Handbook of Optics, Third Edition Volume IV pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Education

作者:Michael Bass

出品人:

页数:1152

译者:

出版时间:2009-11-9

价格:USD 166.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780071498920

丛书系列:

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《光学手册（第三版）卷IV：精密光学设计与制造》 简介： 《光学手册（第三版）卷IV：精密光学设计与制造》是一本面向光学工程师、研发科学家、材料科学家以及高级光学专业学生的权威性著作。本书深入探讨了现代光学系统设计和制造过程中至关重要的各个方面，聚焦于达到极致精度和性能的先进技术和方法。 本书共分十章，每一章都由该领域的顶尖专家撰写，确保了内容的深度、广度和前沿性。从基础的光学设计原理到复杂的制造工艺，本书构建了一个全面而系统的知识体系，旨在帮助读者应对光学领域日益严峻的挑战。 第一章：高级成像系统设计 本章着重于当前复杂成像系统的设计理念和技术。它涵盖了远心镜头、变焦系统、显微镜物镜以及用于特殊应用的镜头设计，例如用于极端紫外（EUV）光刻、深紫外（DUV）光刻和X射线成像的系统。内容包括对像差的精细校正、高分辨率图像捕获的要求、以及如何根据具体应用选择和优化光学元件。重点介绍了几何光学和物理光学的先进建模技术，以及在设计过程中如何利用计算机辅助设计（CAD）和模拟软件实现最优化的性能。 第二章：非球面和衍射光学元件 本章深入探讨了非球面透镜和衍射光学元件（DOE）的设计、制造和应用。非球面透镜能够有效校正球差和其他像差，显著提升成像质量，特别是在紧凑型光学系统中。本章详细介绍了非球面的设计方法，包括多项式系数表示法、NURBS曲线建模，以及如何进行公差分析。对于衍射光学元件，本章阐述了其在光束整形、全息成像、分光和光束合并等领域的潜力，并介绍了布拉格衍射、相位光栅和体积衍射光栅等不同类型的DOE，以及它们的设计原理和制造工艺，如电子束光刻和光刻。 第三章：光学元件的精密制造 精确制造是实现高性能光学元件的基础。本章详细介绍了多种先进的光学制造技术，包括超精密单点金刚石车削（SPDT）、磁流变抛光（CMP）、离子束抛光（IBP）以及飞点加工（FF）。针对不同的材料（如光学玻璃、熔融石英、红外晶体和塑料）和元件形状（球面、非球面、自由曲面），本书提供了详细的工艺参数、设备要求和质量控制方法。重点强调了如何达到亚纳米级的表面粗糙度和纳米级的表面形貌精度，以及在制造过程中如何进行实时监测和反馈控制。 第四章：光学元件的计量与检验 本章聚焦于光学元件的精确测量和质量评估方法。内容涵盖了干涉仪（如Zygo, Form Talysurf, UBM）、轮廓仪、原子力显微镜（AFM）以及光学散射测量等先进计量技术。本书详细介绍了如何测量表面形貌、表面粗糙度、曲率半径、倾斜度和表面缺陷，并讨论了不同测量方法的适用范围、优缺点以及误差分析。此外，本章还介绍了光学传递函数（OTF）测量、点扩散函数（PSF）测量以及各种像差测试方法，为光学系统的性能评估提供量化依据。 