网上找资料的时候找到的一个对Fundamentals of Micro-optics这本书的评价,还不错,另外文中也推荐了好几本书

由德国弗赖堡大学微系统工程系微光学教授Hans Zappe主编的《Fundamentals of Micro-Optics》(微光学基础)是迄今为止涵盖面最广、系统性最强的一本关于微光学方面的教材,全书619页,其ISBN字段为978-0-521-89542-2,剑桥大学出版社2010年首版发行。该书从光学基础到先进应用,包含了微光学所有关键领域中那些需要深入介绍的微光学器件、技术和应用问题[1]

1   前言

微光学是微米与纳米尺度上的光学,是二十世纪八、九十年代的产物,是知识密集、前沿与先进的光学新分支,被誉为光学新技术。自上世纪九十年代开始国内外陆续出版了一些关于微光学方面的书籍。

国内相关书籍主要有:2008年浙江大学出版社出版的杨国光的《微光学与系统》,该书以微光学与纳米光学理论为基础,主要阐述微光学器件及系统的原理及加工与测试技术[2]。2011年5月国防工业出版社出版了颜树华的《衍射微光学设计》,主要介绍一些衍射微光学器件的设计及应用[3]。

国外相关书籍主要有:1997年CRC Press 出版了前欧洲光学学会主席Hans Peter Herzig教授的《Micro-Optics: Elements, Systems And Applications》,该书集中介绍了衍射和折射微光学元件如透镜、扇形光栅、优化的相位及偏振元件等[4]。2002年国防工业出版社出版了周海宪的翻译本。1999年Wiley-VCH 出版的德国哈根大学Stefan Sinzinger研究员和Jurgen Jahn教授合写的《Microoptics》一书,描述了光电器件、传感器、光学、激光技术、非线性光学材料、集成电路和通信技术领域的基础理论和应用,该书后来又出了第二版[5]。2004年CRC Press出版了Nicholas F. BorrelliNicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli 的《Microoptics Technology: Fabrication and Applications of Lens Arrays and Devices》第二版(1999年第一版),主要介绍透镜及透镜阵列[6]。2007年Elsevier Science出版了Max-Born研究所Ruediger Grunwald的《Thin Film Micro-Optics: New Frontiers of Spatio-Temporal Beam Shaping》,主要介绍微光学的一个新分支:薄膜微光学[7]。Shanalyn Kemme主编的《Microoptics and Nanooptics Fabrication》,主要介绍了微纳光学器件的制备技术[8]。还有很多微光学方面的书籍,例如:Louay A Eldada 的《Nano- And Micro-Optics for Information Systems》、Maria Kufner和Stefan Kunfner的《Micro-Optics and Lithography》、《Integrated Optics and Micro-Optics with Polymers》等等。这些书一般都是就某一个方面展开论述,各有不同的侧重点。

而Zappe教授主编的《Fundamentals of Micro-Optics》一书则从光学基础到先进应用,涵盖了微光学中所有的关键领域。涉及的主题范围包括基础光学、光学材料、折射、衍射、微镜、微透镜、衍射光学、光电子学以及制造等等。可调谐和纳米光学等先进光学领域也进行了介绍。因此,该书很适合于作课程教材使用。书中通过实例以及大量的例题使复杂的概念更容易理解,并且为以后的进一步学习和研究提供了很多参考书目。Hans Zappe  在弗赖堡大学微系统工程系为硕士研究生开设的微光学课程,就是用本书作为教材的。

2   作者简介

Hans Zappe是德国弗赖堡大学微系统工程系微光学教授。他出生于法国,在纽约长大,先后于麻省理工学院获得了学士、硕士学位,于加州大学伯克利分校获得博士学位。他先在IBM从事了多年的电子、集成光学和半导体激光的研究后,于2000年应邀加入德国弗赖堡大学,创建了微光学实验室。Zappe教授在教学和科研方面都享有很高的声誉。目前研究方向主要有四个:生物光子学、可调谐微光学、聚合物光学和光学纳米结构。研究目标为微光学系统在医疗方面的应用、新型微光学元件的开发以及新型微纳光学结构和材料的应用。

