微小光学是研究微米尺度范畴内光与物质相互作用和微米尺寸光学元件的制作、光学特性和应用的科学，是光学的新发展和重要国际前沿。本书结合作者及其同事多年的研究工作成果，全面、系统地讨论了变折射率光学、多种（特别是异形孔径）微透镜阵列和其他微小光学元件的基础理论、设计方法、制作技术、光学特性和器件应用。全书既注重理论的系统性和严密性，又注重内容上的实用性，最后简单讨论了微小光学今后的发展动向。 本书可供光纤通信、变折射率光学、微纳光学、光纤传感技术、集成光子学等领域的科技工作者、工程技术人员参考，也可供高等院校有关专业的老师、研究生和高年级学生阅读参考。
样章试读
目录
- 序
前言
第1章 从宏观光学到微小光学
1.1 宏观光学与微小光学
1.1.1 宏观光学
1.1.2 微小光学
1.1.3 纳米光学
1.2 微小光学的研究内容
1.2.1 微系统
1.2.2 微小光学的研究领域
1.3 尺度效应带来的特殊问题
1.4 微小光学的发展
参考文献
第2章 向量波动方程和光线方程
2.1 麦克斯韦方程和程函方程
2.1.1 麦克斯韦方程
2.1.2 程函方程
2.2 向量波动方程式
2.2.1 基本方程式
2.2.2 基本方程式的解
2.3 标量波动方程
2.4 抛物线型波动方程式
2.5 光线方程式
2.6 光线方程的微分形式
2.7 光学哈密顿正则方程
2.8 在圆柱坐标系下的光线方程
2.9 光线方程的积分形式
2.10 光线光学与波动光学
参考文献
第3章 径向变折射率透镜的光线轨迹及成像特性
3.1 光线轨迹的一般解
3.2 在径向变折射率透镜中的光线轨迹
3.3 特殊情况下的光线轨迹
3.3.1 光线平行入射和平行出射情况
3.3.2 光线平行入射和出射光聚焦在出射端面上
3.4 径向变折射率透镜中光线轨迹的一般解
3.4.1 子午光线的轨迹
3.4.2 抛物线型折射率分布透镜中的光线轨迹
3.4.3 双曲线正割折射率分布透镜中的光线轨迹
3.5 径向变折射率透镜的成像特性
3.5.1 光线追跡方法
3.5.2 光线矩阵方法
3.5.3 径向变折射率透镜的成像特性与透镜长度的关系
3.6 径向变折射率透镜的数值孔径
3.7 球形端面的径向变折射率透镜的成像特性
3.7.1 成像光线矩阵
3.7.2 近轴光学成像特性
3.8 径向锥形变折射率透镜的光线轨迹和成像特性
3.8.1 光线轨迹方程
3.8.2 锥形变折射率透镜的成像光线矩阵
3.8.3 近轴成像特性
3.8.4 锥形变折射率光纤的制作
3.9 聚合物径向变折射率透镜
3.9.1 制作工艺
3.9.2 最佳制作工艺条件分析
3.9.3 聚合物径向变折射率透镜的光学特性
参考文献
第4章 变折射率透镜的傅里叶变换和成像特性
4.1 光学脉冲响应函数
4.2 薄径向变折射率透镜的傅里叶变换和成像特性
4.2.1 薄径向变折射率透镜的位相调制函数
4.2.2 薄径向变折射率透镜的傅里叶变换性质
4.2.3 薄径向变折射率透镜的成像特性
4.3 径向变折射率透镜的傅里叶变换和成像特性
4.3.1 径向变折射率透镜的脉冲响应函数
4.3.2 径向变折射率透镜的成像和傅里叶变换特性
参考文献
第5章 轴向变折射率透镜的光线轨迹和成像特性
5.1 轴向变折射率介质的光线轨迹
5.2 光线轨迹的特性
5.2.1 光程
5.2.2 光线的平面性
5.2.3 积分不变量
5.2.4 倾斜度不变性
5.2.5 类均匀平板的偏折作用
5.3 轴向变折射率透镜的成像特性
5.3.1 成像光线矩阵
5.3.2 成像特性
5.4 几种特殊的轴向变折射率分布形式
5.4.1 n(z)=n(0)+α^2z
