Advances in Optics Design and Precision Manufacturing Technologies pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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作者:Jin, G. F. (EDT)/ Lee, W. B. (EDT)/ Cheung, C. F. (EDT)/ To, S. (EDT)

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價格:494

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isbn號碼:9780878494583

叢書系列:

圖書標籤:

• 光學設計
• 精密製造
• 光學技術
• 光學工程
• 激光技術
• 精密儀器
• 製造技術
• 光學元件
• 先進製造
• 光電工程

《光學設計與精密製造前沿技術》 光學係統，作為現代科技的基石，從微觀的生物成像到宏觀的宇宙探索，無不扮演著至關重要的角色。其性能的優劣直接決定瞭設備的精度、效率以及最終的應用效果。本書旨在深入探討光學設計領域的新進展以及支撐這些設計的精密製造技術，為光學工程師、製造專傢以及相關領域的研究人員提供一份全麵而深入的參考。 在光學設計方麵，本書將重點闡述如何突破傳統設計的局限，迎接更復雜、更嚴苛的應用需求。我們會詳細介紹先進的光學成像理論與技術，包括但不限於： 寬帶消色差技術：隨著光學係統在光譜探測、多光譜成像等領域的廣泛應用，如何在寬廣的波長範圍內實現精確的成像，減少色差的乾擾，是設計的關鍵。本書將深入分析多種先進的寬帶消色差方法，例如使用特殊光學材料（如氟化物、硫化物玻璃）設計的多片式消色差鏡組，以及利用衍射光學元件（DOE）實現多波長聚焦的原理和設計技巧。 復雜麯麵與自由麯麵光學設計：傳統的球麵和非球麵設計已難以滿足某些高性能光學係統的要求，例如超高分辨率相機、先進激光器的光學係統以及微型化光學器件。本書將詳細介紹自由麯麵光學設計的方法論，包括如何利用Zernike多項式、NURBS麯麵等數學模型描述和優化自由麯麵，以及基於光綫追跡和優化算法的精確設計流程。我們將展示自由麯麵在校正像差、控製光束形狀、實現小型化和集成化等方麵的顯著優勢。 多功能集成光學係統設計：現代光學係統越來越趨嚮於集成化和多功能化，以實現更緊湊的尺寸和更強的性能。本書將探討如何將多種光學功能（如變焦、成像、濾波、分光、偏振控製等）集成到單一的光學元件或緊湊的係統中。例如，探討如何設計具有變焦功能的自由麯麵透鏡，或者如何將衍射光學元件與摺射光學元件結閤，實現多功能集成。 先進的像差理論與控製：除瞭傳統的球差、彗差、像散、場麯和色差，隨著成像精度的不斷提高，一些更高階的像差也需要被考慮和校正。本書將詳細介紹高階像差的産生機理，以及利用逆嚮工程、非對稱設計、特殊形狀的鏡麵等先進技術進行精確控製的方法。 在精密製造方麵，本書將聚焦於實現上述先進光學設計所必需的關鍵技術和工藝，重點包括： 精密光學元件的加工技術： 超精密金剛石車削：對於具有高反射率要求的金屬光學元件或某些聚閤物光學元件，金剛石車削是實現納米級錶麵光潔度和亞微米級輪廓精度的核心技術。本書將深入講解金剛石車削的原理、刀具選擇、工藝參數優化以及對不同材料的適用性。 研磨與拋光技術：對於玻璃和陶瓷等材料，傳統但依舊重要的研磨與拋光技術在實現光學元件的高精度錶麵形貌和超光滑錶麵方麵發揮著關鍵作用。我們將詳細介紹不同類型的研磨與拋光介質、工藝流程（如行星式拋光、磁流變拋光 MRF）、以及如何通過這些技術實現納米級的錶麵粗糙度。 非球麵與自由麯麵加工：實現復雜麯麵的精確加工是現代光學製造的一大挑戰。本書將重點介紹計算機數控（CNC）磨削、CNC拋光等技術，以及離子束拋光、矽酮拋光等新興的精密加工方法。我們將探討這些技術在加工復雜麯麵時的優勢、局限性以及工藝優化策略。 精密光學元件的檢測與計量： 乾涉測量技術：乾涉儀是評價光學元件錶麵形貌和錶麵質量最常用的高精度測量設備。本書將介紹相位移動乾涉儀、斐索乾涉儀、謝潑爾乾涉儀等不同類型乾涉儀的工作原理，以及它們在檢測球麵、非球麵和自由麯麵光學元件時的應用，並討論測量精度和誤差分析。 輪廓測量與原子力顯微鏡（AFM）：對於錶麵形貌的微觀分析，輪廓儀和AFM是必不可少的工具。本書將介紹這些技術如何用於錶徵光學元件的錶麵粗糙度、劃痕、微觀結構等。 衍射和散射測量：對於錶徵光學元件的光學特性，如錶麵粗糙度引起的散射，衍射測量和散射測量技術提供瞭重要的信息。 先進的錶麵處理與塗層技術： 減反射膜、高反射膜與增透膜：光學元件的性能很大程度上取決於其錶麵的光學塗層。本書將深入探討單層膜、多層膜的設計理論，以及各種蒸發（熱蒸發、電子束蒸發）、濺射、原子層沉積（ALD）等塗層技術在製備高質量增透、反射、濾光塗層中的應用。 功能性塗層：除瞭基本的反射和透射控製，本書還將介紹用於實現特定功能的塗層，如抗反射塗層、防汙塗層、耐磨塗層等，以及它們的製備工藝和性能評估。 光學元件的裝配與集成： 精密光學組件的裝配：光學係統的性能往往取決於其內部元件的精確對準和固定。本書將介紹粘接技術、應力控製技術、精密定位平颱等在光學組件裝配中的應用，以及如何通過裝配過程中的誤差控製來保證最終的光學性能。 微納光學器件的製造與集成：隨著光學係統嚮微型化和集成化發展，微納光學器件（如光柵、衍射光學元件、微透鏡陣列）的製造與集成成為研究熱點。本書將介紹光刻、電子束光刻、納米壓印等微納製造技術，以及如何將這些器件集成到更大的光學係統中。 本書通過對光學設計與精密製造的深入剖析，旨在為讀者提供解決實際工程問題和推動技術創新的堅實理論基礎和實踐指導。無論您是緻力於開發下一代成像設備、精密測量儀器，還是前沿的光學科學研究，本書都將是您不可或缺的寶貴資源。

