微光學與系統(tǒng)

內(nèi)容概要

微光學是微米與納米尺度上的光學。由于這種微結(jié)構(gòu)尺度已接近或小于光波長，因此，常規(guī)光學的理論與加工技術(shù)已不適宜于微光學。本書以微光學與納米光學理論為基礎，主要闡微光學器件及系統(tǒng)的原理與技術(shù)，以及微光學加工與測試技術(shù)。       微光學是20世紀90年代的產(chǎn)物，是知識密集、前沿與先進的光學新分支，被譽為光學新技術(shù)。本書主要取材于作者近15年來承擔國家相關科研的成果和部分國內(nèi)外最新成果，是一本綜合而成的有新理論、新技術(shù)、新方法的有實用參考價值的專業(yè)技術(shù)書。    本書適合從事應用物理、光學工程、光電工程、自動控制、先進制造和先進國防的研究人員，亦適合從事微電子技術(shù)、微電機系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微結(jié)構(gòu)的設計與制造人員，同時本書可作為，高等學校相關專業(yè)教師、研究生、高年級大學生的教材和參考書

書籍目錄

第1章　微光學與系統(tǒng)概述　1.1　微光學引言    1.1.1  什么是微光學、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MEMS的意義   　　1.2.3　經(jīng)濟意義　1.3　研究領域    　　1.3.1　微系統(tǒng)的研究領域    1.3.2　微光學的研究領域    1.3.3　發(fā)展前景　1.4　尺度效應與光技術(shù) 　1.5　微光學發(fā)展概要  參考文獻第2章　微光學理論基礎  2.1　微結(jié)構(gòu)光學理論概述   　　2.1.1理論涉及領域   　　2.1.2設計模型   　　2.1.3微光學分類　　2.2　標量衍射理論基礎    2.2.1　電磁理論基礎    2.2.2　標量衍射模型    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　基于標量理論的衍射光學設計    2.2.7　利用曲面基底衍射光學元件替代非球面  2.3　矢量衍射理論基礎    2.3.1　發(fā)展概況    2.3.2　嚴格耦合波理論（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  時域有限差分法（FDTD）    2.4.1  FDTD理論基礎    2.4.2　光波導的模耦合理論    2.4.3  時域有限差分法（FDTD）    2.4.4  FDTD中的激勵源    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)偏振變換的應用  參考文獻第3章　微光學器件及系統(tǒng)技術(shù)  3.1  衍射光學器件（DOE）與二元光學器件（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　光通信中的微光學器件第5章　光學微細加工技術(shù)第6章　微系統(tǒng)中的光技術(shù)第7章　自由究竟微光學第8章　納米光子學基礎

章節(jié)摘錄

　　第1章　微光學與系統(tǒng)概述　　1.1　微光學引言　　1.1.1　什么是微光學、MEMs（MsT）、MOEMS、iMS及NEMS　　微光學（micro-optiCS）是微米（10-6m）尺度上的光學，其中包括微米尺度的光學表面微結(jié)構(gòu)。微光學在日本稱為微小光學。微小光學是廣義上的微光學，不是物理意義上的微光學。物理意義上的微光學其單元尺寸已在光波長量級，因此，建立在單元尺度遠大于光波長的常規(guī)光學，其主要理論及設計方法已不適用微光學或其計算結(jié)果不夠精確，特別是常規(guī)光學的光學冷加工工藝則已完全不適于微光學制作。自從微電子學的微細加工技術(shù)發(fā)展以來，在光學這個學科上就產(chǎn)生了微光學這個前沿學科分支。因此，微光學是一個知識密集、前沿和技術(shù)先進的新的光學學科分支?！　EMS是指微機電系統(tǒng)，主要由微機械（MicroMachining，MM）與微電器（MicroElecl_ronics，　　ME）組成。在美國，這項技術(shù)稱為MicroElectro Mechanical SystEms（MEMS）；在歐洲，這項技術(shù)稱為Micr（）syStems Technology（MST）；在日本，這項技術(shù)稱為微機械（micromachine）。ME：MS或MST的共同特點是“小人國”——從外部去觀察，在系統(tǒng)功能相同的條件下，用這種技術(shù)設計與生產(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，其設計方法和工藝技術(shù)又完全不同于常規(guī)機電系統(tǒng)的設計和加工，因此MEMS（MST）從物理學及方法論上說實際上是一種新的工具箱，用于研究和開發(fā)下列目標：　?。?）創(chuàng)立小型化系統(tǒng)的總體設計與工藝過程；　?。?）這種專用的MEMS物理產(chǎn)品是一般電子商店買不到的；　?。?）MEMS是一種微尺度（micro SCale）制造技術(shù)，是用于工業(yè)、科學技術(shù)中物理信息參數(shù)控制的傳感器與執(zhí)行過程的先進方法?！　OEMS（Micro—Opto—EIectro—Mechaning System）是指微光機電系統(tǒng)，也可稱為光學MEMS（opt’[optical MEMS），是微光學技術(shù)與MEMS結(jié)合的微系統(tǒng)技術(shù)（MST）。MOEMS是當前性能最佳、精度最高、知識密集度最高的微系統(tǒng)。　　……

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