5.4.2 n^2(z)=n^2(0)+αz
5.4.3 n^2(z)=n^2(0)(1-α^2z^2)
5.4.4 n^2(z)=n^2(0)(1+α^2z^2)
5.4.5 n^2(z)=n^2(0)(1+αz)
5.5 双曲线正割变折射率平面波导的光线轨迹
5.5.1 光线轨迹方程
5.5.2 聚焦特性
5.5.3 准直特性
5.5.4 准直光输入时的光线轨迹
参考文献
第6章 球向变折射率透镜
6.1 球向变折射率透镜的光线轨迹及光学特性
6.1.1 球向变折射率透镜的光线轨迹
6.1.2 平面极坐标下球向变折射率透镜的光线轨迹
6.1.3 光线曲率向量
6.1.4 倾斜度不变性
6.2 麦克斯韦鱼眼透镜
6.2.1 光线轨迹
6.2.2 光线方程式
6.2.3 成像特性
6.2.4 光程
6.3 鲁尼伯格透镜
6.3.1 平行入射情况
6.3.2 广义鲁尼伯格透镜
6.3.3 特殊的鲁尼伯格透镜
6.3.4 鲁尼伯格透镜中的光程
6.4 聚合物球向变折射率透镜
6.4.1 制作工艺
6.4.2 聚合物球向变折射率透镜的光学特性
参考文献
第7章 变折射率平面微透镜阵列
7.1 变折射率平面微透镜的折射率分布
7.2 变折射率平面微透镜的光线轨迹
7.2.1 广义鲁尼伯格模型
7.2.2 旋转对称模型
7.3 变折射率平面微透镜的成像特性
7.3.1 光学成像矩阵
7.3.2 近轴光学特性
7.3.3 变折射率平面微透镜的几个主要光学特性
7.4 双层变折射率平面微透镜的成像特性
7.5 变折射率平面微透镜阵列的制作
7.6 两种离子交换技术的理论分析
7.6.1 开孔式离子交换技术
7.6.2 掩盘式离子交换技术
7.7 变折射率平面微透镜阵列制作技术中的几个关键问题
7.7.1 窗口表面凸起现象分析
7.7.2 窗口大小的影响
7.7.3 衍射极限和瑞利判据
7.7.4 微透镜微小化极限
7.8 球形变折射率平面微透镜阵列
7.8.1 制作工艺
7.8.2 椭球形变折射率平面微透镜的光学特性
7.8.3 高温电场辅助下的两阶段离子交换理论
7.9 平面交叉型变折射率微透镜阵列
7.9.1 制作工艺
7.9.2 焦距
参考文献
第8章 光刻热熔微透镜阵列
8.1 圆形孔径热熔微透镜阵列模板的光学设计
8.1.1 模板设计理论
8.1.2 抗蚀剂体积变化的影响
8.1.3 光刻胶-基片间界面的影响
8.2 异形孔径热熔微透镜阵列模板的光学设计
8.2.1 模板设计
8.2.2 热熔后微透镜的曲率半径
8.2.3 接触角
8.3 制作工艺
8.3.1 光刻胶的选择
8.3.2 基片预处理
8.3.3 涂胶和前烘
8.3.4 光刻和显影
8.3.5 热熔
8.4 热熔微透镜阵列的成像特性
8.4.1 成像矩阵
8.4.2 近轴光学成像特性
8.5 热熔微透镜阵列性能测试
8.5.1 阵列均匀性测试
8.5.2 阵列形貌检测
8.5.3 光学特性测试
参考文献
第9章 光敏热处理型微透镜阵列
9.1 光敏热处理型微透镜阵列形成工艺的理论基础
9.1.1 光敏热处理型微透镜阵列凸起高度与玻璃密度变化的关系
9.1.2 表面凸起的形状与表面张力分析
9.2 单层光敏热处理型微透镜阵列
9.2.1 单元透镜的光学参量
9.2.2 单层透镜的光线矩阵
9.2.3 近轴光学成像特性
9.3 双层光敏热处理型微透镜阵列
9.3.1 成像光线矩阵
9.3.2 双层微透镜阵列的近轴光学特性
9.4 单层光敏热处理型微透镜阵列的辐射照度
9.5 双层光敏热处理型微透镜阵列的辐射照度
9.6 弯曲的光敏热处理型微透镜阵列
参考文献
第10章 异形孔径径向变折射率透镜及阵列