第五章：光学涂层技术 光学涂层在控制光反射、透射、吸收以及保护光学表面方面起着至关重要的作用。本章全面介绍了各种先进的光学涂层技术，包括多层介质膜（如增透膜、高反射膜、带通滤光膜）、金属膜和电介质膜。详细阐述了物理气相沉积（PVD）技术，如真空蒸镀（Evaporation）和溅射（Sputtering），以及化学气相沉积（CVD）技术。本书讨论了涂层的设计原理、材料选择、膜层结构设计，以及如何通过控制工艺参数来获得所需的 Optical Properties，例如在可见光、近红外、中红外和远红外波段的透过率、反射率和吸收率。 第六章：精密光学装配与集成 高精度光学元件的性能需要通过精密的装配来实现。本章深入探讨了光学系统的装配过程，包括元件的定位、对准、固定和粘接。重点介绍了各种装配技术，如激光对准、光学夹具、精密螺纹、应力控制装配以及真空粘接技术。本书强调了在装配过程中如何最小化应力对光学性能的影响，以及如何进行公差分配和累积误差分析。同时，本章也涉及了光学系统的热应力和振动对装配精度的影响，以及相应的防护措施。 第七章：自由曲面光学设计与制造 自由曲面光学元件近年来在高性能光学系统设计中扮演着越来越重要的角色，能够显著提升系统性能并减小体积。本章详细介绍了自由曲面的设计方法，包括基于数学方程的表示（如NURBS, Bezier曲面）以及点云数据驱动的设计。本书重点介绍了多种自由曲面加工技术，如五轴联动的CNC加工、磁流变加工（CMP）、超精密金刚石车削（SPDT）以及离子束加工（IBP）。同时，本章也详细阐述了自由曲面元件的检测和计量技术，以及其在照明、成像和激光光学等领域的应用案例。 第八章：微纳光学与超表面 本章介绍了微纳光学器件和超表面的设计、制造和应用。微纳光学器件利用微纳米尺度的结构来调控光。本书涵盖了微透镜阵列（MLA）、衍射光栅、衍射光学元件（DOE）以及光子晶体等。超表面（Metasurfaces）是微纳光学的一个重要分支，通过设计亚波长尺度的结构单元（metamaterials）来实现对光的幅度、相位和偏振的精确控制，例如实现平面透镜、全息图和光束控制器。本章讨论了微纳光学和超表面的设计理论，包括电磁场模拟，以及使用电子束光刻、光刻和聚焦离子束（FIB）等制造技术。 第九章：光学系统在极端环境下的设计与可靠性 本章关注光学系统在极端工作环境下的设计和可靠性问题。内容包括了在高温、低温、高压、真空、强辐射（如宇宙射线、粒子束）、腐蚀性介质以及高振动和冲击条件下的光学元件材料选择、涂层设计、结构设计和封装技术。本书详细讨论了材料的稳定性、光学性能随温度的变化、热应力和机械应力的影响，以及如何进行加速寿命测试和可靠性评估，以确保光学系统在严苛条件下能够长期稳定运行。 第十章：先进光学传感与测量技术 本章探讨了基于先进光学技术的传感与测量方法。内容涵盖了光谱测量、干涉测量、偏振测量、光纤传感以及激光雷达（LiDAR）等。重点介绍了如何利用光学原理实现对物理量（如温度、压力、位移、应力、浓度、磁场）的非接触式、高精度测量。本章讨论了传感器的设计原理、材料选择、信号处理以及在工业、医疗、环境监测和科学研究等领域的应用。 《光学手册（第三版）卷IV：精密光学设计与制造》是一本集理论、技术和应用为一体的宝贵参考资料，为光学领域的研究人员和工程师提供了深入的指导和最新的知识，是推进光学技术发展的重要基石。

