微小光学与微透镜阵列PDF电子书下载

第1章 从宏观光学到微小光学 1

1.1宏观光学与微小光学 1

1.1.1宏观光学 1

1.1.2微小光学 1

1.1.3纳米光学 3

1.2微小光学的研究内容 4

1.2.1微系统 4

1.2.2微小光学的研究领域 5

1.3尺度效应带来的特殊问题 5

1.4微小光学的发展 6

参考文献 10

第2章 向量波动方程和光线方程 15

2.1麦克斯韦方程和程函方程 15

2.1.1麦克斯韦方程 15

2.1.2程函方程 17

2.2向量波动方程式 19

2.2.1基本方程式 19

2.2.2基本方程式的解 20

2.3标量波动方程 22

2.4抛物线型波动方程式 24

2.5光线方程式 26

2.6光线方程的微分形式 29

2.7光学哈密顿正则方程 30

2.8在圆柱坐标系下的光线方程 33

2.9光线方程的积分形式 34

2.10光线光学与波动光学 37

参考文献 40

第3章 径向变折射率透镜的光线轨迹及成像特性 41

3.1光线轨迹的一般解 41

3.2在径向变折射率透镜中的光线轨迹 45

3.3特殊情况下的光线轨迹 49

3.3.1光线平行入射和平行出射情况 49

3.3.2光线平行入射和出射光聚焦在出射端面上 49

3.4径向变折射率透镜中光线轨迹的一般解 50

3.4.1子午光线的轨迹 53

3.4.2抛物线型折射率分布透镜中的光线轨迹 53

3.4.3双曲线正割折射率分布透镜中的光线轨迹 54

3.5径向变折射率透镜的成像特性 55

3.5.1光线追跡方法 55

3.5.2光线矩阵方法 58

3.5.3径向变折射率透镜的成像特性与透镜长度的关系 63

3.6径向变折射率透镜的数值孔径 69

3.7球形端面的径向变折射率透镜的成像特性 72

3.7.1成像光线矩阵 72

3.7.2近轴光学成像特性 74

3.8径向锥形变折射率透镜的光线轨迹和成像特性 77

3.8.1光线轨迹方程 77

3.8.2锥形变折射率透镜的成像光线矩阵 81

3.8.3近轴成像特性 82

3.8.4锥形变折射率光纤的制作 83

3.9聚合物径向变折射率透镜 86

3.9.1制作工艺 86

3.9.2最佳制作工艺条件分析 87

3.9.3聚合物径向变折射率透镜的光学特性 92

参考文献 93

第4章 变折射率透镜的傅里叶变换和成像特性 95

4.1光学脉冲响应函数 95

4.2薄径向变折射率透镜的傅里叶变换和成像特性 97

4.2.1薄径向变折射率透镜的位相调制函数 97

4.2.2薄径向变折射率透镜的傅里叶变换性质 99

4.2.3薄径向变折射率透镜的成像特性 101

4.3径向变折射率透镜的傅里叶变换和成像特性 103

4.3.1径向变折射率透镜的脉冲响应函数 103

4.3.2径向变折射率透镜的成像和傅里叶变换特性 106

参考文献 109

第5章 轴向变折射率透镜的光线轨迹和成像特性 111

5.1轴向变折射率介质的光线轨迹 112

5.2光线轨迹的特性 113

5.2.1光程 113

5.2.2光线的平面性 113

5.2.3积分不变量 113

5.2.4倾斜度不变性 114

5.2.5类均匀平板的偏折作用 114

5.3轴向变折射率透镜的成像特性 114

5.3.1成像光线矩阵 115

5.3.2成像特性 117

5.4几种特殊的轴向变折射率分布形式 119

5.4.1 n（z） =n（0）+αz 120

5.4.2 n2 （z）=n2 （0） +αz 120

5.4.3 n2 （z）=n2 （0） （1—α2 z2） 121

5.4.4 n2（z）=n2（0）（1+α2z2） 122

5.4.5 n2 （z） =n2 （0） （1+αz） 122

5.5双曲线正割变折射率平面波导的光线轨迹 123

5.5.1光线轨迹方程 124

5.5.2聚焦特性 126

5.5.3准直特性 127

5.5.4准直光输入时的光线轨迹 128

参考文献 129

第6章 球向变折射率透镜 131

6.1球向变折射率透镜的光线轨迹及光学特性 132

6.1.1球向变折射率透镜的光线轨迹 132

6.1.2平面极坐标下球向变折射率透镜的光线轨迹 133

