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出版者:机械工业出版社

作者:丁荣林,李媛

出品人:

页数:281

译者:

出版时间:2007-9

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787111217893

丛书系列:

图书标签:

• 微波技术
• 天线
• 电磁场
• 射频电路
• 通信工程
• 电子工程
• 微波器件
• 天线设计
• 电磁兼容
• 信号处理

现代光学系统设计与优化 本书聚焦于现代光学系统在各个前沿领域的应用与设计，深入探讨了从基础光学原理到复杂成像系统的构建与调优过程。全书结构严谨，内容翔实，旨在为光学工程师、科研人员以及高年级本科生和研究生提供一本全面、实用的技术参考手册。 第一章 光学成像理论基础与成像系统概述 本章首先回顾了波动光学和几何光学的基础理论，重点阐述了光的传播、衍射和干涉现象在成像过程中的物理本质。随后，系统地介绍了成像系统的基本构成要素，包括物方、像方、孔径光阑、场光阑、像差的引入与量化描述。 1.1 波动光学基础： 详细推导了惠更斯-菲涅耳原理，并将其应用于光的衍射问题分析，包括单缝衍射、圆孔衍射等。阐述了傅里叶光学在描述系统调制传递函数（MTF）中的核心作用。 1.2 几何光学在系统设计中的应用： 聚焦于近轴光线追迹方法，建立理想光学系统的矩阵表示（ABCD矩阵）。讨论了如何利用矩阵方法快速评估光学系统的焦距、放大率和后共轭面。 1.3 成像系统分类与性能指标： 区分了折射式、反射式和折反射式成像系统，并详细定义了成像质量的核心评价指标，如分辨率、对比度、视场角（FOV）、有效F数（NA）以及像面平坦度要求。 第二章 经典光学成像系统的像差分析与矫正 准确的像差分析是任何高性能光学系统设计的基石。本章深入剖析了五大几何像差（球差、彗差、像散、场曲和畸变）的数学表达式、物理成因及其对成像质量的综合影响。 2.1 轴上像差：球差与高阶像差： 详细分析了不同曲率半径和材料对球差的影响，并引入了帕里斑（Paraxial Region）之外的高阶像差，如三级球差、五级球差的计算方法。 2.2 轴外像差的几何解析： 重点讲解了彗差和像散的产生机理，特别是像散在不同视场点的变化规律。引入了包含韦伯-史密斯（Seidel Sums）的像差判据，作为初步优化设计的工具。 2.3 场曲与畸变： 解释了场曲如何导致像面不平坦，并探讨了通过特定镜组结构（如对称性设计）来最小化场曲的方法。对畸变（桶形畸变与枕形畸变）的测量与控制进行了实例分析。 2.4 像差的矫正策略： 提出了基于材料选择（阿贝数）、非球面技术和多镜组合的系统性矫正流程。重点讨论了消色差、复消色差的实现原理与像差平衡技术。 第三章 现代光学系统的关键技术与前沿应用 随着计算能力的提升和新材料的引入，现代光学系统设计已超越传统几何光学范畴，更加注重衍射效应和对极端环境的适应性。 3.1 非球面与衍射光学元件（DOE）： 详细介绍了二次曲线、椭球面和广义三次非球面的设计与制造公差。深入探讨了衍射光学元件（如菲涅尔波带片）在实现轻薄化和特定波长校正方面的独特优势及其与折射元件的集成技术。 3.2 自由曲面光学（Freeform Optics）： 阐述了自由曲面相对于传统旋转对称曲面的自由度优势，特别是在超大视场角和紧凑型光路设计中的应用，包括其逆向设计方法。 3.3 极紫外（EUV）与红外光学系统： 针对特定波段的挑战，本章探讨了多层膜技术在EUV反射镜中的应用，以及红外材料（如硒化锌、锗）的热光学效应分析与补偿设计。 3.4 离轴与偏心光学设计： 针对空间相机和高分辨率扫描系统，详细分析了离轴三反射镜系统（TMA）的光路设计原理，包括其对系统尺寸、像差控制和结构稳定性的影响。 第四章 系统的公差分析、装调与性能标定 一个优秀的设计方案必须能够在实际制造和装配过程中达到预期的性能指标。本章侧重于从工程实现角度审视光学系统。 4.1 敏感度分析与公差分配： 引入蒙特卡洛模拟方法，评估单个元件制造误差（厚度、曲率半径、定位精度）对系统MTF和焦点漂移的影响。基于灵敏度分析结果，制定合理的公差要求。 4.2 镜片装配与对中技术： 详细介绍了光学元件的装配原理，包括夹持方式（边缘夹持、径向定位）、轴向间隙控制和系统的倾斜-位移误差模型。 4.3 系统的热设计与环境适应性： 讨论了温度变化引起的元件热膨胀、材料折射率变化对系统焦距和像面位置的影响，以及主动/被动热补偿方案的设计。 4.4 性能标定与测试： 介绍了标准的光学测试方法，包括干涉仪在波前误差检测中的应用，以及使用调制传递函数（MTF）测试仪对成像系统进行最终性能验证的流程。 附录：常用光学设计软件操作指南（以Zemax/TracePro为例） 本书的每一章都配有大量的工程实例和图示，确保理论推导与实际工程应用紧密结合。通过学习本书，读者将能够独立完成复杂成像系统的概念设计、详细设计、公差分析及系统集成工作。

