非成像光学设计 张航,严金华 科学出版社有限责任公司 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张航，严金华 著

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• 非成像光学
• 光学设计
• 张航
• 严金华
• 科学出版社
• 光学工程
• 光线追迹
• 自由曲面
• 光学系统
• 照明设计

店铺： 诺鼎言图书专营店

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030488640

商品编码：26686274028

包装：平装

出版时间：2018-03-01

图书基本信息
图书名称	非成像光学设计	作者	张航,严金华
定价	68.00元	出版社	科学出版社有限责任公司
ISBN	9787030488640	出版日期	2018-03-01
字数		页码	196
版次	31	装帧	平装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

本书较为系统地介绍非成像光学理论与设计方法，共5章。第1章介绍几何光学的基本理论，接着简单介绍成像光学理论，然后介绍非成像光学的发展历史、现状、基本理论以及设计方法。第2章介绍构建光学表而所需的曲线和曲面理论，包括微分几何的基础理论及NURBS曲线和曲面构造方法。第3章介绍非成像光学的基本概念和基础理论，主要包括光展、光展守恒原理、流线、哈密顿光学和边光原理等内容。第4章介绍较为传统的非成像光学设计方法，包括CPC方法、菲涅尔透镜、流矢法、同步多表面法等。第5章重点介绍基于自由曲面的非成像光学设计法，主要包括Monge-Ampere方程法、网格映射曲面构造法、二次曲面包络法和混合方法等。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

