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出版者:北航大学

作者:胡晓光

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2007-3

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787810779982

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《光学系统设计与成像原理》 书籍简介 本书深入探讨了现代光学系统设计中的核心理论、关键技术与工程实践，旨在为光学工程师、系统设计师以及相关专业的研究人员提供一套全面而深入的参考指南。全书内容以严谨的物理学基础为立足点，结合最新的计算光学和精密制造技术，系统地阐述了从基础的光学元件到复杂成像系统的构建、优化与性能评估的全过程。 第一章：光的基础理论与媒介特性 本章首先回顾了电磁波理论在光频范围内的适用性，重点阐述了光在不同介质中的传播特性，包括光的偏振态、光的干涉与衍射现象。随后，我们详细分析了描述光与物质相互作用的本征光学常数，如折射率、吸收系数和散射截面，并引入了波动光学与几何光学的有效过渡条件。对傅里叶光学基础的初步介绍，为后续的系统分析奠定了数学工具基础。特别关注了光波在非均匀介质（如大气湍流、梯度折射率光纤）中传播时的相位畸变模型。 第二章：光学元件的物理特性与建模 本章聚焦于构成光学系统的基本单元。我们从严谨的光线追迹理论出发，详细推导了球面和非球面透镜的成像关系，并给出了MTF（调制传递函数）的初步计算方法。对于反射镜，除了标准的平面、球面和抛物面外，重点介绍了离轴抛物面和自由曲面的设计优势及其制造公差要求。镜片材料的选择是系统性能的关键，本章对比了玻璃、晶体（如氟化钙、硫系玻璃）和聚合物材料的热学、机械学和光学性能参数，并阐述了材料色散的精确建模方法。此外，本章还涵盖了棱镜和光栅的原理及其在光谱和偏转系统中的应用。 第三章：现代光学系统的像差理论与校正 像差是限制光学系统性能的根本因素。本章系统地梳理了经典的五种几何像差（球差、彗差、像散、场曲和色差），并用Zernike多项式对这些像差进行了正交完备的描述。我们深入分析了如何通过改变波前曲率、增加元件数量和引入特定曲率来实现像差的最小化。衍射像差，尤其是围绕艾里斑的衍射极限分析，是本章的重点内容，它定义了系统的理论分辨率上限。对于复杂系统（如大视场或高数值孔径系统），本章引入了更高阶的像差项和非对称像差的分析工具。 第四章：光学系统设计流程与优化 本章将理论知识应用于实际工程设计。我们详细介绍了光学系统设计的标准流程：需求定义、初步结构选择、光线追迹与公差分配。重点讲解了利用现代优化算法（如全局搜索、局部梯度下降法）对系统参数（曲率半径、厚度、空气间隙）进行优化，以最小化目标函数（如RMS波前误差或MTF指标）。系统自由度分析和结构合成方法，如反向设计法和模块化设计策略，被详细介绍。同时，本章也强调了公差分析的重要性，包括对制造误差、装配误差和环境变化的敏感度评估，并给出了将系统性能与可制造性相结合的实用准则。 第五章：成像系统的关键性能指标与测试 衡量一个光学系统性能的关键在于其成像质量和光能利用率。本章全面阐述了描述成像质量的各项指标，包括分辨率、对比度、畸变、场向一致性等。对MTF（调制传递函数）和PSF（点扩散函数）的物理意义及其在频域和空域中的应用进行了深入剖析。本章还详细介绍了光学系统在实验室和现场的检测方法，包括干涉仪测量波前误差、自准直仪测量对准精度，以及使用MTF测试仪评估成像性能的实际操作流程与数据处理。 第六章：薄膜光学与表面处理技术 薄膜技术是控制光能和色彩的关键。本章详细介绍了介质多层膜的原理，包括增透膜、高反膜和分光膜的设计与制造。我们利用矩阵光学方法推导了膜系对反射率和透过率的影响，并探讨了增宽带膜系的设计挑战。此外，本章还涵盖了硬质涂层（如防刮伤膜）和功能性涂层（如激光防护膜、偏振片）的应用，以及真空蒸镀、溅射等薄膜沉积工艺对膜层质量的影响。 第七章：先进光学系统案例分析 本章通过具体案例展示了前述原理的应用。分析对象包括高分辨率显微物镜（涉及大数值孔径和复消色差设计）、远摄镜头（涉及轻量化和长焦距设计）、以及用于机器视觉的低畸变定焦镜头。针对红外和紫外波段系统，本章专门讨论了材料选择的特殊性（如硒化锌、氟化镁）和系统热平衡设计的重要性。对自由曲面技术在紧凑型光学系统（如移动设备中的微型相机）中的集成方案进行了探讨。 第八章：光学系统中的机械结构与热力学考量 一个高性能的光学系统离不开稳定的机械支撑。本章关注光学系统与机械结构之间的耦合问题。内容包括机械结构的热膨胀分析、应力对光学元件形变的影响（光机耦合效应），以及减震和隔振设计。对于需要适应温度变化的系统，本章讨论了主动热控策略和零膨胀材料（如零度玻璃）的应用。此外，镜筒的刚度设计和精密对焦机构的设计规范也被纳入讨论范围。 全书结构清晰，理论推导严谨，兼顾了基础物理与现代工程应用，适合作为高等院校光学工程、精密仪器专业的教材或工具书，尤其对从事光学仪器研发和制造领域的专业人士具有极高的参考价值。