6.1.3光线曲率向量 134

6.1.4倾斜度不变性 135

6.2麦克斯韦鱼眼透镜 137

6.2.1光线轨迹 137

6.2.2光线方程式 138

6.2.3成像特性 140

6.2.4光程 141

6.3鲁尼伯格透镜 143

6.3.1平行入射情况 143

6.3.2广义鲁尼伯格透镜 145

6.3.3特殊的鲁尼伯格透镜 149

6.3.4鲁尼伯格透镜中的光程 149

6.4聚合物球向变折射率透镜 150

6.4.1制作工艺 150

6.4.2聚合物球向变折射率透镜的光学特性 153

参考文献 154

第7章 变折射率平面微透镜阵列 157

7.1变折射率平面微透镜的折射率分布 158

7.2变折射率平面微透镜的光线轨迹 161

7.2.1广义鲁尼伯格模型 161

7.2.2旋转对称模型 164

7.3变折射率平面微透镜的成像特性 173

7.3.1光学成像矩阵 173

7.3.2近轴光学特性 175

7.3.3变折射率平面微透镜的几个主要光学特性 176

7.4双层变折射率平面微透镜的成像特性 178

7.5变折射率平面微透镜阵列的制作 181

7.6两种离子交换技术的理论分析 183

7.6.1开孔式离子交换技术 183

7.6.2掩盘式离子交换技术 186

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 188

7.7.1窗口表面凸起现象分析 188

7.7.2窗口大小的影响 192

7.7.3衍射极限和瑞利判据 195

7.7.4微透镜微小化极限 198

7.8球形变折射率平面微透镜阵列 201

7.8.1制作工艺 201

7.8.2椭球形变折射率平面微透镜的光学特性 202

7.8.3高温电场辅助下的两阶段离子交换理论 203

7.9平面交叉型变折射率微透镜阵列 205

7.9.1制作工艺 205

7.9.2焦距 206

参考文献 207

第8章 光刻热熔微透镜阵列 211

8.1圆形孔径热熔微透镜阵列模板的光学设计 211

8.1.1模板设计理论 211

8.1.2抗蚀剂体积变化的影响 212

8.1.3光刻胶-基片间界面的影响 213

8.2异形孔径热熔微透镜阵列模板的光学设计 214

8.2.1模板设计 214

8.2.2热熔后微透镜的曲率半径 215

8.2.3接触角 216

8.3制作工艺 216

8.3.1光刻胶的选择 216

8.3.2基片预处理 217

8.3.3涂胶和前烘 217

8.3.4光刻和显影 218

8.3.5热熔 219

8.4热熔微透镜阵列的成像特性 220

8.4.1成像矩阵 220

8.4.2近轴光学成像特性 222

8.5热熔微透镜阵列性能测试 223

8.5.1阵列均匀性测试 223

8.5.2阵列形貌检测 223

8.5.3光学特性测试 225

参考文献 227

第9章 光敏热处理型微透镜阵列 229

9.1光敏热处理型微透镜阵列形成工艺的理论基础 229

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 229

9.1.2表面凸起的形状与表面张力分析 231

9.2单层光敏热处理型微透镜阵列 234

9.2.1单元透镜的光学参量 234

9.2.2单层透镜的光线矩阵 234

9.2.3近轴光学成像特性 236

9.3双层光敏热处理型微透镜阵列 239

9.3.1成像光线矩阵 239

9.3.2双层微透镜阵列的近轴光学特性 242

9.4单层光敏热处理型微透镜阵列的辐射照度 245

9.5双层光敏热处理型微透镜阵列的辐射照度 247

9.6弯曲的光敏热处理型微透镜阵列 250

参考文献 252

第10章 异形孔径径向变折射率透镜及阵列 254

10.1填充系数是微透镜阵列重要的质量指标 254

10.1.1填充系数定义 254

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 254

10.2异形径向变折射率透镜的制作 257

10.2.1先成形后离子交换方法 257

10.2.2先离子交换后成形方法 257

10.2.3先做异形预制棒、拉丝再离子交换方法 258

