The 2007 Eso Instrument Calibration Workshop pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kaufer, Andreas 编

出品人:

页数:644

译者:

出版时间:

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9783540769620

丛书系列:

图书标签:

• Eso
• Calibration
• Workshop
• 2007
• Astronomy
• Instrumentation
• Telescopes
• Data Reduction
• Optical Astronomy
• Astrophysics
• Observational Astronomy

聚焦先进光学与精密测量的学术前沿：一本关于光学设计、光谱分析与仪器工程的深度探索 本书深入探讨了现代光学系统设计、精密仪器工程、以及先进光谱分析技术等多个交叉学科的前沿课题。它并非仅仅是某一特定时间点技术研讨会的记录汇编，而是一部系统梳理了自21世纪初以来，光学科学和工程领域在理论基础、实验方法和实际应用方面取得突破性进展的综合性学术专著。本书的编写旨在为从事光学工程、物理仪器开发、天文学观测、以及材料科学研究的专业人士提供一个全面、深入的参考框架。 全书结构严谨，内容涵盖了从基础的光学原理到复杂系统的集成与优化，重点关注了如何在高精度、高灵敏度要求下，实现仪器的可靠性和性能最大化。 第一部分：现代光学设计与成像理论的革新 本部分着重于描述当前光学系统设计理念的演变，尤其是在应对非传统波段成像和超高分辨率需求时的挑战与解决方案。 1. 非球面与自由曲面光学元件的精密制造与评估 传统光学系统严重依赖于球面透镜，但面对日益增长的视场角（FOV）和像差校正需求，非球面和自由曲面（Freeform Surfaces）技术已成为主流。本书详细分析了这些复杂曲面在提升成像质量、减轻系统重量和简化装配方面的优势。内容包括： 精密光学加工工艺的进展： 重点介绍了一系列先进的非接触式加工方法，如离子束抛光（Ion Beam Figuring, IBF）和点接触式数控磨削（Single Point Diamond Turning, SPDT）在达到纳米级表面粗糙度和亚波长形面的精度控制。特别讨论了如何精确控制工具路径以有效减小残余应力和热变形。 公差分析与灵敏度评估： 阐述了在设计阶段如何系统地评估环境因素（如温度、振动）和制造误差对系统最终性能的影响。引入了基于蒙特卡洛方法的敏感性分析，用于确定关键光学参数的允许误差范围，确保系统在实际工作条件下依然能达到预期的调制传递函数（MTF）。 2. 衍射光学与微纳光学元件的应用 本书探讨了衍射光学元件（DOE）和微结构元件在光束整形和集成化光学系统中的核心作用。 光束整形与匀化： 详细分析了设计准像元件（ELI）和均匀照明元件的数学模型，这些模型对于激光雷达（LiDAR）和高功率光束传输系统至关重要。讨论了如何通过优化相位分布来控制输出光斑的形状和能量密度。 集成光子学接口： 探讨了光子晶体、超材料（Metamaterials）与传统透镜系统的集成策略。内容涵盖了如何利用亚波长结构实现超薄超表面透镜（Metalenses），从而极大地减小光学模组的尺寸和厚度，适用于便携式和空间受限的应用场景。 第二部分：高精度仪器工程与系统集成 本部分聚焦于将理论光学设计转化为可操作、高可靠性仪器的工程实践，特别是针对长期稳定性和环境适应性的挑战。 1. 结构热力学分析与振动控制 在需要极高稳定性的科学仪器（如重力波探测器、高分辨率望远镜）中，系统的机械和热稳定性是首要制约因素。 低热膨胀材料的选择与应用： 深入比较了零/近零热膨胀系数材料（如Ule, Zerodur, SiC）的机械性能、热导率和成本效益。讨论了在变温环境下，如何设计光学平台以最小化由热梯度引起的波前畸变。 主动与被动隔振技术： 详细介绍了先进的隔振平台设计，包括气浮系统、磁悬浮系统以及利用反馈控制进行主动减振的方案。重点阐述了如何根据特定仪器的固有频率和环境噪声谱来优化隔振器的选型和布局。 2. 真空与超高真空环境下的光学对准与维护 对于需要深空观测或高功率激光实验的仪器，真空环境下的操作提出了独特的工程难题。 远程操作与自动化对准： 论述了用于远程精确调整反射镜和透镜的驱动器技术，如压电纳米定位器（PZT Stages）和磁力驱动机构。探讨了在无人工干预的情况下，如何实现亚弧秒甚至更高级别的光学对准闭环控制算法。 镀膜的真空兼容性： 分析了不同光学镀膜材料在长期真空暴露下的退化机制，以及选择具有低释气率和高损伤阈值的材料在关键光学元件上的重要性。 第三部分：光谱测量与数据获取的深度解析 本书的最后一部分侧重于仪器如何量化和分析电磁辐射，特别是在高动态范围和高光谱分辨率的应用中。 1. 探测器技术与读出电子学的优化 先进的光谱仪性能越来越依赖于探测器阵列的质量和信号处理链的效率。 低噪声读出电路设计： 详细分析了CMOS和CCD/CMOS混合型探测器（如sCMOS）的噪声源（暗电流、读出噪声、散粒噪声）及其对系统信噪比（SNR）的贡献。讨论了片上电荷转移和模拟数字转换（ADC）技术的改进，以实现更高速度下的低噪声读取。 量子效率（QE）的谱形控制： 探讨了如何通过表面处理和多层堆叠技术来定制探测器在特定波段的量子效率曲线，以匹配光源或分析目标的光谱特征。 2. 傅里叶变换光谱仪（FTS）的高级应用 本书对傅里叶变换技术在实现高吞吐量和高分辨率光谱测量中的优势进行了深入阐述。 干涉图的非线性校正： 讨论了由于机械扫描误差、温度漂移导致的干涉图不对称性（Cosine Error）及其对反傅里叶变换结果的影响。介绍了利用激光扫描参考通道和数字信号处理（DSP）技术进行实时校正的方法。 高动态范围测量： 针对FTS在测量微弱信号与强背景噪声共存情况下的局限性，分析了调制技术（如相位调制或偏振调制）与FTS相结合，以提高有效动态范围的工程实现路径。 3. 数据反演与校准标准 准确的光谱测量离不开严格的校准流程和高效的数据处理方法。本书最后总结了仪器定标的最佳实践： 绝对辐射定标： 概述了如何使用可溯源至国际标准的光谱辐照度标准光源对仪器进行绝对光度定标，确保测量结果的物理意义和可比性。 波长校准的长期稳定性： 探讨了利用吸收谱线或激光频率梳等内部参考源，对仪器波长轴进行高精度、高频率检查和校准的技术，以维持仪器在长期运行中的波长精度。 本书的整体目标是为读者提供一个跨越理论、设计、制造到最终数据分析的全方位视角，助力解决当前光学和精密测量领域中最具挑战性的工程问题。

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