现代光学系统设计与应用前沿 作者： [此处可填写其他相关领域知名学者] 出版社： [此处可填写其他知名出版社名称] ISBN： [此处可填写其他书籍的ISBN] 页数： 约 800 页 开本： 16 开 --- 内容概要 本书旨在全面、深入地探讨现代光学系统设计中的关键理论、先进技术与工程实践，特别侧重于那些对传统成像和照明范式提出挑战或带来革命性突破的新兴领域。全书结构严谨，从基础的光学物理原理出发，逐步深入到复杂的系统集成与优化，涵盖了从基础元件设计到尖端系统实现的完整链条。本书的重点不在于对传统成像光学（如人眼视觉系统和标准相机模型）的重复论述，而是聚焦于衍射光学、自由曲面光学、集成光子学、以及特定功能性光学系统的理论构建与实际应用。 本书分为六大部分，共十五章。 第一部分：光学基础与先进建模方法 (Fundamentals and Advanced Modeling) 本部分重新审视了波动光学和几何光学的基础，但迅速过渡到现代设计所需的高级分析工具。 第一章：电磁波理论在光学系统中的应用 本章详细阐述了麦克斯韦方程组在非均匀介质、时变场中的精确求解方法。重点讨论了严格耦合波理论（FCMT）和有限元方法（FEM）在分析复杂光栅结构和多层薄膜堆栈时的优势和局限性。强调了如何利用这些工具来精确预测衍射效率和偏振效应，这是设计高性能光学元件的前提。 第二章：现代光学设计中的优化理论与算法 超越传统的点列图和光线追迹，本章深入探讨了全局优化算法在光学设计中的应用。内容包括模拟退火、遗传算法（GA）以及粒子群优化（PSO）在解决多约束、非线性光学目标函数时的策略。详细分析了如何构建有效的评价函数（Merit Function），以平衡像差、公差和制造难度。引入了基于人工智能的快速迭代设计流程概念。 第二部分：衍射光学与超材料 (Diffractive Optics and Metamaterials) 这是本书的核心部分之一，关注于利用波动性质而非几何折射或反射来控制光线。 第三章：衍射光学元件（DOE）的设计与制造 本章详述了相位型、振幅型以及混合型DOE的设计原理。详细介绍了标量衍射理论（SDT）和矢量衍射理论（VDT）在设计高效率微纳结构时的适用范围。特别关注了均匀化方法（Supercell Method）和连续自由表面衍射元件（CGH）的优化设计，包括其在光束整形和分束中的应用。 第四章：光学超材料与负折射率理论 本章介绍了一种全新的光场调控范式。从基本单元结构（Split-Ring Resonators, SRRs）的电磁响应分析入手，推导了有效介电常数和有效磁导率的计算方法。重点讨论了如何利用超材料实现亚波长分辨率成像（近场聚焦）以及在特定波段的完美吸收和隐身斗篷（Cloaking）的理论模型。 第三部分：自由曲面光学元件 (Freeform Optics) 本部分讨论如何利用非传统的曲面来突破传统球面和柱面设计的限制。 第五章：自由曲面光学的基础几何学与拓扑描述 本章系统介绍了描述非球面、扩展自由曲面的数学工具，如Zernike多项式、Chebyshev多项式以及点阵描述法。深入探讨了将复杂系统解耦为多个自由曲面组件的设计策略，旨在减小系统体积并提高效率。 第六章：自由曲面光学系统的公差分析与制造 自由曲面的敏感性极高，本章侧重于实际工程挑战。详细分析了制造误差（如表面粗糙度、局部斜率误差）对系统性能的影响。讨论了先进的制造技术，如点阵驱动磨削（DPG）和钻石车削，以及如何将制造约束反馈到设计阶段，实现可制造性设计（Design for Manufacturability, DFM）。 第四部分：集成光学与光子学 (Integrated Photonics) 聚焦于将光学功能集成到微米或纳米尺度的平台上的技术。 第七章：波导理论与耦合技术 本章详细分析了平面光波导中的模式有效折射率理论。内容涵盖了光纤到片上波导的端面耦合、棱镜耦合和光栅耦合的效率优化。探讨了如何设计具有特定传输特性的弯曲波导和分支器。 第八章：光子晶体与光子集成电路 介绍光子晶体（Photonic Crystals, PhCs）作为周期性结构如何实现对光场的布拉格反射和带隙控制。重点阐述了光子带隙（PBG）理论，以及如何利用缺陷工程实现高效的光学开关、调制器和光纤耦合器。 第五部分：先进照明与非成像应用 (Advanced Illumination and A-imaging Applications) 本部分关注于光线的定向、收集和分布控制，而非图像的精确重建。 第九章：LED照明中的光管理 针对高亮度LED阵列，本章讨论了如何利用复合自由曲面反射器（CORS）和LED封装内的微透镜阵列（MLA）来实现精确的光束角度控制（如配光曲线设计）。强调了热管理对光学性能稳定性的影响。 第十章：辐射传输与辐射度学 本章侧重于能量的宏观传输。详细介绍了如何使用蒙特卡洛方法模拟复杂介质（如散射体、雾霾）中的光线路径和能量衰减。这对于设计高性能的激光雷达（LiDAR）接收器和高精度辐射测量仪器至关重要。 第十一章：光谱分离与复用技术 讨论了用于高光谱成像和波分复用（WDM）系统的关键光学元件，如全息光栅和高分辨率分束棱镜的设计。分析了如何优化这些元件的色散特性和衍射效率，以实现宽光谱范围内的精确分离。 第六部分：系统集成、测试与未来趋势 (System Integration and Future Outlook) 第十二章：光学系统误差源与公差分配 本章提供了从设计到生产的桥梁。系统地梳理了制造、装配和环境变化（温度、压力）引入的误差源。介绍了灵敏度分析（Sensitivity Analysis）和蒙特卡洛公差分析的实际操作流程，指导工程师如何进行合理的公差分配，以满足系统性能要求。 第十三章：光学系统的计量与表征 详细介绍了用于高精度光学元件和系统的测试方法。内容包括干涉测量法（接触式与非接触式）、相位测量系统、以及在不同工作距离下进行MTF（调制传递函数）测量的系统搭建与数据处理。特别关注了对自由曲面和衍射元件的三维形貌测量技术。 第十四章：生物医学与空间光学的前沿挑战 探讨了在极端环境或特定生物组织内进行光场操控的挑战。例如，自适应光学（AO）在补偿大气湍流或眼内像差中的应用，以及微型化光谱仪在便携式生物传感中的集成方案。 第十五章：光学设计的智能化与自主迭代 展望未来，本章讨论了深度学习和强化学习在加速光学参数选择、自动识别和修正像差方面的潜力。阐述了如何构建一个包含光学建模、仿真和实际反馈的闭环设计系统。 --- 本书适合于光学工程、物理学、电子工程等专业的硕士及博士研究生，以及从事先进光学系统、激光技术、光通信和精密仪器研发工作的工程师和研究人员。本书的深度和广度旨在培养读者从基础理论到前沿应用的综合设计能力。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我立刻被其内容的广度和深度所折服。它不仅仅是对基础知识的罗列，更像是一份精心策划的知识探索之旅。作者在构建理论体系时，展现了极高的学术素养，对不同学派的观点进行了细致的梳理和比较，而不是简单地偏向某一方。我尤其欣赏其中对一些经典设计案例的剖析，那些图示的精细程度令人赞叹，每一个参数的选取、每一个光线的路径都标注得一清二楚，仿佛能让人亲手操作模拟一般。这种详尽的图文结合，极大地降低了理解难度，使得原本晦涩的数学推导和几何光学原理变得生动起来。对于我们这些在工程一线需要将理论转化为实际产品的技术人员来说，这样的深度和实用性是极其宝贵的。它提供了一个坚实的理论基础，同时又铺设了通往实际应用的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简约而大气，封面的深蓝色调配上白色和金色的字体，给人一种严谨而专业的印象。我拿到手的时候，首先被它厚实的质感所吸引，纸张的质量和印刷的清晰度都体现了出版社的用心。内页的排版布局合理，图表清晰易读，这对于一本涉及复杂光学原理的专业书籍来说至关重要。在阅读过程中，我发现作者对理论的阐述深入浅出，即便是初次接触非成像光学领域的读者，也能循着清晰的逻辑脉络逐步深入。特别是一些关键概念的引入，总能结合实际应用场景，使得抽象的物理概念变得具体可感。这种设计上的考量，极大地提升了阅读体验，让人在学习专业知识的同时，也能享受到阅读的乐趣。书籍的整体装帧体现了对知识的尊重，让人爱不释手，非常适合作为案头参考书。