10.2.4三种制作方法的比较 259

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 260

10.3.1有限差分法 260

10.3.2方形径向变折射率透镜的二维有限差分法分析 262

10.3.3方形透镜阵列的三维有限差分法研究 264

10.3.4正六边形径向变折射率透镜的有限差分法分析 267

10.3.5正方形径向变折射率透镜折射率分布的解析解 267

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 271

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 274

10.4正方形径向变折射率透镜折射率分布的实验研究 275

10.4.1折射率分布表达式 275

10.4.2方形径向变折射率透镜折射率分布的实验研究 275

10.4.3正方形径向变折射率透镜折射率分布的特点 278

10.5正方形径向变折射率透镜和阵列的光学特性 279

10.5.1正方形径向变折射率透镜光学特性分析 279

10.5.2正方形径向变折射率透镜光学性能的测量 280

参考文献 282

第11章 异形孔径变折射率平面微透镜阵列 284

11.1异形窗口的离子扩散 284

11.1.1圆形窗口的离子扩散 284

11.1.2异形窗口的离子扩散 285

11.2异形孔径变折射率平面微透镜阵列的制作 287

11.2.1模板设计 287

11.2.2基片玻璃的离子扩散特性 289

11.2.3异形孔径变折射率平面微透镜阵列的制作 290

11.3六角形孔径变折射率曲面微透镜阵列 292

11.3.1平面掩模板对球面基片曝光时的图形形变影响 292

11.3.2异形孔径曲面型微透镜阵列的制作 294

11.4异形孔径变折射率平面微透镜阵列的光学特性研究 296

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 296

11.4.2两种窗口形状的离子扩散特性对比分析 297

11.4.3曲面六角形窗口阵列的离子扩散特点 299

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 300

11.5异形孔径变折射率平面微透镜阵列的动态成像 305

11.5.1微透镜放大倍率与元件结构参数的关系 307

11.5.2微图形放大倍率与元件结构参数的关系 308

11.5.3微图形动态显示效果与元件结构参数的关系 309

11.5.4微透镜阵列特殊显示效果设计 312

参考文献 314

第12章 阵列光学理论 316

12.1从叠合平面光学到阵列光学 316

12.2光学元件阵列的特性 319

12.3光学元件阵列的光线理论 319

12.3.1光轴平行型微透镜阵列 319

12.3.2一般光学透镜阵列的近轴光学特性 322

12.3.3光学透镜阵列的综合成像特性 325

12.4光学微透镜阵列的衍射理论 328

12.4.1用传输矩阵元表示的脉冲响应函数 328

12.4.2微透镜阵列光学系统的衍射积分和脉冲响应函数 329

12.4.3微透镜阵列系统的多重成像特性 332

12.4.4微透镜阵列系统的综合成像特性 333

12.5变折射率平面微透镜阵列的成像特性 334

12.5.1变折射率平面微透镜阵列的近轴光学理论 334

12.5.2变折射率平面微透镜阵列的衍射理论 335

12.6径向变折射率透镜阵列的成像特性 337

12.6.1径向变折射率透镜阵列的光线轨迹 337

12.6.2轨迹方程式 338

参考文献 341

第13章 掩埋式变折射率玻璃光波导 343

13.1掩埋式变折射率波导的制作 343

13.2电场辅助下离子交换过程分析 344

13.3光功分器的设计 348

13.3.1对称的S分支波导 349

13.3.2不对称S型分支波导 351

13.3.3 S型功分器弯曲路径的优化设计 351

13.4光学特性的测量 355

13.4.1六个区域的浓度分布 355

13.4.2插入损耗测试 358

13.4.3近场模式测试 358

