Introduction to Wavefront Sensors (Tutorial Texts in Optical Engineering) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:SPIE-International Society for Optical Engine

作者:Geary. Joseph M.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-05

价格:USD 48.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819417015

丛书系列:

图书标签:

• Wavefront sensing
• Optical metrology
• Optical engineering
• Adaptive optics
• Interferometry
• Optical testing
• Beam propagation
• Phase retrieval
• Optical design
• Tutorial

深入光学工程前沿：现代光学系统设计与实践 书籍名称： 现代光学系统设计与实践 (Modern Optical System Design and Practice) 出版社： 预设为行业内权威出版机构，例如SPIE Press 或 CRC Press。 作者： 资深光学工程师与大学教授团队。 --- 简介： 《现代光学系统设计与实践》 是一部面向高阶本科生、研究生以及专业光学工程师的综合性专著。本书旨在填补理论与复杂工程实践之间的鸿沟，提供一套全面、深入且与时俱进的光学系统设计、分析、制造和测试的框架与方法论。本书不侧重于单一技术或器件的原理阐述（如波前传感器本身的工作机制），而是聚焦于如何将这些组件融入到实际、高要求的应用场景中，以实现特定的系统性能指标。 本书的结构设计遵循现代光学系统从概念提出到最终交付的全生命周期管理理念，内容覆盖了从基础几何光学和物理光学原理的工程化应用，到先进像差理论的实际补偿，再到最新的集成光学与微纳光学技术的工程集成。 --- 第一部分：工程光学基础的深化与扩展 (Advanced Foundations for Engineering Optics) 本部分回顾并深化了基础光学原理在工程环境下的应用，重点强调了系统级思维。 第一章：工程几何光学与光线追迹的数值方法 本章超越了传统的矩阵光学，详细探讨了复杂非球面、自由曲面（Freeform Optics）的设计参数化建模。内容包括：使用商业软件（如Zemax, CODE V, Oslo）进行大规模系统布局优化的高级技巧，如优化目标函数的建立、约束条件的设定，以及如何处理多通道或离轴成像系统的误差源分析。特别关注了热力学效应和机械公差对系统性能的敏感性分析（Tolerance Analysis）。 第二章：物理光学传播与衍射理论的实用化 本章深入探讨了光波在复杂介质中传播的物理本质。我们详细分析了基于傅里叶变换的光传播（FFT-based Propagation）的数值实现，包括角谱法（Angular Spectrum Method）和菲涅耳衍射近似的适用范围与精度限制。重点内容还包括波导效应、微结构对光场整形的影响，以及如何利用物理光学仿真来预测实际系统中的衍射损失和杂散光。 第三章：像差理论的现代应用与调制传递函数（MTF）工程化 本章将传统的像差理论提升至工程实践层面。