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出版者:Society of Photo Optical

作者:Sanger, Gregory M.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:43

装帧:Pap

isbn号码:9780892526802

丛书系列:

图书标签:

• 光学制造
• 光学测试
• 非球面光学
• 光学工程
• 精密光学
• 光学元件
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• 质量控制

光学设计与制造：前沿理论与实践探索 本书简介 本书聚焦于现代光学系统设计、精密制造技术以及先进光学元件的表征与应用，旨在为光学工程师、科研人员以及相关领域的学生提供一套全面、深入且具有前瞻性的理论与实践指导。内容涵盖了从基础的光学原理到复杂非球面光学元件的加工与检测的完整链条，尤其强调了在现代高性能光学系统中所面临的关键技术挑战与解决方案。 第一部分：光学系统设计基础与高级理论 本部分系统地梳理了传统折射光学系统与衍射光学系统的基本设计原理，并深入探讨了现代光学系统设计中必须考虑的非球面光学技术。 1. 现代光学系统概论与优化方法 本书首先回顾了成像光学与非成像光学的基本概念，包括光线追迹、像差理论（如子午波前、弧矢波前、离轴像差）的深入分析。重点介绍了如何利用现代光学设计软件（如Zemax, CODE V）进行系统级的优化。讨论了全局优化与局部优化的策略选择，特别是针对复杂环境（如极端温度、高带宽、大视场角）下的公差分析与灵敏度评估。 像差的量化与控制： 详细分析了五级像差（球差、彗差、像散、像场弯曲、畸变）的物理起源及其对成像质量的影响。引入了更高阶像差的表征方法，如Zernike多项式在波前分析中的应用及其与系统性能指标（如MTF、PSF）的关联。 优化目标函数的构建： 探讨了如何根据不同的应用场景（如可见光成像、红外探测、激光传输）构建有效的优化目标函数，包括对光谱响应、深度感知能力和光能利用率的综合考量。 2. 非球面光学基础与误差预算 非球面光学是实现紧凑、高性能系统的关键。本部分深入剖析了非球面曲面的数学表示、设计理论及其在消除传统像差中的独特优势。 非球面曲面的数学描述： 详细介绍了经典二次曲面、三次曲面，以及更高阶的广义非球面（如P-V形式、Legendre多项式形式）的定义、参数化及其与光焦度的关系。讨论了如何通过非球面系数实现对特定像差的精确校正。 误差预算与系统性能预测： 强调了从设计到制造过程中的误差传递路径。构建了系统的容差分配模型，包括对制造公差、装配公差以及环境敏感度的量化分析，确保设计方案在实际制造条件下仍能满足性能要求。 第二部分：精密光学元件的加工制造技术 本部分专注于将设计蓝图转化为高精度物理元件所需的先进制造工艺，涵盖了从传统研磨抛光到现代精密成型技术的全过程。 3. 传统研磨与抛光技术精进 尽管有新的成型技术出现，高精度研磨抛光仍是制造高品质透镜和镜面的核心技术。 超精密加工机理： 深入探讨了金刚石车削、精细研磨与化学机械抛光（CMP）的微观去除机制。分析了影响表面粗糙度（RMS）和亚表面损伤（SSD）的关键工艺参数，如磨料粒度分布、压力、转速和冷却液配方。 复杂曲面加工控制： 针对大口径、高数值孔径（NA）以及高深宽比的非球面元件，详细介绍了修正抛光技术（如定点抛光、压力调控抛光）的实施细节与工艺控制方法。 