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作为一本厚达数卷的参考书，其跨学科的广度令人赞叹。我发现其中关于**大气光学与遥感**的章节内容尤其详实，详细阐述了瑞利散射、米氏散射对可见光和红外辐射传播的影响，以及如何通过傅里叶光学方法来校正大气湍流引起的像差。对于从事**地基望远镜**或**光通信**研究的人员来说，这部分内容无疑是极其宝贵的理论基础。不过，在涉及到**量子光学**的交叉领域时，我发现其叙述方式略显传统。例如，在介绍**纠缠光子源**的产生和测量时，书中更多地依赖于经典的电磁场理论来解释，而对于基于**自发参量下转换（SPDC）**的量子态纯化和压缩态光的深入讨论，其专业性和深度，与当前量子信息科学领域的前沿文献相比，稍显滞后。虽然它为构建量子光学概念提供了坚实的基础，但若读者期待直接获取用于设计量子实验的最新参数和技术细节，可能会略感不足，更像是一部奠基性的教材而非实时更新的科技指南。

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这本书的排版风格带着一种经典的学术气息，字体选择沉稳，注释清晰，页边距设计合理，方便读者在空白处做笔记。我特别留意了关于**激光物理**的那部分内容。它对**腔内模式理论**的讲解极为透彻，从基模（TEM00）到高斯光束的传播特性，再到不同腔形对输出光束质量的影响，叙述得环环相扣。作者巧妙地引入了**矩阵光学**的概念来处理光束在各种光学元件（如透镜、反射镜）中的变换，使得复杂的几何光学问题得以代数化处理。然而，在深入探讨**半导体激光器**时，我发现其对**量子效率**和**阈值电流密度**的讨论，虽然准确，但似乎停留在上世纪末的经典模型层面。对于当前主流的垂直腔面发射激光器（VCSEL）以及其独特的空间光束整形能力，书中缺乏足够篇幅去剖析其背后的微腔谐振原理和温度敏感性问题。希望在未来的修订中，能增加更多关于半导体器件工作机理的现代视角，以匹配当前光电子集成领域的发展趋势。

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这本书的索引系统设计得非常人性化，查找特定术语或公式出处极为方便，这对于经常需要快速回顾某个细节的科研工作者来说至关重要。我仔细研究了**薄膜光学**那一卷的内容，对**多层介质膜的反射与透射计算**的矩阵方法进行了验证。书中提供的公式推导详尽无遗，特别是对于**增透膜**和**高反射镜**设计中的最佳层厚确定过程，步骤清晰，便于手工计算和程序验证。然而，当我搜索关于**等离子体激元光学（Plasmonics）**的相关内容时，发现这部分内容几乎没有被收录。考虑到当前纳米光子学研究的爆发性增长，特别是表面等离子体共振（SPR）在生物传感和亚波长光限制中的关键作用，一本现代光学手册如果缺少对金属纳米结构中电子集体振荡的电磁响应的系统性阐述，无疑是一个明显的缺口。希望未来增补的版本能够涵盖从理论建模到实际纳米结构（如光栅、孔阵列）设计的全貌，以使其真正成为覆盖光学全领域的权威参考。

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我最近在研究**自由曲面光学元件的设计与制造**，这也是我购买这套书的主要动机之一。第三版相对于前两版的一个显著进步，在于它收录了大量关于**计算光学**和**像差理论**的最新进展。书中对**Zernike多项式**的展开及其在波前校正中的应用进行了非常细致的数学推导，这对我优化复杂光学系统的像差控制大有裨益。但是，当我试图寻找关于**增材制造（3D打印）在光学制造中应用**的章节时，我感到有些许失望。虽然提到了微纳加工技术，但对于近年来发展迅猛的、能够实现复杂内部结构的高精度光固化（SLA/DLP）制造工艺在制造高效率衍射光学元件（DOE）方面的最新突破和实际案例介绍得较为简略，更多的是偏向于传统的研磨和抛光工艺的优化。这或许是由于这类制造技术发展速度过快，书籍出版周期难以完全跟上的缘故。即便如此，书中关于**光学系统公差分析**的部分，提供了非常实用的蒙特卡洛模拟方法，教会我们如何量化制造误差对系统性能的影响，这对于将实验室成果转化为可量产产品的工程师来说，是无价的指导。

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这本书的装帧和印刷质量确实令人印象深刻，硬壳封面坚固耐用，纸张的质感也相当不错，拿在手里沉甸甸的，有一种专业工具书的厚重感。我特意翻阅了几页关于**偏振光学**的部分，图表的清晰度和分辨率都达到了极高的标准，即便是复杂的Jones矩阵和Mueller矩阵的推导过程，配合详尽的插图说明，也显得逻辑清晰，便于理解。尤其欣赏的是，作者在介绍新兴技术如**超材料光学**时，没有仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了其实际应用，比如负折射率的实现机制和在隐身技术中的潜力。不过，我发现书中对**非线性光学**的讨论，虽然涵盖了基本的倍频和和频生成，但在探讨高阶非线性效应，比如自相位调制和交叉相位调制在超快激光脉冲展宽中的具体应用细节时，深度似乎略显不足，更像是一个概述，对于希望深入研究这些前沿课题的读者来说，可能需要查阅更专业的文献补充。整体而言，作为一本全面的光学手册，它在基础理论的系统性和对现代光学分支的覆盖面上做得非常出色，是一套值得拥有的参考资料，尤其适合作为工程和物理专业学生的案头必备书。

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