微光學(xué)與系統(tǒng)

內(nèi)容概要

微光學(xué)是微米與納米尺度上的光學(xué)。由于這種微結(jié)構(gòu)尺度已接近或小于光波長(zhǎng)，因此，常規(guī)光學(xué)的理論與加工技術(shù)已不適宜于微光學(xué)。本書(shū)以微光學(xué)與納米光學(xué)理論為基礎(chǔ)，主要闡微光學(xué)器件及系統(tǒng)的原理與技術(shù)，以及微光學(xué)加工與測(cè)試技術(shù)。       微光學(xué)是20世紀(jì)90年代的產(chǎn)物，是知識(shí)密集、前沿與先進(jìn)的光學(xué)新分支，被譽(yù)為光學(xué)新技術(shù)。本書(shū)主要取材于作者近15年來(lái)承擔(dān)國(guó)家相關(guān)科研的成果和部分國(guó)內(nèi)外最新成果，是一本綜合而成的有新理論、新技術(shù)、新方法的有實(shí)用參考價(jià)值的專(zhuān)業(yè)技術(shù)書(shū)。    本書(shū)適合從事應(yīng)用物理、光學(xué)工程、光電工程、自動(dòng)控制、先進(jìn)制造和先進(jìn)國(guó)防的研究人員，亦適合從事微電子技術(shù)、微電機(jī)系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造人員，同時(shí)本書(shū)可作為，高等學(xué)校相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師、研究生、高年級(jí)大學(xué)生的教材和參考書(shū)

書(shū)籍目錄

第1章　微光學(xué)與系統(tǒng)概述　1.1　微光學(xué)引言    1.1.1  什么是微光學(xué)、MEMS（MST）、MOEMS、iMS及NEMS      1.1.2　什么是微加工（MFT）     1.1.3　什么是折／衍混合光學(xué)系統(tǒng)（HOS）   1.2　形成背景與意義    1.2.1　形成背景    1.2.2　光學(xué)MEMS的意義   　　1.2.3　經(jīng)濟(jì)意義　1.3　研究領(lǐng)域    　　1.3.1　微系統(tǒng)的研究領(lǐng)域    1.3.2　微光學(xué)的研究領(lǐng)域    1.3.3　發(fā)展前景　1.4　尺度效應(yīng)與光技術(shù) 　1.5　微光學(xué)發(fā)展概要  參考文獻(xiàn)第2章　微光學(xué)理論基礎(chǔ)  2.1　微結(jié)構(gòu)光學(xué)理論概述   　　2.1.1理論涉及領(lǐng)域   　　2.1.2設(shè)計(jì)模型   　　2.1.3微光學(xué)分類(lèi)　　2.2　標(biāo)量衍射理論基礎(chǔ)    2.2.1　電磁理論基礎(chǔ)    2.2.2　標(biāo)量衍射模型    2.2.3　波的傳播與基爾霍夫衍射分析    2.2.4　平面波角譜分析    2.2.5　瑞利一索末菲（Rayleigh—Sommerfeld）衍射分析    2.2.6　基于標(biāo)量理論的衍射光學(xué)設(shè)計(jì)    2.2.7　利用曲面基底衍射光學(xué)元件替代非球面  2.3　矢量衍射理論基礎(chǔ)    2.3.1　發(fā)展概況    2.3.2　嚴(yán)格耦合波理論（RCw）    2.3.3　矢量分析的模方法（BKK法）    2.3.4　逐層分析的BKK法  2.4  時(shí)域有限差分法（FDTD）    2.4.1  FDTD理論基礎(chǔ)    2.4.2　光波導(dǎo)的模耦合理論    2.4.3  時(shí)域有限差分法（FDTD）    2.4.4  FDTD中的激勵(lì)源    2.4.5  FDTD的子域合成　2.5　光線追跡模型——高折射率模型（HRI）    2.5.1　衍射的幾何光學(xué)追跡    2.5.2　DOE的光線追跡——光柵方程模型    2.5.3　Sweatt模型——高折射率模型（HRI）    2.5.4  曲面DOE的HRI表示  2.6　微結(jié)構(gòu)等效介質(zhì)理論    2.6.1　等效折射模型    2.6.2　二階等效介質(zhì)理論  2.7　光學(xué)微結(jié)構(gòu)的偏振變換    2.7.1  引  言    2.7.2　偏振光的基本特性    2.7.3　微結(jié)構(gòu)的偏振特性    2.7.4　微結(jié)構(gòu)偏振變換的應(yīng)用  參考文獻(xiàn)第3章　微光學(xué)器件及系統(tǒng)技術(shù)  3.1  衍射光學(xué)器件（DOE）與二元光學(xué)器件（BOE）    3.1.1  DOE和BOE技術(shù)    3.1.2  DOE和BOE的變換函數(shù)第4章　光通信中的微光學(xué)器件第5章　光學(xué)微細(xì)加工技術(shù)第6章　微系統(tǒng)中的光技術(shù)第7章　自由究竟微光學(xué)第8章　納米光子學(xué)基礎(chǔ)

