具体描述
The most comprehensive treatment to appear in book form. Covers all important components in optical technology. Provides a wealth of essential principles, methods, design information and references for today's complex and rapidly changing field of optical engineering. The handbook editor is a well-known researcher, author, journal and book editor. Contributors are all leading researchers and practitioners.
《现代光学系统设计与应用》 本书简介 本书旨在为光学工程领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而深入的指南，涵盖了从基础理论到前沿应用的广泛内容。我们着重于现代光学系统在信息技术、生物医学成像、遥感以及精密制造等关键领域的设计、分析与实施。本书的结构精心设计，旨在平衡理论的严谨性与工程实践的需求，确保读者不仅理解光学现象的本质，还能掌握解决实际工程问题的工具和方法。 第一部分：光学基础与波光学原理 本部分回顾并深化了经典光学的基础知识，为后续复杂系统的分析奠定坚实的基础。我们首先详细阐述了电磁波在介质中的传播特性，特别是各向异性介质中的光场分布。随后，重点讨论了傅里叶光学在系统分析中的核心作用，包括光场传输的角谱法、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的精确建模。 在波光学部分，我们深入探讨了光的偏振态及其演化，涵盖了琼斯矩阵和穆勒矩阵在描述复杂偏振现象中的应用，并特别关注了自然光和部分相干光束的表征。此外，本书对光学元件的设计原理进行了详尽的论述，包括精密平面、球面、非球面以及自由曲面的设计准则，强调了公差分析在确保系统可制造性中的关键作用。 第二部分：成像系统设计与像差理论 成像系统是现代光学工程的核心。本部分系统地介绍了成像系统的基本参数，如数值孔径、视场角、放大率和焦距。我们用严谨的数学工具解析了傍轴光学，并引入了惠更斯瞳函数和光学传递函数（OTF）来量化系统的成像质量。 像差理论是理解和校正系统缺陷的关键。本书对几何像差进行了详尽的分类和分析，包括球差、彗差、像散、场曲和色差。我们不仅阐述了像差的几何来源，还深入探讨了如何通过优化自由曲面和使用复合镜组来有效抑制这些像差。对于复杂的离轴成像系统，本书提供了详细的像差系数计算方法和优化策略。 第三部分：先进光学元件与结构 随着纳米技术和材料科学的发展，新型光学元件极大地拓展了光学系统的设计空间。本部分专注于这些前沿技术。 衍射光学元件（DOE）： 详细介绍了衍射光栅、相位板和全息元件的原理与设计。重点讨论了微纳加工技术在实现复杂相位分布上的挑战与机遇。 超表面（Metasurfaces）： 这是一个快速发展的领域。我们探讨了基于亚波长结构实现对光的振幅、相位和偏振进行局部调控的物理机制。本书提供了设计具有特定功能的超表面（如扁平透镜、波片）的实用指南，并讨论了其与传统元件的性能对比。 梯度折射率（GRIN）光学： 介绍了GRIN元件的物理模型，包括轴对称和非轴对称梯度分布。重点分析了GRIN透镜在光纤通信和微型成像系统中的应用优势。 第四部分：光学系统集成与测试 一个成功的光学系统不仅依赖于优良的设计，还依赖于精确的装配和严格的测试。本部分关注工程实践中的关键环节。 机械设计与公差分析： 深入探讨了光学机械设计的基本原则，如何将光学元件可靠、稳定地集成到系统中。我们详细阐述了灵敏度分析和蒙特卡洛分析在评估装配公差对系统性能影响中的应用，强调了建立稳健的公差预算的重要性。 光学测量与表征： 系统介绍了用于评估光学元件和系统性能的各种测试技术。这包括干涉测量法在表面形貌和波前误差检测中的应用，调制传递函数（MTF/OTF）测量，以及光谱辐射测量标准。我们特别关注了现代光学测试系统（如Hartmann-Shack传感器）的工作原理和数据解读。 第五部分：特定应用的高级光学系统 本部分将前述理论应用于几个重要的工程领域，展示现代光学设计的实用价值。 激光系统与光束整形： 探讨了激光器的基本结构、腔设计以及不同类型的激光（如固体激光器、半导体激光器）的特性。重点分析了光束质量（M²因子）的测量与改善，以及如何利用光学系统对高斯光束进行整形、压缩和传输。 显微成像技术： 涵盖了从传统宽场显微镜到衍射极限分辨率的突破，如受激发射损耗（STED）和结构光照明（SIM）等超分辨成像技术。我们分析了这些技术背后的光学原理和数据重建算法。 光机集成与环境适应性： 讨论了在极端工作环境下（如高温、振动、真空）光学系统如何保持性能稳定的工程挑战。内容涵盖了热光效应分析和主动光学补偿技术。 本书内容丰富，逻辑清晰，旨在培养读者从理论到实践的全面能力，是光学工程师和研究人员不可或缺的参考书。
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