详细分析了高阶像差（如彗差、场曲、球面像差的高阶项）如何影响特定视场的成像质量。更重要的是，本书阐述了MTF的系统级计算方法，包括如何分解和量化由光学系统、探测器、传输介质（如大气湍流或光纤）共同贡献的总系统MTF。我们将探讨优化算法如何利用MTF作为关键性能指标进行反馈回路优化。 --- 第二部分：先进光学系统的设计与集成 (Design and Integration of Advanced Optical Systems) 本部分是本书的核心，专注于当前工程领域中最具挑战性的系统设计问题。 第四章：宽视场与高分辨率系统设计原理 本章聚焦于设计需要覆盖极大视场（如遥感、机器视觉）或极高空间分辨率（如高功率激光系统、极紫外光刻）的系统。讨论了离轴三反系统（Triplets）、折衍混合物镜（Catadioptric Systems）的设计策略，以及如何通过先进的光学设计软件工具（如基于微分寻迹的优化）来克服传统设计中的局限性。涉及对场曲和畸变的精确控制技术。 第五章：集成光学、微纳光学与系统的小型化 面对现代电子设备对小型化、轻量化的迫切需求，本章详细介绍了如何将复杂的光学功能集成到微米尺度。内容包括：衍射光学元件（DOE）的设计与优化、超表面（Metasurfaces）在实现多功能光束整形、色散校正方面的最新应用。我们将探讨如何将这些微纳器件与传统光学元件进行高效的系统集成和公差分析，以确保在实际装配中性能可达标。 第六章：激光系统中的光学元件设计与损伤防护 本章专门针对高能量、高功率激光应用。讨论了激光腔内元件的设计要求，如低吸收率、高损伤阈值材料的选择。深入分析了激光与材料相互作用的物理模型，特别是脉冲激光引起的非线性效应和损伤机制。涵盖了用于光束质量控制（如自适应光学系统中的关键反射镜设计）和功率传输的光学元件设计准则。 --- 第三部分：制造、装配与性能验证 (Manufacturing, Assembly, and Performance Validation) 再好的设计也必须依赖于精确的制造和验证。本部分强调了从蓝图到实物的转化过程。 第七章：先进光学元件的制造公差与工艺选择 本章对比了传统磨制、注塑成型、金刚石车削和现代增材制造技术（如光刻、3D打印）在光学元件制造中的适用性。重点在于制造误差预算（Error Budgeting）的建立，如何将设计目标转换为可执行的表面精度、粗糙度和装配误差要求。我们详细讨论了Zernike多项式系数与制造误差的相关性。 第八章：精密光学装配、对准与系统集成 光学系统的性能往往受限于装配精度。本章系统阐述了精密光学对准技术，包括基于图像处理的自动对准（Auto-Alignment）、基于传感器反馈的系统调焦与补偿。讨论了不同光学元件之间的机械连接方式（如粘接、应力优化夹持）对系统热稳定性和长期可靠性的影响。 第九章：系统性能的计量与测试方法（超越基础波前测量） 本章探讨了除基础波前测量以外的、针对复杂系统的工程测试手段。内容包括：使用散射测量（Scatter Measurement）评估表面质量和杂散光；使用高分辨率MTF测试仪进行全面成像性能评估；以及针对动态系统的实时成像质量监测技术。我们将探讨如何设计和实施环境测试（如振动、温度循环）以验证系统的鲁棒性。 --- 目标读者： 本书适合于对光学系统设计有扎实基础，并希望在航空航天、生物医学成像、精密制造、先进显示技术等领域从事高性能光学系统研发与工程应用的专业人员。它提供了从理论到实践的完整路径，确保读者能够驾驭当前最复杂的光学工程挑战。

