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出版者:中国计量出版社

作者:曹俊卿 编

出品人:

页数:262

译者:

出版时间:2003-1

价格:30.00元

装帧:平装

isbn号码:9787502617905

丛书系列:

图书标签:

• 工程光学
• 光学基础
• 光工技术
• 光学原理
• 光电工程
• 精密光学
• 光学测量
• 仪器光学
• 激光原理
• 现代光学

工程光学基础：深入探究光与物质相互作用的殿堂 引言：理解光在工程领域中的核心作用 在现代工程学的版图中，光学技术扮演着不可或缺的角色，它渗透于通信、制造、传感、医学成像等诸多领域。然而，要驾驭光的力量，首先必须建立在坚实的理论基础之上。《工程光学基础》旨在构建这样一个知识框架，它不仅仅是传统光学原理的简单复述，而是聚焦于光与工程材料、系统交互时的实际应用视角。本书的结构设计，旨在引导读者从基础的光的传播特性出发，逐步深入到复杂的光学系统设计与分析，最终达到能够独立解决工程实践中光学问题的能力。 第一部分：光的本质与传播——奠定坚实的理论基石 本部分是全书的理论核心，聚焦于光学现象的物理本质及其在介质中的传播规律。我们摈弃了仅仅停留在几何光学层面（如反射、折射）的浅尝辄止，而是将重点放在波动光学（Electromagnetic Optics）上来。 1.1 电磁波理论的回归与工程应用 我们将从麦克斯韦方程组出发，阐释光作为一种电磁波的根本属性。这不仅仅是理论推导，更重要的是，如何将电磁场理论应用于描述光在不同折射率介质中的行为。特别地，我们会深入探讨光的偏振态——线偏振、圆偏振和椭圆偏振——这些在液晶显示器（LCD）、偏振敏感传感器以及先进材料表征中至关重要的概念。偏振态的转换和测量，例如使用波片和偏振片，将通过实际的工程实例进行解析，使抽象的理论具象化。 1.2 几何光学到物理光学的桥梁 几何光学作为近似处理，在宏观透镜系统设计中仍然具有重要价值。我们将详细分析成像的基本原理、矩阵光学（Ray Transfer Matrix）的应用，以及如何利用它来快速评估复杂多镜系统的放大倍率、场曲和畸变。然而，几何光学无法解释衍射和干涉现象。因此，本书会无缝过渡到波动光学，重点阐述惠更斯-菲涅耳原理，这是理解所有波动光学现象的基石。 1.3 干涉与衍射的精妙工程 干涉和衍射是波动光学的两大核心现象，它们是实现高精度测量的关键。 干涉原理的应用： 我们将不仅仅讨论杨氏双缝实验，而是聚焦于实际的干涉测量技术，如迈克尔逊干涉仪、菲索干涉仪及其在长度、形貌和波前测量中的应用。深入剖析如何通过分析干涉条纹的相位信息来提取微小形变量，这是现代计量学的核心。 衍射理论的深度挖掘： 衍射限制了光学系统的分辨率。本书会详细分析夫琅禾费衍射（远场）和菲涅耳衍射（近场）的数学模型，并明确指出孔径函数、传输函数与系统的点扩散函数（PSF）之间的内在联系。如何设计空间滤波器（Spatial Filters）以优化成像质量，也将是本节的重点内容。 第二部分：光与物质的相互作用——材料特性与光学设计 光在介质中的传播并非一成不变，它受到材料的吸收、散射、折射率分布的深刻影响。本部分着重于光与工程材料的实际交互过程。 2.1 折射率、色散与吸收 材料的性质直接决定了光束的命运。我们将深入探讨折射率的频率依赖性——即色散现象。康奇公式（Cauchy’s Equation）和塞洛迈尔公式（Sellmeier Equation）将被用于精确描述常见光学玻璃和晶体在不同波长下的折射行为。理解色散对于设计消色差透镜系统至关重要。此外，吸收和散射机制（如瑞利散射和米氏散射）的物理模型将结合实例，解释光束在穿过空气、水或其他散射介质时能量损失的原因。 2.2 镀膜技术：光学系统的“隐形衣” 现代光学系统几乎都依赖于精密的光学镀膜。本书将详尽阐述介质薄膜理论，包括反射和透射的叠加原理。我们会详细分析单层和多层膜的设计，例如增透膜（Anti-Reflection Coatings）和高反射率镜（High Reflectivity Mirrors）的工作原理。如何利用光谱曲线来优化特定波段的性能，以及精密控制膜层厚度的工艺挑战，都将作为工程案例进行讨论。 2.3 非线性光学基础 在激光技术日益普及的今天，非线性光学现象已成为重要课题。本书将介绍二阶和三阶非线性效应的基本概念，如频率倍增（Second Harmonic Generation, SHG）和自相位调制（Self-Phase Modulation）。理解这些效应的阈值和应用条件，对于高功率激光系统和光通信领域的系统优化是必不可少的。 第三部分：光学系统的成像与传输——从元件到系统 本部分将理论知识转化为可操作的设计流程，关注如何构建、分析和优化一个完整的光学系统。 3.1 成像系统的像差理论 理想的成像系统在现实中不存在。本部分将全面系统地分析由曲面和有限孔径引起的几何像差，包括球差、彗差、像散、场曲和畸变（前五种轴外像差）。我们将采用谢尔夫（Seidel）像差理论，推导各个像差的解析表达式，并阐明如何通过改变镜面曲率、加入非球面或使用特定材料来校正这些像差。像差分析是实现高质量成像（如在遥感相机或显微镜中）的先决条件。 3.2 调制传递函数（MTF）与成像质量评估 现代光学系统不再仅用像差来评估，调制传递函数（MTF）成为了客观评价成像性能的金标准。我们将从傅里叶光学出发，推导出光学系统的传输函数，并计算其幅度响应——即MTF。如何通过MTF曲线评估系统的分辨率极限、对比度损失，以及如何结合采样率（CCD/CMOS）来确定最佳的系统设计参数，是本节的实践重点。 3.3 激光光束的特性与传输 激光作为一种特殊的相干光源，其光束的特性（如低发散角和高光斑质量）是工程应用的基础。我们将重点分析高斯光束（Gaussian Beam）的传输特性，包括束腰半径、瑞利长度和束腰位置的计算。如何使用光学元件（如望远镜系统）来整形、准直或聚焦高斯光束，是所有激光加工和光束传输系统的核心技术。 结语：工程实践与前沿展望 《工程光学基础》的最终目标是培养读者解决实际问题的能力。在全书的最后，我们将探讨光在现代工程前沿的应用实例，例如衍射光学元件（DOE）的设计原理、自适应光学系统对大气湍流或系统像差的实时补偿，以及集成光学电路中的光波导理论。通过严谨的理论推导、丰富的工程实例分析和对系统性能的量化评估，读者将能够全面掌握工程光学的设计、分析与优化方法，为未来在光电子、精密制造和先进传感领域的创新打下坚实的基础。本书的每一章都强调了理论与实际测量之间的联系，确保所学知识能够直接转化为解决工程难题的工具。