10.1 填充系数是微透镜阵列重要的质量指标
10.1.1 填充系数定义
10.1.2 普通圆形透镜(包括径向变折射率透镜)阵列的填充系数
10.2 异形径向变折射率透镜的制作
10.2.1 先成形后离子交换方法
10.2.2 先离子交换后成形方法
10.2.3 先做异形预制棒、拉丝再离子交换方法
10.2.4 三种制作方法的比较
10.3 异形孔径径向变折射率透镜折射率分布的有限差分法研究
10.3.1 有限差分法
10.3.2 方形径向变折射率透镜的二维有限差分法分析
10.3.3 方形透镜阵列的三维有限差分法研究
10.3.4 正六边形径向变折射率透镜的有限差分法分析
10.3.5 正方形径向变折射率透镜折射率分布的解析解
10.3.6 正六边形径向变折射率透镜阵列折射率分布的解析解
10.3.7 正偶多边形径向变折射率透镜折射率分布的解析解
10.4 正方形径向变折射率透镜折射率分布的实验研究
10.4.1 折射率分布表达式
10.4.2 方形径向变折射率透镜折射率分布的实验研究
10.4.3 正方形径向变折射率透镜折射率分布的特点
10.5 正方形径向变折射率透镜和阵列的光学特性
10.5.1 正方形径向变折射率透镜光学特性分析
10.5.2 正方形径向变折射率透镜光学性能的测量
参考文献
第11章 异形孔径变折射率平面微透镜阵列
11.1 异形窗口的离子扩散
11.1.1 圆形窗口的离子扩散
11.1.2 异形窗口的离子扩散
11.2 异形孔径变折射率平面微透镜阵列的制作
11.2.1 模板设计
11.2.2 基片玻璃的离子扩散特性
11.2.3 异形孔径变折射率平面微透镜阵列的制作
11.3 六角形孔径变折射率曲面微透镜阵列
11.3.1 平面掩模板对球面基片曝光时的图形形变影响
11.3.2 异形孔径曲面型微透镜阵列的制作
11.4 异形孔径变折射率平面微透镜阵列的光学特性研究
11.4.1 异形孔径变折射率平面微透镜阵列的离子交换时间对光学特性的影响
11.4.2 两种窗口形状的离子扩散特性对比分析
11.4.3 曲面六角形窗口阵列的离子扩散特点
11.4.4 异形孔径变折射率曲面微透镜阵列的光学特性测试
11.5 异形孔径变折射率平面微透镜阵列的动态成像
11.5.1 微透镜放大倍率与元件结构参数的关系
11.5.2 微图形放大倍率与元件结构参数的关系
11.5.3 微图形动态显示效果与元件结构参数的关系
11.5.4 微透镜阵列特殊显示效果设计
参考文献
第12章 阵列光学理论
12.1 从叠合平面光学到阵列光学
12.2 光学元件阵列的特性
12.3 光学元件阵列的光线理论
12.3.1 光轴平行型微透镜阵列
12.3.2 一般光学透镜阵列的近轴光学特性
12.3.3 光学透镜阵列的综合成像特性
12.4 光学微透镜阵列的衍射理论
12.4.1 用传输矩阵元表示的脉冲响应函数
12.4.2 微透镜阵列光学系统的衍射积分和脉冲响应函数
12.4.3 微透镜阵列系统的多重成像特性
12.4.4 微透镜阵列系统的综合成像特性
12.5 变折射率平面微透镜阵列的成像特性
12.5.1 变折射率平面微透镜阵列的近轴光学理论
12.5.2 变折射率平面微透镜阵列的衍射理论
12.6 径向变折射率透镜阵列的成像特性
12.6.1 径向变折射率透镜阵列的光线轨迹
12.6.2 轨迹方程式
参考文献
第13章 掩埋式变折射率玻璃光波导
13.1 掩埋式变折射率波导的制作
13.2 电场辅助下离子交换过程分析
13.3 光功分器的设计
13.3.1 对称的S分支波导
13.3.2 不对称S型分支波导
13.3.3 S型功分器弯曲路径的优化设计
13.4 光学特性的测量