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这本书简直是为初学者量身定做的，内容组织得非常清晰流畅。一开始从基础的电磁场理论讲起，循序渐进地过渡到传输线和波导，每一个概念的引入都配有生动的例子和图示，让人很容易就能抓住问题的核心。我尤其欣赏作者在讲解复杂数学推导时所采取的策略，他们不是一股脑地把公式砸给你，而是先用直观的物理图像帮你建立认知，然后再逐步展开数学细节，这样即使我对高数不太感冒，也能跟上思路。书中对史密斯圆图的介绍简直是教科书级别的，详尽到连我这个以前觉得它很神秘的读者都能轻松上手进行阻抗匹配的设计与分析，不得不说，这种由浅入深的教学方式，极大地降低了学习微波工程的门槛。读完前几章，我已经对微波电路的基本工作原理有了扎实的理解，这为后续更深入的学习打下了坚实的基础，感觉自己像是被一位经验丰富的导师手把手地领进了这个迷人的领域。

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这本书的广度和深度令人印象深刻，它不仅仅是一本入门教材，更像是一本可以长期参考的专业工具书。我特别关注了其中关于有源电路和噪声理论的部分，作者在阐述噪声系数、线性度（如P1dB和IP3）这些关键指标时，处理得既严谨又贴合工程实际。他们没有停留在理论公式的罗列，而是深入探讨了这些参数如何影响实际放大器和混频器的性能，并给出了大量优化设计中的权衡取舍案例。此外，书中对系统级设计流程的描述也十分到位，从链路预算的初步估算，到具体器件的选型，再到最终的系统测试和调试，提供了一个完整的“闭环”视角。对于那些已经掌握基础，希望向系统集成迈进的工程师来说，这本书提供的实践指导价值远超其价格，它更像是一本记录了大量工程智慧的“秘籍”。

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我对这本书的排版和插图质量非常满意，这在技术书籍中常常被忽视，但对阅读体验至关重要。那些复杂的电磁场分布图、天线方向图以及电路结构图，无一不是清晰锐利，色彩分明，完全没有那种模糊不清、让人费解的“打印件”感觉。更难得的是，作者在关键公式旁边总是附带了简短的物理意义解释，而不是让读者自己去猜想公式的来历。举个例子，当提到驻波比（VSWR）时，他们不仅给出了计算公式，还配上了清晰的电压和电流波形图，直观地展示了反射是如何发生的。这种对细节的关注，体现了出版团队对读者的尊重。说实话，很多专业书籍读起来像是在啃石头，但这本书的阅读体验更像是在欣赏一幅精心绘制的工程蓝图，令人心情愉悦，学习效率自然也高出不少。

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这本书的章节安排和内容侧重点，透露出作者对现代通信系统需求的深刻洞察力。我发现其中关于有源器件的线性化技术和宽带匹配策略的部分尤其出色，这明显是针对目前高阶调制和频谱效率要求日益提高的趋势而设计的。例如，对 Doherty 功放和交叉极化天线技术的讨论，不仅提供了原理介绍，还穿插了最新的研究方向和工程挑战，这使得这本书读起来一点也不过时，反而充满了前沿气息。更值得称赞的是，书中对测试和测量仪器的应用也给出了实用性的指导，告诉你如何正确地使用网络分析仪和频谱分析仪来验证理论设计，避免了理论与实践脱节的常见问题。这使得这本书成为一个从理论学习、到设计验证再到系统实现的完整学习路径图，为我接下来的工作提供了强大的理论和工具支撑。

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这本书在理论深度上展现出一种老派的、毫不妥协的严谨性，对于追求“知其所以然”的读者来说，绝对是极大的福音。我着重研究了关于微波网络散射参数（S参数）那一章，作者没有满足于仅仅解释S参数的矩阵形式，而是花费了大量的篇幅去阐述S参数与Z参数、Y参数之间的转换关系，并深入挖掘了它们背后的物理含义，比如能量的输入和输出。在讲解无源器件（如耦合器、环形器）时，他们甚至追溯到了麦克斯韦方程组在特定边界条件下的解析解，这种从第一性原理出发的论证方式，让整个理论框架显得无懈可击。虽然有些部分需要反复阅读才能消化，但一旦理解了，那种豁然开朗的感觉是其他只停留在应用层面的资料无法比拟的，它真正培养了读者的“射频思维”。

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