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这本《工程光学基础》的封面设计相当朴实，没有花哨的插图，只有沉稳的字体和简单的线条勾勒，一看就给人一种扎实、严谨的感觉。我一直对光学的应用领域很感兴趣，尤其是在工程制造和测量方面。我一直认为，光不仅仅是让我们看见世界，更是改变世界的一种强大工具。这本书的标题“工程光学基础”让我觉得它可能会深入浅出地讲解一些光学的基本原理，然后将这些原理巧妙地联系到实际的工程应用中。比如，我很好奇书中是否会详细介绍激光在精密加工中的应用，像激光切割、焊接，还有光栅尺在数控机床中的定位原理，以及光纤通信到底是如何实现高速信息传输的。再者，在光学检测方面，像干涉仪、全息术这样的技术，是如何被应用来检测产品表面的微小缺陷，或者测量物体的尺寸和形状的，这本书是否会提供一些原理性的说明和实际案例分析？我希望它能不仅仅停留在理论层面，而是能提供一些具体的计算公式、设计流程，甚至是一些经典的光学仪器设计思路。对于我这种动手能力相对较弱，但又渴望理解事物底层逻辑的人来说，一本好的工程光学教材，应该能填补理论与实践之间的鸿沟，让我看到那些看似神奇的光学技术背后，隐藏着怎样的科学规律和工程智慧。