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这本书的行文风格非常学术化，术语的定义精确到位，很少出现模棱两可的描述，这保证了知识的准确性。它更像是一本严谨的参考手册，而不是一本轻松的读物。我对其中关于有限状态机（FSM）的描述印象深刻，作者详尽对比了米利（Mealy）和摩尔（Moore）状态机的设计优缺点及其适用场景，这对于构建控制器至关重要。但是，在实际的硬件描述语言（HDL）代码示例方面，篇幅显得有些保守。书本中提供的代码多是伪代码或者非常简化的逻辑块，如果能提供完整的、可编译的VHDL或Verilog代码片段，并附带仿真结果截图，那么这本书的教学效果将提升一个档次。例如，一个完整的异步复位同步输出寄存器的代码实现及其波形验证，会比纯粹的理论描述更具说服力。此外，我对书中的“系统级”应用部分略感失望，它更多关注于单个模块的实现，而对如何将这些模块整合成一个完整的CPU或数据通路控制器，讲解得比较宏观，缺乏具体的硬件实现细节的深入挖掘。

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这本书的定价和它所包含的内容深度似乎成了一个有趣的对比。我原本以为这会是一本相对入门级的教材，但深入阅读后发现，它对CMOS电路的各种工作区分析，以及对逻辑族的特性对比，简直是做了一次彻底的“解剖”。特别是关于噪声容限和传输延迟的章节，作者似乎花费了大量笔墨，这对于追求高性能电路设计的工程师来说，无疑是宝贵的财富。不过，我也发现，对于完全没有接触过模拟电路背景的读者来说，某些前置知识点的铺垫略显不足，比如对PN结特性和MOS管跨导的快速回顾可能有助于提高阅读的流畅性。这本书的习题设计得很有挑战性，很多题目都不是简单的代数运算，而是要求读者进行系统性的设计优化，这无疑是提升解决实际问题能力的好途径。我特别欣赏其中对故障诊断和可测试性设计（DFT）的介绍，这在很多基础教材中常常被一笔带过。如果能再增加一些关于低功耗设计策略的讨论，比如时钟门控和电源管理技术在数字电路中的应用案例，那这本书的实用价值将更上一层楼。

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翻开这本《数字电子技术基础》的封面，首先吸引我的是它那朴实却又不失严谨的排版设计。内容上，我迫不及待地想看看它如何深入浅出地讲解复杂的逻辑门电路和组合逻辑的设计方法。我尤其期待它在时序逻辑部分，能否清晰地阐述触发器的工作原理以及寄存器和计数器的实际应用案例。毕竟，对于我们这些初学者来说，这些概念往往是理解数字系统构建基石的关键。我希望这本书不仅停留在理论层面，更能提供大量的实例和仿真分析，这样才能真正帮助我将书本知识转化为动手能力。如果它能结合最新的EDA工具使用方法，那就更完美了，这样我就可以立刻将学到的知识应用到实际的项目设计中去。这本书如果能把半导体器件的物理特性与宏观电路功能有机地结合起来分析，而不是仅仅把器件当成一个“黑箱”来处理，那它的深度和实用价值就会大大提升。我希望作者在讲解同步与异步电路的区别时，能用更生动易懂的语言，辅以精妙的图示，让那些曾经让我头疼的状态转移图变得不再那么令人望而却步。这本书的厚度看起来相当可观，我希望这种厚度是源于内容的充实和详尽的推导，而非简单的堆砌无关信息。

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这本书的插图质量可以说是教科书级别的典范。无论是波形图、真值表还是系统框图，线条清晰，标注准确，极大地降低了理解复杂电路运作的难度。我特别喜欢作者在讲解组合逻辑优化时，所使用的卡诺图（K-map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）方法的步骤化演示，每一步的逻辑推导都交代得清清楚楚，没有跳跃感。然而，在讨论数制系统和布尔代数时，我感觉作者对这些基础的引入略显仓促，仿佛默认读者已经完全掌握了离散数学中的相关知识。对于那些数学基础相对薄弱的工科新生而言，这里可能需要额外的参考资料来巩固。此外，我注意到书中对高级时序分析，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）裕量的计算，虽然给出了公式，但缺少对“时钟抖动”（Clock Jitter）如何影响这些裕量的深入探讨。在当今高速数字系统中，时序分析的精细度越来越重要，这本书若能更侧重于实际系统设计中的时序闭环控制，会更有指导意义。

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拿到这本书后，我立刻翻到了关于存储器那一章。我原先对SRAM和DRAM的单元结构总是有些模糊不清，这本书通过清晰的三维剖面图和详细的读写时序图，终于让我茅塞顿开。特别是对于动态随机存取存储器（DRAM）的刷新机制，作者用类比的方式解释了电荷维持的必要性，这种教学方法非常高效。然而，在介绍FPGA的架构时，篇幅稍显不足，仅仅停留在逻辑单元的基本构成上，对于如何将Verilog/VHDL代码映射到查找表（LUT）和触发器阵列的实际过程，着墨不多。对于希望从硬件描述语言（HDL）转向底层硬件实现的读者来说，这部分内容略感意犹未尽。另外，书中对数制转换和编码方案的介绍是扎实可靠的，但如果能增加一些关于纠错码（ECC）在存储系统中的应用实例，会使这部分内容更贴近现代计算机系统的实际应用场景。总的来说，这本书在基础逻辑和存储原理上做得非常出色，但在前沿架构应用上的深度可以再加强一些。

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数电考的好差啊哭

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这本书超级超级烂超级超级烂千万不要买买了也不要用！

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