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圖書詳情內(nèi)容簡介作者簡介目錄熱門圖書累計(jì)評價(jià)（28）

內(nèi)容簡介

本書由21章和2個(gè)附錄組成，內(nèi)容豐富，實(shí)用性強(qiáng)。是世界著名光學(xué)專家Warren J. Smith 先生60多年豐富工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，頗受讀者青睞，連續(xù)四版。該書內(nèi)容不僅有成熟的光學(xué)工程理論基礎(chǔ)、計(jì)算公式和分析方法，而且包括對光學(xué)工程問題的討論和解決方案；不僅考慮到光學(xué)技術(shù)問題，而且還有經(jīng)濟(jì)成本的分析。與其它同類書籍相比，該書考慮到設(shè)計(jì)、制造和測量技術(shù)，尤其是對系統(tǒng)總體布局的經(jīng)典案例分析(14章)、對光學(xué)工程中存在的實(shí)際問題的分析(20章)、最有效地利用現(xiàn)有"庫存"透鏡(21章)，以及62種光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例(19章)都使該書頗具特色。作者既闡述了普通的球面透鏡系統(tǒng)、棱鏡系統(tǒng)、反射及折反系統(tǒng)，同時(shí)又討論了非球面和衍射系統(tǒng)。為使讀者了解現(xiàn)代光學(xué)工程的含義，書中還介紹了光學(xué)材料、光學(xué)鍍膜、人眼特性和光度學(xué)方面的有關(guān)內(nèi)容。是獻(xiàn)給特別需要光學(xué)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)技術(shù)信息、從事實(shí)際工作的工程師和科學(xué)家的一本好書。

編輯推薦

本書由世界著名光學(xué)專家Warren J. Smith先生所著，全書內(nèi)容豐富，不僅有成熟的光學(xué)工程理論基礎(chǔ)、計(jì)算公式和分析方法，而且包括對光學(xué)工程問題的討論和解決方案；不僅考慮到光學(xué)技術(shù)問題，而且還有經(jīng)濟(jì)成本的分析。與其他同類書籍相比，該書考慮到設(shè)計(jì)、制造和測量技術(shù)，首次介紹使用"庫存"透鏡，從而"變廢為寶"。既闡述了普通的球面透鏡系統(tǒng)、棱鏡系統(tǒng)、反射及折反系統(tǒng)，同時(shí)又討論了非球面和衍射系統(tǒng)。為使讀者了解現(xiàn)代光學(xué)工程的含義，書中還介紹了光學(xué)材料、光學(xué)鍍膜、人眼特性和光度學(xué)技術(shù)。本書具有如下特點(diǎn)：提供關(guān)于光學(xué)工程理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的資料；

150多個(gè)詳細(xì)插圖；

本版的新穎之處：提供新的光線追跡、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和三級(jí)像差理論方面的內(nèi)容；新的透鏡設(shè)計(jì)；新的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件；新的問題和練習(xí)。

作者簡介

Warren J. Smith 先生畢業(yè)于羅徹斯特(Rochester)大學(xué)光學(xué)工程學(xué)院，在光學(xué)領(lǐng)域有60多年的工作經(jīng)驗(yàn)，是世界上非常有聲望的科學(xué)家。先后在田納西州(TN)Oakridge的柯達(dá)(Eastman Kodak)公司、伊利諾伊州(IL)芝加哥市Simpson光學(xué)制造公司(光學(xué)總工程師)；加州(CA)Santa Barbara市的Raytheon公司(光學(xué)部經(jīng)理)、Santa Barbara紅外公司(研究和發(fā)展部主任)和Santa Barbara應(yīng)用光學(xué)研究開發(fā)部(副總經(jīng)理)工作。

Warren J. Smith 先生是美國光學(xué)協(xié)會(huì)(OSA)芝加哥分部的創(chuàng)始人和主席；先后擔(dān)任過南加州(OSSC)光學(xué)協(xié)會(huì)主席、美國光學(xué)協(xié)會(huì)主席、SPIE美國協(xié)會(huì)主席，是美國光學(xué)協(xié)會(huì)(OSA)、國際工程師協(xié)會(huì)(SPIE)和南加州光學(xué)協(xié)會(huì)博學(xué)會(huì)員，獲得SPIE頒發(fā)的終身金獎(jiǎng)。

著有"近代光學(xué)工程—光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(Modern optical engineering-The design of optical systems)"，"近代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(Modern lens design-A resource manual)"和"實(shí)用光學(xué)系統(tǒng)總體布局(Practical optical systems layout)"等著作。

Warren J. Smith 先生是一位博學(xué)教育家，在威斯康星(Wisconsin)大學(xué)教授光學(xué)課程，并為SPIE、OSA和世界各地的公司和政府機(jī)構(gòu)傳授光學(xué)知識(shí)。

在線預(yù)覽

13.8 光纖光學(xué)