13.4.4低损耗波段测试 360

13.4.5分光比测试 362

13.4.6附加损耗测试 363

参考文献 364

第14章 变折射率透镜像差分析和改善像差特性的方法 366

14.1光学哈密顿方程 367

14.2光学哈密顿方程的近轴近似 368

14.3光学哈密顿方程的近轴解 371

14.3.1轴光线 371

14.3.2场光线 372

14.4三级像差表示式 373

14.5三级像差方程 376

14.6变折射率透镜的像差分析 377

14.6.1子午光线的像差 377

14.6.2三级像差 378

14.6.3螺旋光线 380

14.6.4五级像差 380

14.7变折射率透镜的畸变和场曲的测量 381

14.7.1变折射率透镜的折射率分布 381

14.7.2变折射率透镜像差测量 383

14.8变折射率透镜的色差分析 385

14.8.1径向变折射率透镜的色差方程 385

14.8.2色差方程在特殊情况下的解 388

14.9改善变折射率透镜像差的方法 390

14.9.1折射率分布各阶系数与扩散常量T的关系 390

14.9.2改善变折射率透镜像差的方法 392

参考文献 397

第15章 光学微加工技术 400

15.1离子交换技术 400

15.1.1玻璃的基本结构 401

15.1.2玻璃折射率的理论分析 403

15.1.3最佳离子交换工艺的确定 411

15.2光刻技术 418

15.2.1模板设计 418

15.2.2光刻过程 419

15.3蚀刻技术 420

15.3.1湿法蚀刻 420

15.3.2干法蚀刻 421

15.3.3离子束加工 422

15.4直写技术 423

15.4.1激光束直写技术 423

15.4.2电子束直写 425

15.4.3激光图形发生器 427

15.4.4激光烧蚀技术 427

15.5微小光学元件的复制技术 428

15.5.1电铸技术 428

15.5.2热压技术 429

15.5.3模压复制技术 429

15.5.4紫外复制技术 429

参考文献 431

第16章 光束整形中的微小光学元件 434

16.1半导体激光器应用中的微小光学 434

16.2半导体激光的光束特性 438

16.3半导体激光准直中的微小光学元件 442

16.3.1圆柱透镜准直系统 442

16.3.2非球面柱透镜准直系统 443

16.3.3半导体激光器慢轴激光准直系统 446

16.4半导体激光列阵光束整形中的微小光学元件 448

16.5半导体激光器和光纤耦合中的微小光学元件 450

16.6半导体激光合束技术中的微小光学元件 452

16.7其他光源光束整形中的微小光学元件 456

参考文献 458

第17章 光子晶体光纤 460

17.1微结构与光子晶体 460

17.2二维光子晶体 461

17.3光子晶体光纤 464

17.3.1光子晶体光纤概念 464

17.3.2光子晶体光纤的制作 466

17.4折射率导引型光子晶体光纤 468

17.4.1全波段单模光纤 468

17.4.2大范围双模光纤 470

17.4.3高非线性光纤 474

17.4.4高双折射和单偏振光纤 476

17.5光子带隙光纤 478

17.5.1空心带隙光纤 478

17.5.2全固态带隙光纤 479

17.5.3折射率/光子带隙混合导引光纤 480

参考文献 483

第18章 微纳光学纤维 488

18.1微纳光纤的波导理论 489

18.2微纳光纤中的功率分布 492

18.3圆锥形微纳光纤 494

18.4微纳光纤的制作 497

18.4.1火焰加热技术 497

18.4.2激光加热技术 497

18.4.3电加热技术 499

18.5微纳光纤应用 501

18.5.1耦合器与干涉仪 501

18.5.2环形谐振器 502

18.5.3微纳光纤激光器 502

18.5.4微纳光纤长周期光栅 503

18.5.5超连续光谱产生 504

18.6纳米光子学 504

18.6.1纳米科学与纳米光子学 504

18.6.2近场光学 505

18.6.3纳米光子学材料 507

参考文献 509

本书名词中英对照索引 512