4. 现代光学元件制造：模压与注塑成型 对于大批量、低成本的光学系统，模压和注塑成型技术至关重要。本书侧重于如何在高精度模具和材料选择上实现突破。 光学级模具的制造与评估： 详细介绍了用于制造模压非球面模具的金刚石车削（Diamond Turning）技术。讨论了模具的表面质量如何直接影响最终元件的衍射效率和散射性能。 注塑成型的工艺优化： 分析了光学聚合物材料（如PMMA, COC, Zeonex）的热力学特性与流动行为。重点讨论了注射压力、保压时间、模具温度控制对光学元件的残留应力、双折射和尺寸精度（特别是中心厚度误差）的影响。 第三部分：光学元件的检测与计量学 精确的计量是保证光学元件达到设计指标的最后一道防线。本部分聚焦于先进的检测技术，特别是非球面和自由曲面的表征。 5. 基于波前传感的干涉计量技术 干涉测量是评估光学元件表面形貌和波前误差最精确的手段。 傅里叶变换离轴干涉仪（FSOI）与相位恢复： 详细介绍了FSOI的工作原理、设置与校准。重点讲解了如何利用傅里叶变换和迭代算法从干涉图谱中精确反演出被测件的相位信息，并进行高精度去背景处理。 非球面元件的检测挑战与解决方案： 讨论了在检测高曲率、大离轴角非球面时，参考波面设计（如使用空间光调制器SLM或计算全息元件CGH）的必要性。探讨了如何将波前误差与元件的几何误差进行有效的解耦分析。 6. 表面粗糙度与散射测量 高精度光学元件的性能往往受限于表面微观结构和散射特性。 接触式与非接触式粗糙度测量： 对原子力显微镜（AFM）、光学轮廓仪（如白光干涉仪）在测量纳米级粗糙度方面的优势与局限性进行了对比分析。强调了如何将不同尺度的测量结果进行有效的时间序列关联。 散射函数（BRDF）的测量与分析： 介绍了双向反射分布函数（BRDF）的测量设备和标准（如MIL-STD-1383B）。讨论了表面缺陷（如微裂纹、颗粒物）如何引发系统中的杂散光问题，并指导设计者如何通过优化表面处理来降低寄生散射。 第四部分：先进光学应用与集成技术 本部分将前述的设计、制造与检测知识应用于当前光学领域的前沿应用中，特别是微纳光学与复杂光束控制。 7. 微纳光学元件的制造与应用 微纳光学是实现光子集成和超小型化系统的关键。 光刻与电子束刻蚀技术： 详细阐述了用于制造衍射光学元件（DOE）和超表面（Metasurface）的光刻工艺。讨论了如何通过优化光刻胶厚度、曝光能量和刻蚀深度来实现精确的相位梯度控制。 超表面（Metasurface）的设计范式： 介绍了基于电磁理论的亚波长结构单元设计，以及如何通过这些结构实现对光场相位、振幅和偏振态的任意调控，从而替代传统折射或衍射元件。 8. 光学系统的热机械稳定性与封装 一个出色的光学设计必须在实际工作环境中保持其性能的稳定。 热光效应分析： 探讨了材料的热膨胀系数（CTE）和热光系数（dn/dT）对元件焦距、元件间距和像面位置的影响。引入了有限元分析（FEA）来模拟复杂装配体在温度梯度下的应力分布与形变。 精密封装技术： 介绍了用于保护精密光学元件的封装技术，包括高精度光学粘合剂的选择、真空封装与惰性气体保护技术，以及如何通过结构设计来最小化由于机械载荷引起的元件变形。 本书的特色： 本书超越了单纯的理论介绍，紧密结合了实际工程问题，通过大量的案例研究和工艺参数讨论，为读者构建了一个从基础理论到尖端制造与测试的完整知识体系。它旨在培养读者对光学系统性能瓶颈的识别能力，以及解决复杂光学制造挑战的工程思维。

