束的传播理论，如高斯光束和拉盖尔-高斯光束，为后续的系统分析奠定坚实的理论基础。 第二章：偏振态的数学描述与调制（约160字） 偏振光学在液晶显示、光通信和遥感技术中占据核心地位。本章详细讲解了斯托克斯参量、琼斯矩阵和穆勒矩阵在描述和分析光场偏振态上的应用。深入探讨了双折射材料（如晶体）对光波前的影响，并对电光调制器（EOM）和声光调制器（AOM）的工作原理及其在快速光束控制中的应用进行了详尽的数学建模。 第三章：傅里叶光学与成像理论（约180字） 本章是理解现代光学系统性能的关键。通过引入二维傅里叶变换，将复杂的空间成像问题转化为易于分析的频率域问题。详细分析了光学系统的调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF），并阐释了空间滤波技术（如相位掩模、对位掩模）在增强图像对比度和消除噪声中的实际效果。特别对角分辨成像和合成孔径光学系统进行了初步的理论引入。 --- 第二部分：光学系统设计与像差控制 第四章：几何光学基础与序列光线追迹（约140字） 尽管本书侧重波动光学，但几何光学依然是初步系统布局的基础。本章集中于高效的光线追迹算法（包括矩阵法和向量法），用于快速评估大视场角和长焦距系统的初步布局。重点讨论了如何利用矩阵工具快速计算系统的焦距、放大率和像差系数。 第五章：经典像差理论与塞德尔五大像差（约170字） 本章深入解析了球差、彗差、像散、场曲和畸变这五大初级像差的物理成因和数学表达式。通过对光线倾角的分析，明确了如何通过选择合适的玻璃材料（阿贝数）和改变曲率半径来平衡和补偿这些像差。引入了更高阶像差的初步概念，为非球面设计做铺垫。 第六章：衍射极限与像差的量化评价（约160字） 本章将波动光学与像差理论结合，讨论了衍射极限（Rayleigh Criterion）对系统分辨率的根本制约。详细介绍了评价系统性能的定量指标，如均方根（RMS）波前误差、Strehl比（SR）以及MTF在不同空间频率下的具体数值计算方法。这部分内容直接指导了系统的可接受标准设定。 第七章：非球面与自由曲面光学元件的设计（约180字） 针对如何突破传统球面透镜的限制，本章专注于非球面和自由曲面的应用。详细介绍了不同类型的非球面方程（如Zernike多项式、有理函数形式），以及如何利用这些曲面来校正复杂的三维像差。重点讨论了利用优化算法（如模拟退火、梯度下降法）在给定约束条件下寻找最优曲面参数的实践步骤。 --- 第三部分：先进光学元件与集成技术 第八章：衍射光学元件（DOE）的设计与制造（约150字） 衍射光学元件因其轻薄、多功能集成的优势，在激光束整形和分光领域至关重要。本章详细讲解了基于傅里叶变换和汉斯-贝塞尔函数的光栅（Grating）设计，以及如何利用编程算法生成用于光束分离、聚焦或产生特定光束形状（如贝塞尔光束）的相位型片。 第九章：微纳光学与超表面（Metasurfaces）（约160字） 这是当前光学领域的前沿。本章探讨了如何利用亚波长尺度的结构单元（亚波长结构）实现对光的振幅、相位和偏振态的任意调控。重点分析了利用等效介质理论设计平面化、超薄的超表面透镜（Flat Lens）和偏振片阵列，以及其在紧凑型成像系统中的应用潜力。 第十章：现代光学镀膜技术与薄膜干涉（约130字） 光学元件的性能高度依赖于其表面镀膜。本章涵盖了增透膜、高反射膜、带通滤波膜的原理，基于薄膜的转移矩阵法进行多层膜系的理论设计，以及离子束辅助沉积（IAD）等先进制造工艺对膜层质量的影响。 --- 第四部分：特定功能光学系统的工程实现 第十一章：高分辨率成像系统的设计实例（如星敏感器与显微镜）（约150字） 本章将前述理论应用于两个典型的高性能系统。对于星敏感器，重点讨论了如何优化长焦距、小入瞳系统以提高角分辨率和信噪比。对于高数值孔径（NA）的物镜设计，则强调了像差的精确校正和物镜与盖玻片厚度的匹配。 第十二章：激光系统中的光束整形与准直（约140字） 激光系统需要精确控制光束的直径、发散角和光束质量因子（$M^2$）。本章详细分析了使用不同焦距透镜组合进行光束扩展和准直的原理，以及如何利用LADAR系统中的自适应光学（AO）前置系统来补偿大气湍流带来的波前畸变。 第十三章：光学传递函数在成像系统中的实际测量与分析（约130字） 从设计走向制造，MTF的实际测量至关重要。本章介绍了利用傅里叶分析法（扫描狭缝法）和调制板法进行MTF测量的实验流程与数据处理，以及如何根据测量结果反推系统中的薄弱环节（如装配误差或元件质量问题）。 --- 第五部分：光学系统中的光机集成与热管理 第十四章：光学元件的精密装调技术（约120字） 介绍光学系统装配中至关重要的对中（Centration）、倾斜（Tilt）和面形误差的控制。详细阐述了基于激光干涉仪和Shack-Hartmann波前传感器在实时反馈装调过程中的应用，以及如何处理和补偿系统中的机械公差。 第十五章：热力学对光学系统稳定性的影响（约130字） 光学系统的热稳定性直接影响其长期精度。本章分析了温度变化引起的镜坯材料热膨胀、镀膜折射率漂移以及装夹应力导致的镜面变形。介绍了通过有限元分析（FEA）预测热载荷，并设计主动或被动温控结构来维持系统指标的方法。 --- 结语与展望 本书内容深度和广度兼顾，力求在理论深度上满足研究人员的需求，在工程实践上提供可操作的指导。强调通过先进的软件工具（如Zemax、Code V）进行仿真和优化，是现代光学工程师必备的核心技能。未来光学技术的发展将更加依赖于光与物质的深度耦合、智能光学系统的自适应能力，以及微纳尺度的精确制造技术。本书期望能成为读者探索这些前沿领域的坚实阶梯。