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我拿到这本书后，最惊喜的发现是它在实际应用案例上的广度和深度。许多同类书籍往往停留在理论模型的推导上，对于如何将理论应用于实际的测量系统，往往一带而过。但这本书显然在这方面投入了巨大的心血。比如，在介绍夏克-哈特曼（Shack-Hartmann）传感器时，作者不仅详细解释了微透镜阵列的工作原理，还专门辟出一个章节来讨论传感器在大气湍流补偿、眼科诊断以及精密光学元件检测中的具体实施方案和潜在的误差来源。书中引用的实际测量数据和实验设置图，都非常具有参考价值。有一处关于光瞳函数重建的讨论，我印象特别深刻，作者没有直接使用理想化的高斯光束模型，而是引入了更贴近现实的非均匀照明条件下的分析，这使得后续的误差分析更具说服力。对于那些希望将波动前沿知识转化为工程实践的工程师来说，这本书提供的不仅仅是“What”，更是“How”。它教会你如何思考一个实际系统中的限制条件，如何选择合适的传感器类型，以及如何优化数据处理流程，这种工程导向的思维模式，在学术著作中是比较少见的。

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从语言风格上来说，这本书的叙述方式非常典雅且精确，读起来有一种“被尊重”的感觉。作者没有使用过多口语化的表达，每一个术语的引入都伴随着严格的定义。这使得本书在需要进行严格的学术引用和交流时，显得尤为可靠。与一些为了追求“易读性”而牺牲严谨性的教材不同，这本书坚持了光学工程领域应有的严谨性。在某些涉及高级数学工具（比如小波分析在波前去噪中的应用）的部分，作者的处理方式显得尤为高明——他没有直接抛出复杂的数学公式，而是先用文字清晰地阐述引入该工具的物理动机，即这个数学工具如何解决了特定波前测量中的难题，然后再展示其数学形式。这种“动机先行，工具殿后”的叙事节奏，保证了即使是面对那些跨学科的复杂技术，读者的思维也能紧紧跟随。这种对细节的关注和对读者学习体验的尊重，使得长时间的深度阅读也不会感到疲惫，反而会让人产生一种不断探索的求知欲。

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这本书的封面设计，说实话，第一眼并不能让人立刻联想到这是一本关于波动前沿传感器的教科书。它采用了比较素雅的配色，字体选择也偏向于传统风格，这让我在书店里第一次看到它时，差点把它当成一本老旧的专业参考书。然而，一旦翻开内页，那种严谨的学术气息便扑面而来。作者在开篇部分花了大量篇幅来梳理波前传感技术发展的历史脉络，从早期的干涉测量法到现代的像差分析，逻辑链条非常清晰。尤其值得称赞的是，书中对基础光学原理的复习部分处理得恰到好处，既没有过度简化，也不会让已经有一定基础的读者感到冗长。我特别欣赏作者对于物理直觉和数学推导之间平衡的把握，很多复杂的傅里叶变换和几何光学概念，都是通过非常直观的物理图像来引入，这极大地降低了初学者的入门门槛。全书的排版也很有条理，图表清晰，公式推导步骤详尽，即便是那些涉及偏微分方程的部分，作者也尽量给出了详细的解析过程，这一点对于自学者来说简直是福音。整体来看，这本书的定位非常明确：它不是一本快速入门的“速成手册”，而是一部扎实的、可以陪伴读者深入钻研该领域的工具书。

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这本书给我的最大启示是，波前感知技术远非一个单一的工具集，而是一门横跨物理光学、信息处理和精密仪器学的交叉学科。这本书的价值，不仅在于它详尽地介绍了已有的技术，更在于它激励读者去思考未来。在最后几章，作者开始探讨一些前沿和挑战性的课题，比如实时波前测量中计算能力的瓶颈、极端环境下（如低温或高辐射）传感器的鲁棒性设计，以及未来高维波前场的捕获方法。这些内容的讨论虽然篇幅不长，但视角非常开阔，充满了启发性。例如，书中对“信息论在波前测量极限”的探讨，让我开始重新审视我们对系统性能的传统评估标准。总而言之，这本书提供了一个坚实且前瞻性的平台。它不仅是学习波动前沿传感器原理的绝佳教材，更像是一位资深导师，在为你铺设通往该领域前沿研究的道路。读完之后，你会感觉自己对整个技术领域的全貌有了清晰的把握，并且掌握了深入挖掘特定子领域所需的理论武器。

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阅读过程中，我深刻体会到作者在构建知识体系上的匠心独运。本书的章节结构并非是简单的知识点堆砌，而是遵循了从宏观到微观、从原理到方法的递进逻辑。比如，前几章主要聚焦于波动理论的数学基础和波前误差的定义，打下了坚实的理论基础。随后，作者便自然而然地过渡到各种主流传感器的详细剖析，包括干涉型、衍射型和基于像差模型的传感器。最妙的是，在介绍完每一种主要的传感技术后，作者都会有一个“比较与权衡”的小节，这对于决策制定至关重要。读者可以清晰地看到不同方法在灵敏度、动态范围、空间分辨率和计算复杂度上的取舍。这种结构安排极大地帮助读者建立起一个完整的技术地图。我个人认为，这本书的成功之处在于它没有把任何一个知识点当作孤立的存在。每一个公式、每一个概念，都与其他部分紧密相连，形成一个相互支撑的知识网络。当你读到后半部分涉及非线性光学系统中的波前畸变时，会发现前面章节建立的基础是多么的不可或缺。

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