评分☆☆☆☆☆

从工具书的角度来看，这本书的检索性和参考价值也是一流的。目录的设置非常细致，每个章节下的子标题都精确地指明了内容范围，这对于快速定位所需信息至关重要。更不用说书中附带的大量附录和术语表，这些小细节往往决定了一本书在实际工作中的可用性。我曾多次在处理紧急项目问题时，能够迅速在书中找到相关的公式和设计准则，节省了大量查阅零散资料的时间。书中对误差分析和公差设定的讨论也十分到位，这正是将理论设计带入现实生产环节中最容易被忽视的关键点，作者对此的重视程度反映出其丰富的实践经验。可以说，它不是一本读完就束之高阁的书，而是一本需要常备案旁、随时翻阅的“工作手册”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格着实让我眼前一亮，它不同于许多传统教材那种刻板的、公式堆砌的叙事方式。作者似乎更倾向于用一种“对话”的语气来引导读者思考。在讲解某些复杂的光学系统时，会穿插一些历史背景或者解决该问题的初衷，这种叙事手法极大地增强了阅读的代入感。当我读到关于新型照明技术的部分时，感受尤为深刻，那些文字仿佛在邀请我一起参与到这场光学创新的浪潮中。更难能可贵的是，书中对一些新兴领域的前沿研究也有所涉及，这表明作者的知识体系并非停留在经典理论层面，而是紧跟时代步伐。这使得这本书不仅是一本教科书，更像是一位经验丰富、见识广博的导师在耳边细细道来，让人在吸收知识的同时，也能感受到知识背后的灵动与活力。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是它对于“设计思维”的培养作用。它不仅仅告诉我们“如何做”，更引导我们思考“为什么这样设计”。在处理非成像问题时，往往需要跳出传统的成像思维定式，而这本书恰恰在这方面提供了丰富的思维训练。作者通过一系列反直觉的设计案例，展示了如何巧妙地利用光线的几何特性来达成特定的光能分布目标。这种引导性的教学方法，极大地激发了我对现有光学问题的重新审视。阅读完后，我感觉自己看待光线的方式都发生了一些微妙的变化，更加注重整体的光束传输和能量效率，而不是仅仅关注焦点和像差。这本书提供了一种全新的视角，对于希望在光学设计领域有所突破的工程师和研究人员来说，无疑是一剂强心针。