若光線通過一根長的拋過光的玻璃圓柱體時(shí)，其投射到圓柱體管壁上的入射角要比全內(nèi)反射的臨界角大，那么，就可以毫無泄漏地將光從一端傳輸?shù)搅硪欢恕Ｒ粭l子午光線通過該圓柱體的光路表示在圖13.22中。子午光線通過此裝置的幾何光學(xué)比較簡單，如果圓柱體的長度是L，子午光線傳播的路程長度就是：

路程長度= (13.23)

光線的反射次數(shù)是：

反射次數(shù) (13.24)

式中，U`是光線在圓柱體內(nèi)的斜率，d是圓柱體直徑；L是長度。當(dāng)光線沒有反射損失而全部透射時(shí)，角度必須大于臨界角：

式中，是圓柱體的折射率；是柱體周圍介質(zhì)的折射率。依此就可以確定發(fā)生全反射的子午光線的外部較大斜率：

(13.25

一個(gè)圓柱體的"接受錐角"定義為數(shù)值孔徑。整理公式13.25得到：

(13.26)

這就是數(shù)值孔徑的最小值。正如下面和圖13.23所示，斜光線的NA比子午光線的NA 更大。

再次參考圖13.22，如果子午光線在軸線上方或下方以合適的角度入射圓柱體，則應(yīng)當(dāng)以-U斜率角出射。圖12.23表示一對斜光線的路程(端視圖)。注意到，每次反射都使斜光線伴隨著旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)量取決于光線離開子午面的距離。因此，從圓柱體一端入射的一束平行光束會(huì)從另一端出射，如同頂角為2U的空心光錐一樣。如果圓柱的直徑比較小，則衍射效應(yīng)在某種程度上會(huì)使空心光錐有些散射。還要注意，由于斜光線要比子午光線以更大入射角投射到圓柱表面，所以，斜光線的數(shù)值孔徑要比子午光線大。

如果將透光圓柱體彎曲成適度的曲線形狀，那么，會(huì)有一些光從圓柱體的側(cè)壁泄露出，而大部分光仍在圓柱體內(nèi)傳播，并且，一個(gè)簡單彎曲的玻璃棒就是一種非常方便的裝置，通過管道可以將光從一個(gè)位置傳送到另一個(gè)位置。

光學(xué)纖維是特別細(xì)的玻璃絲或塑料絲，光纖直徑是1～2μm，或更大些。在這些小直徑材料中，玻璃光纖相當(dāng)柔韌靈活，一束光纖構(gòu)成一根靈活的光導(dǎo)管。圖13.24表示光纖的幾種應(yīng)用，圖13.24a表明定向或"相干"光纖束將圖像從光纖一端傳輸?shù)搅硪欢诉^程中的基本性質(zhì)。如果光纖兩端被緊緊夾住，使每根光纖任一端都有同樣的相對位置，然后，光纖纜索可以逐根地連接成結(jié)而不會(huì)影響像的傳遞性質(zhì)。相當(dāng)長的光纖束可以有不可思議的高透射率。相干光纖束的極限分辨率(單位長度線對數(shù))近似等于光纖直徑倒數(shù)的一半。同步擺動(dòng)或掃描光纖兩端，可以使分辨率加倍。當(dāng)將光纖緊緊包裹時(shí)，光纖表面彼此接觸，光線會(huì)從一個(gè)光纖漏射到相鄰光纖中。光纖表面上的濕氣、油或灰塵也可能干擾全內(nèi)反射。在每根光纖上涂鍍或者"覆蓋"一層低折射率玻璃或塑料薄膜可以避免這種現(xiàn)象，例如，玻璃芯的折射率，覆蓋層的折射率，根據(jù)公式13.26，得到的數(shù)值孔徑是0.8數(shù)量級(jí)。由于全內(nèi)反射(TIR)發(fā)生在光纖芯-覆蓋層表面，所以，如果覆蓋層足夠厚，外層表面之間的濕氣或接觸就不會(huì)影響全內(nèi)反射。

圖13.24b表示一個(gè)靈活的胃窺鏡或者乙形結(jié)腸鏡。物鏡將物體的像形成在相干光纖束的一端，借助目鏡或者攝象機(jī)，在另一端觀察傳遞過來的像。

陰極射線管端面的普通照相術(shù)不是一種很有效的工藝。熒光粉多方位輻射，一個(gè)照相物鏡僅僅接受輻射光的一小部分。由氣密熔凝光纖束組成的管面(圖13.24c)可以將輻射到(由NA確定)光錐內(nèi)的全部能量傳遞到相接觸的照相膠片上，其能量損耗可以忽略不計(jì)。熔凝光纖總是覆蓋有低折射率玻璃以將光纖分開。常常增加一種吸收層或者吸收纖維，避免光線以大于光纖數(shù)值孔徑的角度入射而形成的雜散光使對比度下降。光纖光學(xué)件也適合做導(dǎo)光管，即剛性熔凝束，可以有效地使光通過復(fù)雜曲折的路程，如圖13.24d所示。

