激光光束质量评价概论

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出版者:上海科文
作者:康小平
出品人:
页数:244
译者:
出版时间:2007-6
价格:35.00元
装帧:
isbn号码:9787543932685
丛书系列:
图书标签:
  • 激光
  • 光束质量
  • 光学
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  • 测试
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  • 光学工程
  • 精密光学
  • 应用光学
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具体描述

本书对激光光束质量评价作了系统的阐述,共8章。第1章介绍了激光技术发展,非傍轴光束传输理论和光束质量评价的研究概况;第2章介绍了光场的理论基础;第3章介绍了傍轴光束质量的多

种评价参数;第4章介绍了非傍轴光束传输变换特性的描述方法;第5章为各种非傍轴光束的光强表述;第6章至第8章论述了各种非傍轴光束(标量光束、矢量光束)的光束质量。

本书可作为高等院校光学、光学工程、物理电子学及电子科学与技术等专业的教学参考书,可供从事激光技术领域工作的科技工作者、教师、研究生或高年级学生阅读和参考。

《光学系统设计与优化》 第一章 绪论:现代光学系统面临的挑战与设计哲学 本章将深入探讨当代光学系统在性能、集成度和成本方面的多重约束。从高分辨率成像到先进传感技术,光学设计已不再仅仅是透镜焦距和口径的简单叠加,而是涉及光线追迹、像差理论、材料科学以及制造公差的复杂工程决策。我们将回顾光学设计思想的演变,从早期的几何光学近似到现代基于物理光学和数值仿真的全波分析。重点讨论“香农-奈奎斯特”采样定理在数字成像和光通信中的体现,以及衍射极限对系统性能设定的基本限制。此外,本章还将引入现代光学工程中的“系统级思维”,强调光学组件、机械结构和电子控制之间的相互依赖性。 第二章 几何光学基础与成像原理的深化 本章是理解光学系统工作方式的基石。我们将从费马原理出发,系统阐述光线的传播规律,包括反射定律和斯涅尔定律的严格推导。重点解析共轭焦点、放大率、视场角等基本概念,并利用矩阵光学(如ABCD矩阵)来描述复杂多镜系统的光路传递特性,这对于快速评估复杂折射和反射系统的可行性至关重要。 随后,本章将详细分析成像过程中产生的几何像差:球差、彗差、像散、场曲和畸变。我们不仅将介绍这些像差的产生机理,更会深入探讨如何利用阿贝数(Abbe Number)和阿贝正弦条件来指导材料选择和初始镜面曲率的设计,以期在特定视场内校正或减小这些像差的影响。对于非球面和自由曲面,本章将简要介绍其在校正复杂像差方面的优势及设计方法概述。 第三章 物理光学:衍射、干涉与光波传播 几何光学在处理小孔径效应和衍射现象时会失效。本章将转向物理光学,从麦克斯韦方程组出发,介绍惠更斯-菲涅耳原理和傍轴波动光学理论。我们将重点分析光波在有限孔径下的衍射效应,特别是泊松斑(Airy Pattern)的形成及其对系统分辨率的决定性影响。 