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这本书的排版和插图质量堪称业界典范。我过去读过一些关于精密光学制造的专著，很多插图模糊不清，或者关键的剖面图标注混乱，极大地影响了阅读体验和对复杂结构的理解。然而，这本《XXX》（这里指代您的书名）在**光学仪器内部的热管理和散热设计**部分，展示的那些三维建模图和流体力学仿真结果，清晰得令人赞叹。它们不仅仅是美观，更具有极强的指导性。我特别关注了其中关于**自适应光学系统的快速响应算法**的讨论。作者没有简单地罗列公式，而是用流程图清晰地展示了从传感器数据采集到驱动器精确调整的整个闭环流程，这对于我们优化实时畸变校正算法非常有启发性。它的严谨性体现在每一个细节中，即便是注释和参考文献的引用都做得无可挑剔，显示出作者对学术规范的极度尊重。阅读体验极佳，让人愿意一页一页地深入探索下去。

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这本书的封面设计得非常引人注目，那种深邃的蓝色调，配上金色的字体，立刻让人联想到精密科学的严谨与深邃。我是在一个行业交流会上偶然看到它被提及的，当时的主讲人用了很大篇幅来介绍其中关于**超精密加工机床的误差补偿机制**部分。坦白说，我对光学领域的研究已经有十多年的经验了，但这本书在介绍这些复杂机械系统的动态性能和热漂移控制方面，提供了一种我之前从未接触过的全新视角。它不仅仅是停留在理论公式的推导上，而是深入剖析了实际生产线上，环境参数波动如何影响纳米级的加工精度，并提供了一套系统的、可量化的评估方法。尤其是关于**激光干涉测量系统在实时反馈回路中的应用**那几章，逻辑清晰，图示丰富，即便是初次接触该技术的人也能迅速把握其核心原理。这本书的深度远超我预期的教科书范畴，更像是一本集大成的工作手册，充满了经过时间检验的实践智慧。我特别欣赏作者在处理**材料表面形貌表征**时所采用的统计学方法，这对于提高我们实验室的质量控制标准至关重要。

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拿到这本书时，我首先被其内容的广博性所震撼。我原本以为它会集中火力在某一两个细分领域，比如仅聚焦于**非球面透镜的模具制造**，但出乎意料的是，它横跨了从原材料选择到最终产品检测的全链条工艺。我最近正在攻克一个关于**高功率激光系统中的光束整形元件**的项目，急需对不同镀膜技术在极端环境下的稳定性和耐久性有一个全面的了解。这本书中关于**PVD（物理气相沉积）和E-beam蒸发**的对比分析，细致到了原子层级的沉积速率控制和薄膜应力分析，这对于我们优化镀膜参数提供了极其宝贵的参考。更难得的是，作者在讨论这些高新技术时，并没有使用过于晦涩的术语，而是通过大量详实的案例研究来阐释理论，这使得即便是跨学科背景的工程师也能从中受益匪浅。它更像是一本“工具箱”，而不是一本“理论参考书”，每当你遇到一个实际难题时，翻开它总能找到相应的解决方案框架。

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我是一名专注于**光学计量学**的研究生，对于如何精确量化微米乃至纳米级别的表面粗糙度一直感到困惑。这本书在**白光干涉测量技术**的应用和局限性方面，给出了一个非常平衡且深入的论述。它清晰地指出了不同测量方法（如相移干涉法与步进扫描法）在处理特定材料和曲率时的优劣势。其中关于**ASIC（专用集成电路）在高速傅里叶变换光学处理**中的潜力分析，更是让我大开眼界。这部分内容明显超越了传统的光学教材范畴，直接触及了现代光学系统的前沿计算瓶颈。作者对于**系统误差源的溯源分析**的处理方式，尤其独到——他不是简单地列举误差，而是构建了一个层级化的故障树模型，指导读者如何系统性地排除干扰，找到问题的根源。这种结构化的思维方式，对于培养严谨的科研人员至关重要。

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这本书的实战价值，可能远超它的理论价值。作为一名在**航空航天光学系统集成**领域工作了二十年的工程师，我最看重的是那些能直接转化为生产力的知识。这本书中关于**大口径非球面镜面的抛光工艺过程控制**的章节，对我具有立竿见影的效果。它详细阐述了如何通过调整抛光盘的接触面积和去除速率曲线，来有效抑制“马鞍形”误差的产生。书中引用的几个案例，都是源自国际上顶级的科研机构，其数据真实可靠，具有极高的参考性。特别是关于**光学元件的装配过程中的应力松弛分析**，这在处理高精度、大尺寸镜组时是致命的一环。这本书不仅告诉我们“应该做什么”，更重要的是，它解释了“为什么这样做”。这种对背后物理机制的深刻洞察，让读者在面对设计变更或突发状况时，能够迅速做出最合理的工程决策，而不是盲目套用公式。这本书无疑是光学制造领域不可或缺的案头宝典。

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