天文光学非球面技术和系统调整 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李德培 著

图书标签:

• 天文光学
• 非球面技术
• 系统调整
• 光学工程
• 精密光学
• 自适应光学
• 望远镜
• 光学设计
• 光机电一体化
• 误差分析

出版社： 中国科学技术出版社

ISBN：9787504668219

版次：1

商品编码：12325954

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：378

字数：450000

编辑推荐

本丛书的作者都是这三五十年来在我国天文望远镜和技术、方法领域中做了很多工作的专家，丛书大的特点是大多数作者在书中包括了很多本人和合作者的研究和工作成果，并有许多实例。

内容简介

本书介绍了各种常用光学非球面的原理、加工、检验方法及检测装置，这些都是笔者参加工作以来，经过实践的经验 总结，顺便也提到了与检验有关的设计问题、装备问题及对图纸的合理要求。因此，还可看出技术传承的重要性。

作者简介

中国科学院南京天文仪器研制中心研究员。长期从事天文光学仪器的加工、检验、测量、装校工作。1957年毕业于 南京大学数学天文系天体测量专业，1958年参与筹建南京天文仪器厂。

内页插图

目录

第一章 光学材料及常用辅料
第二章 非球面、常用非球面及其系统的光学性质
第三章 二次曲线旋转面的数学表达式及其有关问题
第四章 二次曲线旋转面加工综述及球面R的测量
第五章 刀口阴影检验
第六章 自治的干涉检验仪器
第七章 各种常用光学元件、光学系统的加工及检验
第八章 常用补偿检验法
第九章 光学系统调整基础及常用工具
第十章 几个典型的光学系统调整方法实例