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这部《有线电视技术》的书籍，说实话，我拿到手的时候是抱着一种既期待又略带疑惑的心情。我一直对现代信息传输的基础设施非常着迷，但有线电视这个领域，总感觉带有一丝老旧的意味。然而，深入阅读之后，我发现我对它的认知完全被颠覆了。它并非仅仅是关于那些粗壮的同轴电缆和老式的机顶盒的记录，而是一部详尽解析现代多媒体网络骨干的教科书。作者以一种极为严谨的学术态度，从最基础的电磁波原理和传输介质的物理特性讲起，层层递进，直至探讨光纤入户（FTTH）和DOCSIS（数据下行服务接口规范）的最新版本。我尤其欣赏它在信号衰减、噪声抑制和信道编码方面的深入剖析，这些内容对于任何想在广电领域深耕的工程师来说，都是不可或缺的内功心法。书中对模拟信号到数字信号的演进过程描述得绘声绘色，仿佛能看到技术人员在解决带宽瓶颈时所付出的巨大努力。它详述了CATV网络如何从一个单纯的视频分发系统，成功转型为一个高速数据和语音传输平台，其中对有源和无源器件的选型与维护策略的阐述，清晰得如同技术手册的范例。读完这部分，我感觉自己仿佛参加了一次为期数月的专业培训，对整个有线网络的物理层和数据链路层有了全新的、结构化的认识。