用直徑在0.5in數(shù)量級(jí)的柔性塑料光纖作照明系統(tǒng)中的單芯光纖。

一種棱錐形相干熔凝光纖束可以用作放大鏡或者縮小鏡(取決于原物體放置在棱錐體的大端面還是小端面)。將相干光纖束扭曲，無論是否熔凝，都可以做成正像器，能夠完成第七章介紹的正像棱鏡的作用。這些器件常常在像增強(qiáng)器系統(tǒng)，例如微光夜視儀中使用。

直徑0.5～1.0mm的空心玻璃光纖內(nèi)表面鍍膜，柔性合適，已經(jīng)用于10μm波長范圍的輻射。這些光纖對于維持激光束的高斯分布做了大量工作。

梯度折射率光纖

前面內(nèi)容是討論將能量從光纖一端傳遞到另一端，很少或者沒有涉及到相干性。入射在光纖一端的能量是非常均勻或者雜亂地被傳遞到另一端。但是，如果光纖中心的折射率高，向外逐漸變低，則光線通過光纖的路程將是曲線而非直線。適當(dāng)選擇折射率梯度(近似是距光纖中心的徑向距離平方的倒數(shù)的函數(shù))，光路就是正弦關(guān)系，如圖13.25所示。有兩個(gè)大的影響：從一點(diǎn)發(fā)出的光線沿光纖可以周期性地會(huì)聚到一個(gè)焦點(diǎn)；光纖能夠像透鏡一樣成像。這是梯度折射率(GRIN)或自聚焦(SELFOC)棒的基礎(chǔ)。例如，如果折射率設(shè)計(jì)成徑向距離r的函數(shù)，表示如下：

則軸向長度為t的一根棒的焦距是：

后截距是：

正弦光線路程的"節(jié)距"是。

由于聚焦效應(yīng)沿棒長方向是連續(xù)的，所以，這種裝置等效于13.2節(jié)介紹過的、由轉(zhuǎn)像透鏡和場鏡組成的潛望鏡系統(tǒng)。與兩個(gè)轉(zhuǎn)像透鏡和一個(gè)中間場鏡相對應(yīng)的棒長，如圖13.25所示，將產(chǎn)生一個(gè)正立的像，像的面積近似等于棒的直徑所具有的面積。單排或雙排梯度折射率棒是小型桌面復(fù)印機(jī)的基礎(chǔ)。很明顯，一根長的GRIN棒可以起到胃窺鏡作用，一根短棒(小于圖13.25所示長度的四分之一)的功能類似普通透鏡，并稱為伍德(Wood)透鏡。

這種折射率梯度透鏡的其它重要方面是：由于光線是以正弦路徑形式傳播，所以，不會(huì)接觸到光纖管壁，并且，與(將光束約束在光纖內(nèi)的)低折射率覆蓋層的反射無關(guān)。此外，對所有路程，光路(折射率乘以距離)都是一樣的，顯然，軸上光路最短，但在較高的折射率中。光路的不變性意味著，在整個(gè)數(shù)值孔徑范圍內(nèi)，所有路程的傳播時(shí)間都一樣。與公式13.23給出的路程長度相比，后者隨光線斜角的余弦變化。

通訊光纖

光纖的另一種應(yīng)用是通訊。以光作為一種有特別高頻率的載波，其數(shù)據(jù)傳遞速率可以非常非常高。制造光纖時(shí)使其有特別低的吸收(低于每千米0.1-dB)，以便在幾英里距離上傳播信息成為現(xiàn)實(shí)。然而，如果可能的光路長度彼此不同，則光線從光纖一端傳播到另一端所消耗的時(shí)間將因不同光線而變化。對高數(shù)據(jù)傳播速率，傳播時(shí)間的很小量差就足以產(chǎn)生一個(gè)相移，將信號(hào)調(diào)制降到無用的水平。圖13.23再次表明路程長度的變化。用于電話和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w是典型的單模光纖(光纖芯直徑是10μm數(shù)量級(jí)，邊界處折射率差約1%)，除非直接沿光纖長度方向傳播，否則該模式的光纖不會(huì)傳播光波。除了路程長度的變化，另一個(gè)麻煩問題是：對絕大多數(shù)材料，折射率隨波長變化，因此，即使路程長度不變，光路也隨波長變化。除了低吸收，通訊光纖材料的性質(zhì)是保障在使用的(窄)光譜范圍內(nèi)具有非常低的色散。氧化硅( )光纖在1.3μm波長處具有幾乎是零的吸收，在1.55μm處有很低的色散。多層覆蓋層可以將零色散漂移到1.55μm處，使它變平，從而使1.3～1.6μm范圍內(nèi)都是有用的。

媒體評論

應(yīng)用光學(xué)》2011年6期1155頁、《電光與控制》2011年第11期第6頁推薦："該書是世界著名光學(xué)專家Warren J. Smith 先生60多年豐富工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。內(nèi)容經(jīng)典且先進(jìn)、實(shí)用，多方位地覆蓋了像的形成、基本的光學(xué)裝置、像的評價(jià)、制造技術(shù)和測試方法等；提供了關(guān)于光學(xué)工程理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的資料；同時(shí)涵蓋150多個(gè)詳細(xì)插圖和62種光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例……"