Zappe 教授已经出版了两本书。一本是1995年作为IBM工程师出版的《半导体集成光学简介》(《Introduction to Semiconductor Integrated Optics》),全面介绍了半导体在集成光学中的应用,并进一步对更先进的集成光学元件进行了分析。该书强调实际应用,介绍了作者的开发理念和工程中所涉及的技术问题。该书凭借其详尽的解释和设计实例,为工程师提供了必要的信息来设计结构和集成光学器件。另一本是2003年出版的《激光二极管微系统》(《Laser Diode Microsystems》)。该书包括基本原理和半导体激光器设计概述,激光二极管特征、测量和组装技术,以及半导体激光二极管在复杂微系统的适应等。书中配备有典型的结果和计算实例,有利于读者作系统开发时参考。

3   教材总体架构与内容简介

《Fundamentals of Micro-Optics》全书分为三大部分:基础光学、微光学和现代光学,共十四章。在前言之后给出了书中用到的所有符号的写法、意义和单位对照以及缩略语与全称的对照,便于初学者查阅。书中前两部分每章的最后都给出了一定量的习题,用于检验读者学习的效果。书的最后除了参考文献之外,还列出了名词索引,便于读者快速查阅。

第一部分基础光学共五章。首先回顾了光学和微光学的发展历史;其次从麦克斯韦方程出发,推导出光波方程及光传输方程,给出了光的波速、能量、光谱、偏振、波前等特征,以及最常用的高斯光的特征;再讨论光学材料,包括折射率、色散、衰减等性质以及常用光学材料(如:玻璃、半导体、介质膜、聚合物、凝胶以及LiNbO3和磁光材料等)的介绍;然后是不同材料之间的光学界面,从理论上利用费马原理解释了折射和反射现象,用菲涅耳原理推导了反射和透射波的强度,还讨论了内反射和倏逝场;最后是干涉部分,介绍了干涉的概念、常用的几种干涉仪(例如:杨氏双缝干涉仪、迈克耳逊干涉仪、Mach-zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪、法-珀干涉仪)以及多膜干涉和应用。这一章主要注重于基础理论知识的介绍,为以后的章节打下良好的基础。

第二部分微光学为本书主体部分,包括反射微光学、折射微光学、衍射微光学、导波微光学、主动微光学和微光学制备技术,共六章。其中前四章都是从基本原理出发,给出了反射、折射、衍射和导波的光学性质、器件结构、驱动方法等。主动微光学一章介绍了光的发射、探测和调制技术。最后还介绍了各种微光学元器件的制备和封装技术。这部分每一章的最后都结合目前科学研究的前沿热点,给出了相应领域的研究实例。

第三部分为现代光学,共三章。简单地介绍了当前科研领域的前沿热点问题,如可调谐微光学、微流以及纳米光学。

4   该书的主要特色
4.1 全面性与系统性

《微光学基础》一书是迄今为止最全面、最系统的一本教学参考书。首先基础光学部分从最基本的原理出发,系统地总结微光学领域常用的基础知识;然后在微光学部分论述了各种微光学元器件的性质及制备技术;最后在现代光学部分介绍了微光学领域的几个科学前沿问题。

4.2 布局合理

从篇幅上看,全书正文内容共三部分,约550页。其中第一部分为基础知识,约占全部篇幅的30%;第二部分为全书的主体内容,约占60%的篇幅;最后一部分是前沿问题介绍,约占10%的篇幅。