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這本新近齣版的關於光學設計與精密製造的專著，內容跨度極大，讓人頗為驚喜。它並未將重點局限於單一的理論推導或設備介紹，而是巧妙地將前沿的光學理論與實際的製造工藝緊密結閤。例如，書中對於自由麯麵光學元件的設計流程進行瞭深入剖析，從初始的光綫追跡到復雜的誤差預算，每一步驟都有詳盡的數學模型支撐。更令人稱道的是，它沒有停留在理論層麵，而是緊接著探討瞭如何通過超精密加工技術（如金剛石車削或磁流變拋光）來實現這些理論設計。我特彆欣賞作者在處理“設計與製造的可行性”這一核心矛盾時的坦誠態度，他們不僅展示瞭尖端技術的潛力，也客觀地指齣瞭當前製造公差所帶來的實際性能損失，這對於工程實踐者來說無疑是極為寶貴的參考。書中引入的仿真案例，特彆是結閤瞭物理光學效應的仿真，極大地增強瞭理論的可視化程度，使得那些原本晦澀的波動光學概念也變得易於理解。整體來看，這本書更像是一份集理論指導、工藝參考與工程挑戰分析於一體的綜閤性手冊，對於希望從光學設計跨越到實際産品實現階段的研究人員，價值非凡。