干涉理论将在本章占据重要篇幅,包括薄膜干涉(用于设计抗反射涂层和滤光片)和多光束干涉(如法布里-珀罗腔)。我们将详细讨论傅里叶光学,阐明透镜系统如何作为傅里叶变换器,将物体的空间信息转换到其傅里叶平面(即系统的后焦平面)。这对理解空间滤波和全息技术的工作原理至关重要。 第四章 像质评价体系:调制传递函数(MTF)的精细分析 本章聚焦于现代光学系统性能量化的核心工具——调制传递函数(MTF)。我们将详尽推导MTF的定义,阐明其与光学传递函数(OTF)和点扩散函数(PSF)之间的数学关系。重点分析理想光学系统与实际系统MTF曲线的差异,以及不同像差(如球差、离焦)如何具体影响MTF在不同空间频率上的表现。 MTF的测量、模拟和优化是本章的实践重点。我们将讨论如何通过软件仿真预测MTF,以及在实验中如何使用自准直仪、干涉仪和滚动条纹板等设备来获取系统的实际MTF数据。此外,本章还将对比MTF与其它像质指标(如RMS斑点半径、Strehl比)的适用场景和优缺点。 第五章 镀膜、散射与杂散光控制 即使是完美的透镜系统,其性能也会受到材料本身和表面质量的严重制约。本章首先深入讲解电磁波在介质界面上的反射与透射理论,详细介绍单层、双层及增透膜(AR Coatings)的设计原理,包括优化特定波长范围内的透过率和平衡不同光线入射角的策略。 随后,我们将探讨表面粗糙度导致的散射现象及其对系统对比度的影响。对杂散光的分析和控制是高动态范围系统(如天文望远镜或生物显微镜)的关键。本章将系统地介绍杂散光的来源(如镜面反射、内部二次反射、孔径光阑遮挡),并提供一系列工程实践方法来抑制它们,包括黑化处理、遮光圈(Baffles)的布局设计和边缘处理技术。 第六章 光机系统集成与公差分析 光学元件的设计完成只是第一步,如何将它们精确地装配到机械结构中是确保设计性能得以实现的决定性环节。本章将介绍光学系统装配中的关键概念,如基准面选择、定位与夹持方式(如三点定位、侧向压紧)。 公差分析是本章的重中之重。我们将介绍将理想设计转换为可制造产品的过程,包括对元件制造公差(曲率半径、厚度、同心度、表面精度)和装配公差(元件轴线偏差、倾斜误差)的量化评估。重点讲解蒙特卡洛分析法在预测实际批次系统性能分布方面的应用,并指导读者如何在保持系统性能的同时,合理放宽公差以降低制造成本。 第七章 特种光学系统的设计考量 本章将拓宽视野,介绍在特定应用场景下对传统光学设计提出的特殊要求。内容涵盖: 1. 远心光学系统: 详细分析其在机器视觉和精密测量中,如何消除物距变化对放大率的影响。 2. 变焦与主动光学: 探讨变焦系统中的像面浮动校正原理,以及自适应光学(AO)系统(如使用变形镜和波前传感器)在实时补偿大气湍流或系统像差中的应用基础。 3. 自由曲面在照明与集成中的应用: 介绍如何利用非对称或非旋转对称曲面进行复杂光束整形(Beam Shaping),以实现更紧凑或高效的光能量分布。 第八章 展望:面向未来的光学技术 本章对当前光学设计的前沿趋势进行概览。包括超表面(Metasurfaces)对传统透镜的颠覆性潜力、集成光子学的发展对光源和探测器的影响,以及人工智能(AI)在加速迭代光学设计流程中的新兴作用。本章旨在启发读者思考如何应对下一代光电系统的集成化和小型化挑战。

