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