现代光学设计与精密制造技术 内容概要： 本书旨在全面、深入地探讨现代光学设计、精密加工制造及其相关系统的集成应用技术。全书系统地梳理了从基础光学理论到前沿工程实践的完整链条，特别聚焦于非球面、自由曲面等复杂光学元件在高性能成像、照明以及探测系统中的应用挑战与解决方案。 第一部分：光学系统设计基础与高级理论 第一章：经典光学与成像理论回顾 本章首先对几何光学和物理光学的基础原理进行系统性回顾，强调光线追迹、光束传播以及衍射理论在现代系统设计中的基石作用。详细阐述了成像系统的基本概念，包括光圈、视场、景深、分辨率的量化指标。重点解析了像差理论，特别是宋格（Seidel）五大初级像差的形成机理、数学描述及其对成像质量的限制。讨论了如何利用对称性、优化函数以及像差平衡的初步概念进行系统概念设计。 第二章：光学传递函数与图像质量评价 深入讲解了描述光学系统性能的关键工具——光学传递函数（OTF）。内容涵盖调制传递函数（MTF）和相位传递函数（PTF）的定义、计算方法及其在不同场景下的应用。详细介绍了评价图像质量的各种客观和主观标准，包括点扩散函数（PSF）、均方根（RMS）波前误差等。本章还探讨了如何将这些指标整合到优化流程中，以量化和改进设计方案的性能。 第三章：公差分析与系统灵敏度 光学系统从理论设计走向实际制造，不可避免地会受到加工、装配误差的影响。本章聚焦于公差分析，这是连接设计与制造的桥梁。详细介绍了统计学方法在公差分析中的应用，如蒙特卡洛模拟。阐述了如何确定关键元件的加工精度要求、装配约束条件以及环境因素（如温度、振动）对系统稳定性的影响，并提供了一套系统的灵敏度评估框架。 第二部分：复杂光学元件的创新设计与制造 第四章：非球面光学元件的设计原理 本章将焦点集中于非球面在矫正像差中的核心作用。系统介绍了描述非球面面形的一系列数学模型，包括圆锥曲线方程、Zernike多项式、以及更通用的变形系数方程（如Q-多项式或参考球多项式）。详细对比了不同类型非球面（如旋转对称非球面与自由曲面）的设计优势与局限性。阐述了如何利用非球面来消除或显著降低系统中的球差、彗差和像散，从而实现更高性能的光学设计。 第五章：自由曲面光学与先进集成 超越了旋转对称的限制，本章深入探讨了自由曲面（Freeform Optics）的设计方法。介绍了基于光线微分方程、等光程原理以及优化算法驱动的自由曲面生成技术。重点分析了自由曲面在照明匀化、紧凑型视度补偿以及新型阵列光学中的应用潜力。讨论了如何将自由曲面与衍射元件、微结构阵列相结合，实现光学系统的功能集成化。 第六章：精密加工与检测技术 光学元件的制造精度直接决定了系统的最终性能。本章详述了现代精密光学加工的主流技术，包括数控磨抛（CNC Grinding and Polishing）、磁流变抛光（MRF）以及点接触式加工技术。针对非球面和自由曲面，重点介绍了先进的计算机生成全息（CGH）辅助检测方法，以及高精度干涉仪的设置与数据处理流程。讨论了加工误差与表面粗糙度对MTF指标的实际影响。 第三部分：系统集成与应用工程 第七章：光机结构设计与热光效应 光学系统性能的实现，高度依赖于其支撑结构。本章讲解了光机系统集成设计的基本原则，包括机械刚度、热膨胀匹配和振动隔离设计。深入分析了热光效应，即温度变化导致元件材料折射率变化、元件形状变化以及装配间隙变化对焦平面位置和像差的影响。提供了有效的热设计策略，例如使用低热膨胀系数材料和主动温度控制系统。 第八章：先进光学系统集成与优化 本章将设计、制造和装调技术融合成一个完整的工程实践流程。探讨了系统级优化的策略，包括多目标函数设定和全局优化算法的应用。详细介绍了光学系统的装调技术，从初级找准到最终的精密对准。重点讨论了在役优化（In-situ Optimization）的概念，即利用传感器反馈和迭代算法在实际工作环境下对系统参数进行微调，以达到最佳性能。 第九章：应用案例分析 本章通过几个具体的工程实例，展示了上述技术在不同领域的综合应用。案例包括： 1. 高性能变焦镜头系统： 如何利用非球面和移动镜组实现宽范围的高分辨率成像。 2. 复杂照明配光系统： 自由曲面在LED匀光和光束整形中的应用。 3. 高精度望远镜或传感器系统： 公差分析与热稳定性设计在深空探测任务中的关键作用。 总结： 本书是一本面向光学工程师、精密仪器设计师以及相关科研人员的综合性技术参考手册，旨在提供扎实的理论基础和可操作的工程指导，以应对现代光学系统日益增长的复杂度和精度要求。它强调理论指导实践、设计与制造紧密结合的现代工程范式。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，这本书的文字风格是极其冷静和客观的，没有多余的煽情，全部都是基于物理定律和工程验证的陈述。我特别欣赏它在处理“非球面”这一复杂概念时的逻辑递进。非球面本身就是对传统球面光学理论的一种突破，作者没有回避其带来的计算复杂性，反而将各种数值优化方法——从Zernike多项式拟合到自由曲面（Freeform Optics）的探讨，都梳理得井井有条。对于我这种有一定基础的读者来说，这本书就像是为我打开了一扇通往前沿设计方法论的大门。它要求读者不仅要理解“为什么”要使用非球面，更要掌握“如何”利用现代计算工具实现它们。阅读过程中，我感觉自己仿佛在进行一次高强度的思维体操训练，每一次对公式的推导和对图表的解读，都是对自身知识边界的一次拓展。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的著作，光是书名就让人感到一股扑面而来的专业气息。《天文光学非球面技术和系统调整》，这简直是为那些醉心于观测宇宙深处奥秘的工程师和资深爱好者量身定做的圣经。我打开书页，首先映入眼帘的是大量精密的数学公式和复杂的几何光学图解，看得我直冒冷汗。它显然不是那种轻松愉快的科普读物，而是深入到了光学设计和制造的核心。从阿斯菲尔面（Aspheric surfaces）的理论构建，到如何用现代的计量设备去精确检验这些曲面，书中洋洋洒洒地铺陈了大量的技术细节。我特别留意了关于波前误差分析的那一部分，作者似乎对如何将理想的光学模型转化为可制造、可调整的实体系统有着独到的见解。那种严谨到毫厘的论证方式，仿佛能让人感受到制造出一台顶级望远镜镜片的艰辛与荣耀。这本书无疑是极佳的参考资料，对于想在这一领域深耕的人来说，它提供的知识深度和广度是无可替代的。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的最深切感受是其对“精度”的执着追求。在阅读关于镜面制造公差和装配误差控制的部分时，我深刻体会到天文光学工程的残酷性——任何微小的失误都可能导致最终成像的巨大损失。书中对不同制造工艺的优缺点进行了对比分析，比如传统的磨制与抛光、现代的离子束抛光（IBS）以及磁流变抛光（MRF）技术，都配有详尽的性能指标对比。这种对细节的极致关注，体现了作者团队在实际工程中积累的宝贵经验。这本书似乎在对读者无声地宣告：在追逐星辰的过程中，没有捷径可走，唯有对每一道光线路径的精确控制，才能最终捕捉到宇宙中最遥远、最微弱的光芒。它不仅仅是传授知识，更是在塑造一种近乎苛刻的工程哲学。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版也透露出一种对知识的尊重。纸张的质感厚实，足以承载那些密密麻麻的图表和高分辨率的MTF曲线图。从内容的编排来看，它显然是经过了长期的教学实践和工程总结的。它循序渐进地介绍了从单一镜片到多镜组系统的调整流程，特别是关于消除离轴像差和场曲的章节，提供了详尽的参数列表和实际操作指南。我个人对其中关于“动态光学”和自适应光学（Adaptive Optics, AO）系统的简要介绍很感兴趣，虽然篇幅不算特别长，但其对非球面技术在应对大气湍流时的应用潜力进行了展望，这让整本书的内容跳出了纯粹的静态光学设计范畴，展现了其在未来观测技术中的核心地位。这种对技术生命周期的全面覆盖，使得它不仅仅是一本静态的教科书。

评分☆☆☆☆☆

翻阅此书，给我带来的冲击感，远超乎我对“技术手册”的预期。与其说这是一本技术书，不如说它更像是一部光学领域的“编年史”，讲述了人类如何一步步征服光线的复杂路径。我注意到，书中不仅仅停留于理论，对于不同类型的大型望远镜系统，比如施密特望远镜、卡塞格林系统，其镜面加工和最终的系统集成调整过程，都有非常细致的案例分析。其中关于“系统调整”这一环节的论述，尤为精彩，它揭示了制造完成后，现场的微小环境变化（如温度梯度、结构形变）如何影响最终的成像质量，以及工程师们如何通过精妙的机械补偿和软件迭代来实现“完美对焦”。阅读这些内容时，我仿佛置身于赤道仪房内，亲眼见证着那些巨大的镜子在操作台前被小心翼翼地微调，那种将科学的严谨性与实践的复杂性完美结合的叙事方式，令人拍案叫绝。