13.4.1 六个区域的浓度分布
13.4.2 插入损耗测试
13.4.3 近场模式测试
13.4.4 低损耗波段测试
13.4.5 分光比测试
13.4.6 附加损耗测试
参考文献
第14章 变折射率透镜像差分析和改善像差特性的方法
14.1 光学哈密顿方程
14.2 光学哈密顿方程的近轴近似
14.3 光学哈密顿方程的近轴解
14.3.1 轴光线
14.3.2 场光线
14.4 三级像差表示式
14.5 三级像差方程
14.6 变折射率透镜的像差分析
14.6.1 子午光线的像差
14.6.2 三级像差
14.6.3 螺旋光线
14.6.4 五级像差
14.7 变折射率透镜的畸变和场曲的测量
14.7.1 变折射率透镜的折射率分布
14.7.2 变折射率透镜像差测量
14.8 变折射率透镜的色差分析
14.8.1 径向变折射率透镜的色差方程
14.8.2 色差方程在特殊情况下的解
14.9 改善变折射率透镜像差的方法
14.9.1 折射率分布各阶系数与扩散常量T的关系
14.9.2 改善变折射率透镜像差的方法
参考文献
第15章 光学微加工技术
15.1 离子交换技术
15.1.1 玻璃的基本结构
15.1.2 玻璃折射率的理论分析
15.1.3 最佳离子交换工艺的确定
15.2 光刻技术
15.2.1 模板设计
15.2.2 光刻过程
15.3 蚀刻技术
15.3.1 湿法蚀刻
15.3.2 干法蚀刻
15.3.3 离子束加工
15.4 直写技术
15.4.1 激光束直写技术
15.4.2 电子束直写
15.4.3 激光图形发生器
15.4.4 激光烧蚀技术
15.5 微小光学元件的复制技术
15.5.1 电铸技术
15.5.2 热压技术
15.5.3 模压复制技术
15.5.4 紫外复制技术
参考文献
第16章 光束整形中的微小光学元件
16.1 半导体激光器应用中的微小光学
16.2 半导体激光的光束特性
16.3 半导体激光准直中的微小光学元件
16.3.1 圆柱透镜准直系统
16.3.2 非球面柱透镜准直系统
16.3.3 半导体激光器慢轴激光准直系统
16.4 半导体激光列阵光束整形中的微小光学元件
16.5 半导体激光器和光纤耦合中的微小光学元件
16.6 半导体激光合束技术中的微小光学元件
16.7 其他光源光束整形中的微小光学元件
参考文献
第17章 光子晶体光纤
17.1 微结构与光子晶体
17.2 二维光子晶体
17.3 光子晶体光纤
17.3.1 光子晶体光纤概念
17.3.2 光子晶体光纤的制作
17.4 折射率导引型光子晶体光纤
17.4.1 全波段单模光纤
17.4.2 大范围双模光纤
17.4.3 高非线性光纤
17.4.4 高双折射和单偏振光纤
17.5 光子带隙光纤
17.5.1 空心带隙光纤
17.5.2 全固态带隙光纤
17.5.3 折射率/光子带隙混合导引光纤
参考文献
第18章 微纳光学纤维
18.1 微纳光纤的波导理论
18.2 微纳光纤中的功率分布
18.3 圆锥形微纳光纤
18.4 微纳光纤的制作
18.4.1 火焰加热技术
18.4.2 激光加热技术
18.4.3 电加热技术
18.5 微纳光纤应用
18.5.1 耦合器与干涉仪
18.5.2 环形谐振器
18.5.3 微纳光纤激光器
18.5.4 微纳光纤长周期光栅
18.5.5 超连续光谱产生
18.6 纳米光子学
18.6.1 纳米科学与纳米光子学
18.6.2 近场光学
18.6.3 纳米光子学材料
参考文献
本书名词中英对照索引
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