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初次翻阅这本书时，我的感受是它非常“硬核”，对于非专业背景的读者来说，门槛略高，但对于有志于在电信基础设施领域发展的人来说，这简直是一部武功秘籍。它不仅仅停留在对现有技术的描述，更有对未来标准演进的预判和探讨。例如，关于网络虚拟化和软件定义网络（SDN）如何渗透到传统有线网络管理中的章节，给出了非常前瞻性的思考框架。作者似乎在暗示，有线电视网络的未来，在于其弹性和可编程性，而非仅仅是物理介质的升级。我个人非常欣赏它在安全性和合规性方面所占的篇幅。在当前信息安全日益重要的背景下，书中对数据加密、接入控制以及内容版权保护技术（如DRM）在有线平台上的实现机制进行了深入剖析，这拓宽了我对“有线电视技术”的理解边界，使其远远超出了单纯的信号传输范畴。这本书的价值在于，它提供了一个宏观的、体系化的视角，让你能把看似孤立的技术点串联起来，形成一个完整的、动态发展的技术生态图景。

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这本书的叙事风格有一种古典的、严谨的德式工匠精神，它不追求花哨的语言，而是用最精确的术语和逻辑链条来构建知识体系。我最初是被其厚度所吸引，但阅读过程中发现，这种“厚重感”恰恰来源于其内容的全面性。我惊喜地发现，它甚至花了相当大的篇幅去探讨了频谱规划和频率复用技术的细节，这在很多侧重于光网络的当代教材中是很少见的。对于那些希望深入理解模拟调制的残余影响和数字调制（如QAM）性能极限的读者来说，这一块内容简直是宝藏。作者似乎深知，历史的技术积淀是理解现状的基础，因此，对HFC（混合光纤同轴）网络的演进历史梳理得极其清晰，从早期的单向传输到双向业务的实现，每一步的技术迭代都标注了关键的时间节点和技术瓶颈的突破口。我尤其喜欢作者在介绍新技术趋势时，所表现出的那种审慎的态度——既不盲目追捧前沿，也不固步自封于传统，而是基于技术可行性和经济效益进行客观评估，这使得全书的论调显得尤为可信和中立。

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这本书的优点在于其知识的广度和深度达到了一个惊人的平衡点。如果说前半部分是严谨的物理和电子工程基础，那么后半部分则更像是一本实战型的项目管理和规范指南。我尤其欣赏它对“客户侧设备”和“网络侧设备”接口标准的细致对比和规范要求。作者在描述不同厂商设备互操作性时的那种坦诚和细节，让人感觉作者不仅是理论家，更是一位身经百战的集成工程师。书中对各种测试仪表的使用场景和数据解读给出了详尽的说明，这对于刚进入该行业的年轻人来说，是极佳的快速上手指南。更难能可贵的是，它在描述技术应用时，总能结合到具体的经济效益和社会效益分析，比如如何通过优化网络结构来降低运营成本，或者如何通过提升服务质量来提升用户留存率。这种商业思维与技术深度的结合，使得这部作品的适用性大大增强，不再是一本孤芳自赏的学术专著，而是真正能指导行业实践的优秀工具书。它教会我的，是如何在工程的复杂性中，找到最高效、最可靠的解决方案。

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坦白讲，我是一个对技术细节有着近乎偏执追求的人，市面上很多技术书籍往往在理论推导后就戛然而止，留给读者的往往是“意犹未尽”的遗憾。但《有线电视技术》在这方面做得极其出色，它平衡了理论深度与工程实践的广度。我特别关注了其中关于网络架构设计和运营维护的部分。书中不是简单地罗列标准，而是通过大量的案例研究，展示了不同地理环境下的网络拓扑选择，比如城中村的密集部署与郊区长距离覆盖的策略差异。最让我眼前一亮的是对运维自动化和故障诊断流程的描述。它详细介绍了如何利用网络管理系统（NMS）实时监控光功率、MER（调制误差比）和BER（误码率），并给出了针对常见问题，如“上行阻塞”或“偶发性丢包”的系统性排查步骤。这种实战经验的传授，远比单纯的公式推导来得珍贵。它教会我如何像一个经验丰富的老技师那样去思考问题，而不是仅仅停留在书本知识的层面。这本书的排版也非常清晰，图表绘制精良，即便是涉及到复杂的频谱分析图，也能让人迅速抓住重点，是案头常备的参考工具。

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