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我是一名光学工程专业的学生,目前正在进行一项关于激光雷达(LiDAR)系统的毕业设计。在设计过程中,我们遇到了一个关键问题,那就是如何选择和评价用于激光雷达的激光光源。我们知道,激光雷达的探测距离、精度以及抗干扰能力,很大程度上取决于激光的性能。而“光束质量”正是衡量激光性能的一个重要方面。我一直在寻找一本能够系统介绍激光光束质量评价方法的书籍,以便在设计中做出最优化的选择。这本书的出现,恰好满足了我的需求。我特别关注书中关于各种光束质量评价标准,如高斯光束的横模结构、准直性、发散角等内容。同时,我也希望了解在实际应用中,如何通过光学器件(如透镜、反射镜)来评估和改进激光器的光束质量,以及这些评价结果如何直接影响到激光雷达的扫描范围、点云密度和目标识别能力。这本书为我的毕业设计提供了宝贵的参考,让我能够更深入地理解激光在遥感技术中的重要性。

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最近在研究高能激光在材料加工领域的应用,特别是微加工和精细切割方面。我了解到,激光光束的质量直接决定了加工的精度、效率以及材料表面的损伤程度。比如,想要实现纳米级的刻蚀,对激光光束的聚焦能力、同轴度以及能量分布的均匀性有着极高的要求。而这些,都属于“光束质量”范畴。我一直很好奇,有哪些先进的测量技术和仪器能够捕捉到如此精细的光束特性?这本书的标题引起了我的极大兴趣,因为它直接点出了“光束质量评价”这个核心议题。我希望书中能够深入探讨各种评价指标的物理意义,以及它们与材料加工效果之间的内在联系。例如,当光束的M²值偏高时,会对微纳加工产生怎样的具体影响?又有哪些方法可以用来优化激光器的输出,以获得更高质量的光束,从而提升加工的整体水平? 我相信这本书能够为我提供理论上的指导和技术上的启示,帮助我在追求更精细的材料加工工艺时,找到关键的突破口。

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最近在尝试学习一些关于光学精密测量的方法,尤其是涉及到激光在光学器件测试中的应用。我之前接触过一些基础的光学理论,比如衍射、干涉,也了解了一些常见的激光器类型,但对于如何系统地评价一束激光的“好坏”,一直感到有些模糊。这本书的出现,就像及时雨一样。我特别想知道,在光学测试的实际操作中,有哪些关键的参数是必须要关注的?比如,峰值功率、能量密度、光束的指向稳定性,还有所谓的“M²因子”,这些概念在书里是如何详细阐述和讲解的? 我一直在思考,在设计和制造高精度光学仪器时,激光光束的质量直接影响到最终产品的性能指标,哪怕是很小的波动都可能导致测试结果的偏差。所以,这本书中关于评价方法的论述,对我来说至关重要。我期待它能提供一些具体的操作指南,甚至是案例分析,让我能够将理论知识转化为实际技能,从而在我的光学测量工作中更加得心应手,做出更可靠的评估。

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近期我沉迷于各种与光子学和量子信息相关的文献,其中激光作为核心的载体,其质量的优劣直接影响到信息的传递效率和信息的纯度。在量子通信领域,例如纠缠光子的产生和传输,对激光的单模特性、相干性和稳定性有着严苛的要求,任何一点杂质或波动都可能导致量子态的退相干,进而影响通信的成功率。而“光束质量”的概念,在我看来,正是对这些特性的一种综合考量。我迫切想知道,在理论层面,有哪些先进的模型和理论能够精确描述和预测不同光束质量对量子信息过程的影响?在实践层面,又有哪些创新的实验技术和评价方法,能够对这些微观的光束特性进行高精度测量和调控? 我认为,这本书能够为我提供一个更广阔的视角,将我对量子信息的热情与对激光技术的理解进行更深层次的连接,让我能够更好地把握激光在未来信息技术发展中的关键作用,并为我未来深入研究量子光学和光子技术奠定坚实的基础。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象,以一种深邃而科技感的蓝色为主调,中央是抽象化的激光束光路图,线条流畅,仿佛能感受到能量在其中奔涌。我在书店里随机翻开,第一眼吸引我的是扉页上的那句引言:“光之精粹,品质之衡。” 这句话本身就带着一种哲学思辨的意味,让我对激光光束质量的评价产生了一种超越单纯技术层面的好奇。我一直对激光技术在各个领域的应用非常感兴趣,从医疗美容到工业制造,再到科学研究,激光都扮演着不可或缺的角色。而“光束质量”这个概念,在我看来,就像是激光的“血统证明”或者“身份证”,直接关系到它能否在复杂的应用场景中发挥出最佳性能。我尤其关注那些关于如何量化和表征激光光束质量的章节,因为我知道,即使是同一款激光器,其光束质量也会受到工作状态、环境因素等多方面的影响,而精确的评价标准和方法,是确保激光应用稳定性和可靠性的基石。这本书给我一种感觉,它不仅仅是一本技术手册,更像是引领读者进入激光世界奥秘殿堂的一把钥匙,让我对这个原本有些抽象的概念充满了探索的欲望。

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