章節(jié)摘錄

　　第1章　微光學(xué)與系統(tǒng)概述　　1.1　微光學(xué)引言　　1.1.1　什么是微光學(xué)、MEMs（MsT）、MOEMS、iMS及NEMS　　微光學(xué)（micro-optiCS）是微米（10-6m）尺度上的光學(xué)，其中包括微米尺度的光學(xué)表面微結(jié)構(gòu)。微光學(xué)在日本稱(chēng)為微小光學(xué)。微小光學(xué)是廣義上的微光學(xué)，不是物理意義上的微光學(xué)。物理意義上的微光學(xué)其單元尺寸已在光波長(zhǎng)量級(jí)，因此，建立在單元尺度遠(yuǎn)大于光波長(zhǎng)的常規(guī)光學(xué)，其主要理論及設(shè)計(jì)方法已不適用微光學(xué)或其計(jì)算結(jié)果不夠精確，特別是常規(guī)光學(xué)的光學(xué)冷加工工藝則已完全不適于微光學(xué)制作。自從微電子學(xué)的微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展以來(lái)，在光學(xué)這個(gè)學(xué)科上就產(chǎn)生了微光學(xué)這個(gè)前沿學(xué)科分支。因此，微光學(xué)是一個(gè)知識(shí)密集、前沿和技術(shù)先進(jìn)的新的光學(xué)學(xué)科分支?！　EMS是指微機(jī)電系統(tǒng)，主要由微機(jī)械（MicroMachining，MM）與微電器（MicroElecl_ronics，　　ME）組成。在美國(guó)，這項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為MicroElectro Mechanical SystEms（MEMS）；在歐洲，這項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為Micr（）syStems Technology（MST）；在日本，這項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為微機(jī)械（micromachine）。ME：MS或MST的共同特點(diǎn)是“小人國(guó)”——從外部去觀察，在系統(tǒng)功能相同的條件下，用這種技術(shù)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)出的產(chǎn)品就是尺寸特別小，大致尺寸是幾十微米到幾毫米之間，便于攜帶和隱藏，從內(nèi)部去觀察，其設(shè)計(jì)方法和工藝技術(shù)又完全不同于常規(guī)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工，因此MEMS（MST）從物理學(xué)及方法論上說(shuō)實(shí)際上是一種新的工具箱，用于研究和開(kāi)發(fā)下列目標(biāo)：　?。?）創(chuàng)立小型化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與工藝過(guò)程；　　（2）這種專(zhuān)用的MEMS物理產(chǎn)品是一般電子商店買(mǎi)不到的；　　（3）MEMS是一種微尺度（micro SCale）制造技術(shù)，是用于工業(yè)、科學(xué)技術(shù)中物理信息參數(shù)控制的傳感器與執(zhí)行過(guò)程的先進(jìn)方法。　　MOEMS（Micro—Opto—EIectro—Mechaning System）是指微光機(jī)電系統(tǒng)，也可稱(chēng)為光學(xué)MEMS（opt’[optical MEMS），是微光學(xué)技術(shù)與MEMS結(jié)合的微系統(tǒng)技術(shù)（MST）。MOEMS是當(dāng)前性能最佳、精度最高、知識(shí)密集度最高的微系統(tǒng)。　　……

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