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收到《工程光学基础》这本书时，我第一眼就被它厚实的纸张和清晰的排版吸引了。我一直对光信号在信息传输中的作用深感兴趣，特别是光纤通信技术，一直觉得它是一个既神秘又至关重要的领域。这本书的名字让我觉得它可能会深入讲解光纤的结构、光在其中的传播方式，以及如何通过光来编码和解码信息。我特别好奇，书中是否会涉及光纤的制造工艺，比如不同类型的光纤（单模、多模）的特点和应用场景，以及光信号在传输过程中会遇到的损耗和色散问题，以及工程师是如何通过各种技术来克服这些问题的。此外，我一直想了解光耦合器、光分路器等器件的原理，它们是如何实现光信号的分流和汇合的。对于光信号的检测，光电二极管、雪崩光电二极管等器件的工作原理，以及在实际通信系统中的应用，我也有着浓厚的兴趣。总而言之，我希望这本书能为我揭示光在现代信息通信网络中扮演的关键角色，让我能够更好地理解互联网、手机信号等背后隐藏的光学奥秘，并从中获得一些实用的知识。

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翻开《工程光学基础》的扉页，厚重的书本散发出一种严谨的气息，让我对它寄予了很高的期望。我一直对光学在精密测量和检测领域的应用充满好奇，尤其是那些能够“看见”微观世界的技术。我希望这本书能够深入探讨一下光学干涉和衍射的原理，这些原理是如何被用来实现纳米级的测量精度的。比如，莫尔条纹技术在测量位移和角度方面有哪些优势，以及全息术是如何实现三维信息的记录和再现的，这些技术在工业无损检测中有哪些具体的应用案例，比如检测材料的内部缺陷或者表面形变。我尤其感兴趣的是，书中所描述的测量系统，其光学设计和装配上的关键技术是什么，以及如何保证测量结果的稳定性和准确性。对于一些常见的测量仪器，比如光学显微镜、激光测距仪、轮廓仪等，这本书是否会提供其基本工作原理、设计要点以及在不同工程领域的应用实例？我期待这本书能够让我对光学在精密测量领域的强大能力有一个更深刻的认识，并能从中获得一些启发，理解如何利用光来“丈量”世界。

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《工程光学基础》这本书拿在手里沉甸甸的，触感很实在，这让我对接下来的阅读充满期待。我一直对光学在材料加工和制造领域的应用非常着迷，尤其是那些能够利用光的力量来改变物质形态的技术。我希望这本书能够深入讲解激光加工的原理，比如不同波长和功率的激光在切割、焊接、打标等方面的具体应用，以及它们对不同材料产生的效果。我很好奇，激光束是如何聚焦和控制的，以及如何通过调整加工参数来达到理想的加工效果。此外，我一直想了解光刻技术在半导体制造中的重要性，这本书是否会涉及紫外光、深紫外光等光源在集成电路制造中的应用，以及光掩模、光刻胶等关键材料的特性和作用。我尤其关注的是，光学技术是如何实现微纳结构的精密制造的，比如3D打印技术中的光学成型原理，以及如何通过光来控制材料的堆积和固化。总而言之，我期待这本书能够让我对光学在现代制造业中的核心作用有一个全面而深入的理解，并能从中获得一些关于如何利用光来创造更精密、更复杂的产品的知识。

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我拿到《工程光学基础》这本厚重的著作时，就对它抱有了很高的期望，因为它涵盖了我一直以来非常感兴趣的一个领域——光学在成像和显示技术中的应用。我一直好奇，我们日常看到的各种显示器，比如电视、电脑屏幕、手机屏幕，其背后的光学原理究竟是什么。这本书是否会详细介绍液晶显示技术（LCD）和有机发光二极管技术（OLED）的工作原理，包括像素的构成、光的调制和控制方式，以及色彩的还原机制？我尤其想了解，在光学成像方面，各种镜头是如何设计和制造的，如何通过光学原理来实现对焦、变焦和图像的清晰成像，以及像CCD和CMOS传感器这样的光电转换器件是如何将光信号转化为电信号的。此外，对于一些特殊的成像技术，比如红外成像、X射线成像，以及它们在医学诊断、工业检测等领域的应用，这本书是否会提供一些深入的讲解？我期待这本书能够为我揭示光学技术如何赋予我们“看见”的能力，并推动着我们视觉体验的不断进步。

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