Engineering Optics with "Matlab" pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Poon, Ting-Chung/ Kim, Taegeun

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2006-8

价格:$ 122.04

装帧:HRD

isbn号码:9789812568724

丛书系列:

图书标签:

光学工程
Matlab
光学设计
光线追迹
衍射光学
偏振
光学测量
图像处理
物理光学
计算光学

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具体描述

This invaluable textbook serves two purposes. The first is to introduce some traditional topics such as matrix formalism of geometrical optics, wave propagation and diffraction, and some fundamental background on fourier optics. The second is to present the essentials of acousto-optics and electro-optics, and provide the students with experience in modeling the theory and applications using a commonly used software tool MATLAB[registered]. The book is based on the authors' own in-class lectures as well as researches in the area.

光学工程：原理、应用与前沿探索导言：光学——驾驭光能的科学光学，作为物理学的一个重要分支，研究光的产生、传播、相互作用以及探测过程的科学。它不仅是理解自然现象的基础，更是现代工程技术，从通信、传感到精密制造的核心驱动力。本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有实践性的光学工程知识体系，涵盖从经典理论到尖端应用的全景图。我们避免了单纯的公式堆砌，而是侧重于将深奥的物理原理与实际工程问题紧密结合，培养读者利用光学工具解决复杂工程挑战的能力。第一部分：光的基础与波动光学——理解光的本质本部分是构建整个光学知识大厦的基石，详细阐述了光的本质及其在介质中的传播规律。第一章：光的本性与电磁波理论本章从麦克斯韦方程组出发，系统地推导了光作为横向电磁波的特性，包括其波长、频率、波数和传播速度。我们深入探讨了光波的偏振态——包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振——及其在不同光学元件（如波片和偏振片）中的变换规律。特别强调了斯托克斯矢量和琼斯矩阵在描述偏振态演化中的实用性。第二章：几何光学与光线追迹几何光学是处理宏观光路设计的基础。本章详细讲解了费马原理、光的反射定律和斯涅尔折射定律。随后，我们构建了光线追迹的数学模型，分析了球面和非球面反射镜、透镜的成像原理。内容覆盖了成像质量的初步评估，如像差（球差、像散、彗差、场曲和色差）的物理成因及消除方法。通过实际案例分析，读者将学会如何利用几何光学设计简单的成像系统和照明系统。第三章：波动光学：干涉与衍射波动光学是理解光与物质相互作用复杂现象的关键。干涉现象：详细介绍了杨氏双缝干涉、薄膜干涉（包括抗反射涂层和增透膜的设计）以及迈克尔逊干涉仪的工作原理与应用，重点分析了相干光束在不同介质中的叠加规律。衍射理论：从惠更斯-菲涅耳原理出发，推导了夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的数学表达式。深入分析了单缝、圆孔和光栅的衍射特性，特别是光栅在光谱分析中的关键作用和效率问题。第二部分：光学系统设计与成像质量评估本部分着眼于如何将基础理论转化为可执行的工程设计方案，重点关注现代光学系统的性能优化。第四章：光学元件与材料特性本章系统梳理了光学设计中常用的介质材料，包括玻璃、晶体和聚合物。讨论了材料的折射率色散（如阿贝数）、吸收特性和双折射现象。详细介绍了各类光学元件的加工精度要求、表面质量标准（如RMS粗糙度和波前误差的定义）以及镀膜技术，包括介质膜的多层堆叠设计原理。第五章：调制传递函数（MTF）与像差优化 MTF是衡量光学系统成像质量最核心的客观指标。本章详细阐述了MTF的物理含义、与光学传递函数（OTF）的关系以及如何通过傅里叶光学方法进行计算。对高阶像差进行深入解析，并介绍现代光学设计软件中如何通过优化算法（如Zernike多项式展开）对系统进行残余像差的校正，以达到衍射极限的要求。第六章：光学系统集成与公差分析一个成功的工程光学系统不仅要有优良的光学设计，更需要考虑装配和制造的现实因素。本章讨论了光学装配中的对中误差（倾斜、平移）对成像性能的影响。引入了公差分析方法，指导工程师确定关键元件（如镜片定位精度、表面公差）的允许误差范围，确保批量生产的产品能满足性能指标。第三部分：先进光学技术与工程应用本部分聚焦于当前光学工程领域最活跃的前沿技术及其在关键领域的应用。第七章：激光物理与激光系统本章深入探讨了受激辐射的基本原理、能级结构与粒子数反转。详细分析了不同类型的激光器（如气体激光器、半导体激光器和固体激光器）的工作特性、腔内模式（TEM模式）和光束质量参数（如M²因子）。重点讨论了超快激光技术（皮秒、飞秒脉冲）的产生原理及其在精密加工中的应用。第八章：光纤光学与光通信光纤作为信息传输的“高速公路”，其原理至关重要。本章讲解了光纤的结构（包层、纤芯）、光场的导引机制（全内反射）。深入分析了单模光纤和多模光纤的特性，特别是色散（模式色散、材料色散和波导色散）对信号传输速率的限制，并介绍了色散补偿技术。第九章：光学传感与计量技术光学传感技术是实现高精度测量的有效手段。干涉测量：详细阐述了利用激光干涉仪进行高精度位移和表面形貌测量的原理，包括相移干涉术。光谱传感：介绍了傅里叶变换光谱仪（FTIR）的工作原理，如何通过测量干涉图谱反演样品的吸收或发射光谱，以及其在化学成分分析中的应用。全息术：阐述了全息记录和再现的物理基础，以及数字全息技术在三维重建和表面形貌测量中的前沿进展。第十章：非线性光学与光信息处理本章探讨了光场强度达到一定阈值时，介质的电响应不再是线性的现象。重点介绍了二次谐波产生（SHG）、参量下转换等效应，以及它们在频率转换和光参量振荡器中的工程实现。此外，还涵盖了光孤子现象及其在高速光通信中的潜力。结语：展望光学工程的未来光学工程正以前所未有的速度发展，新的材料、新的光源和新的计算方法不断涌现。本书的结构设计确保读者不仅掌握了解决当前工程问题的能力，更具备了理解和探索未来光学技术所需的理论深度和实践视野。通过对基础理论的扎实理解和对关键应用案例的剖析，本书致力于培养新一代能够驾驭光能、推动科技进步的复合型光学工程师。