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這本書的敘事風格非常具有時代感，它緊密圍繞當前工業界對高性能、小尺寸光學組件的需求展開。它沒有過多地沉湎於經典幾何光學，而是將大量的篇幅投入到非傳統光學元件和先進製造流程中。例如，在微納光學領域，書中對光子晶體結構的設計參數敏感性進行瞭細緻的探討，並特彆指齣瞭在小批量、高精度試製階段，如何利用聚焦離子束（FIB）進行精修和調整。與市麵上許多側重於軟件操作指南的書籍不同，這本書的重點在於“理解背後的物理和工程限製”。作者在探討薄膜設計時，不僅考慮瞭多層膜係的理論最優解，還細緻分析瞭沉積速率不均勻性如何導緻宏觀尺度的膜厚誤差，這體現瞭一種對細節的極緻關注。總的來說，這本書是為那些追求極緻性能、不滿足於現有技術瓶頸的工程師準備的，它提供的是解決下一代光學難題所需的知識架構和前瞻性視野，讀完後讓人有一種迫不及待想要將理論付諸實踐的衝動。

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我被這本書中展現齣的對復雜係統建模的廣度和深度所震撼。它顯然不是一本入門級的教材，而是麵嚮具有一定光學基礎的專業人士的進階指南。書中對衍射光學元件（DOE）的設計與製造偏差的耦閤分析，達到瞭一個非常高的水平。作者沒有止步於菲涅耳波帶片的基礎理論，而是詳盡闡述瞭基於迭代傅裏葉變換的DOE優化算法，並結閤光刻和蝕刻工藝中的側壁傾角誤差，分析瞭這對衍射效率的影響。更讓我感到意外的是，書中還穿插瞭關於實時光學係統檢測與誤差反饋的章節，這部分內容通常在單獨的計量學書籍中纔會齣現。作者成功地將設計、製造和檢測這三大支柱融為一體，形成瞭一個良性循環的優化閉環。這種全景式的視角，極大地拓寬瞭我對現代光學工程的理解邊界，它不再是孤立的學科，而是一個高度耦閤、互相製約的復雜係統。閱讀此書的過程，更像是在進行一次高強度的專業“思維體操”，挑戰你的知識儲備，同時也豐厚你的工程直覺。

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翻開這本書，我首先感受到的是一股強烈的務實氣息，它似乎專門為那些常年在實驗室和車間之間奔波的工程師們量身打造。它的結構安排非常注重邏輯的連貫性，從基礎的光學係統優化方法入手，逐步過渡到對非球麵透鏡和反射鏡的實際製造挑戰的探討。書中對公差分析的章節處理得尤為齣色，它沒有采用那種枯燥的統計學羅列，而是通過一係列精心構建的實例，演示瞭不同公差項對係統MTF（調製傳遞函數）的實際影響，並給齣瞭一套係統性的容差分配策略。此外，書中對新一代鍍膜技術，特彆是增材製造光學元件的介紹，展現瞭作者對行業未來趨勢的敏銳洞察力。雖然涉及到的物理原理並不簡單，但作者在闡述過程中，始終保持著一種清晰的“工程語言”，避免瞭過多的學術腔調，使得即便是初次接觸某些復雜概念的讀者也能迅速抓住核心要點。這本書的閱讀體驗是連貫且富有啓發性的，它讓你在瞭解“如何設計”的同時，也清楚地意識到“如何製造齣來”纔是決定成敗的關鍵。

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坦白說，市麵上關於光學設計的書籍汗牛充棟，但大多是重復前人理論框架的再演繹。然而，這本著作的獨特之處在於其對“精密製造”環節的深度挖掘和整閤。它不僅僅是簡單地羅列瞭幾種超精密加工方法，而是深入探討瞭這些方法如何反作用於設計空間。例如，它詳細討論瞭由於刀具磨損或環境溫度波動導緻的錶麵形貌誤差，如何通過引入特定的優化約束或補償算法來緩解。書中對激光加工和納米壓印工藝在光學元件製造中的應用也給齣瞭詳盡的案例分析，特彆是關於錶麵粗糙度與散射損失的定量關係描述，非常具有說服力。從排版上看，圖錶質量極高，許多結構示意圖和誤差雲圖都非常清晰，有效避免瞭傳統教科書那種晦澀難懂的形象錶達。對於任何一位緻力於將光學係統從“紙上談兵”推嚮“實際落地”的研發人員來說，這本書提供瞭一種跨越設計與製造鴻溝的實用橋梁，它強調的協同優化理念，正是當前高端光學領域最緊迫的需求之一。

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