从内容上看,第一部分为基础知识,给出了典型例题和习题,便于读者对知识的理解和检验理解程度。第二部分既有基础又涉及近年来的科研前沿,因此例题和习题大多结合研究实际,尽量体现对实际问题的解决。而且第二部分每章给出了研究实例,有利于读者了解科研进展情况。第三部分是前沿热点问题介绍,因此没有例题和习题,但引用了大量参考文献,便于读者查阅。

4.3 前沿性

本书作者Zappe教授多年来一直工作在科研第一线,掌握了大量的科研前沿资料。不管是书中第二部分的研究实例还是第三部分的现代光学简介都是目前科研领域的最新研究结果及最热门问题。本书于2010年出版,书中已经列出了40多篇2009年的参考文献,可见该书的前沿性。

4.4 图表美观清晰明了,公式简洁

全书虽为黑白印刷,但是图片美观简洁,直观明了,表格直观简练。书中大量的公式推导思路清晰,推倒简单明确,参数运用恰当。并且为了阅读方便,作者在全书的开始部分列出了所有书中所用参数符号的意义和单位,便于读者快速查阅。

4.5 多层次兼顾

本书作者科研和教学经历丰富,不但对微光学领域前沿问题抓得很准,而且兼顾到了不同类型的读者群体。既有大量最新参考文献的引用,又有基础理论的推导说明。因此既可作学生学习微光学基础知识,又可作为研究者了解微光学科学前沿方向。

4.6 语言简练幽默

本书语言简练明晰,对非英语母语的读者也很容易读懂。尤为称道的是该书语言幽默,在每一章的开头,作者都引用一句幽默的话来提起读者的兴趣。例如,前言中作者引用了法国记者和剧作家Alfred Capus的:“Some people talk in their sleep. Lecturers talk while other people sleep.”(有的人在自己睡觉时说话,而演讲者是在别人睡觉的时候说话);在第十一章微光学制备中,引用了进化论的发现者Charles Darwin的祖父Erasmus Darin的话:“A fool, Mr. Edgeworth, you know, is a man who never tried an experiment in his life.”(只有傻子才在一生中从没有尝试过试验)。

5   本书的学术价值与学术影响

本书作者长期工作在科研教学第一线,对当前微光学研究的前沿问题了如指掌。本书从最基础的光学知识,如物理光学,光学材料等入手,展开论述,由浅入深,循序渐进,到微光学中的微折射透镜、微衍射透镜以及微波导等,再到目前科学研究的前沿方向:可调味光学,微流微光学、纳米光学等。该书涉及面广,知识点的讲解分析透彻,选题精炼。书中以研究实例的方式列举了大量的研究前沿课题,引用大量相关文献,具有很强的学术价值。

6   本书的社会反映和适用对象

美国斯坦福大学的Olav Solagaard教授认为:“这本书出色而全面地概述了微光学系统的科学研究。 该书覆盖面广泛,解释启人深思,并配有许多精选的实例和问题,是一本学习微光学基础知识的很好的教材。该书的风格简洁清晰,是自学者的理想选择。”英国伦敦皇家学院的Richard Syms教授 则评论说:“一位著名的研究者全面地总结了一个令人兴奋的新领域。。。书中的内容编写得清楚易懂,配有许多现实生活中的实例。 书的内容与时俱进,贴近现代主题。 书中的数据和图片经过精挑细选,包含了该领域领先研究者的研究成果。” 德国卡塞尔大学的Hartmut Hillmer教授认为:“这本书读起来令人兴奋、激动。 大学生、青年才俊、资深的科学家和工程师学习此书后都将受益匪浅。”美国蒙大拿州立大学的David Dickensheets教授评论到:“这本优秀的教材包含了多种微光学技术, 提供了与之相关的足够的物理基础知识。 这本书将会受到首次接触这一领域知识的本科生、研究生的欢迎,工程师也会发现这本书对他们的日常工作十分有益。”

本书出版于2010年11月,目前为止尚无中译本,属于微光学领域不可多得的教材。本书可作为研究生和高年级本科生在学习光学、光电子学、微光学、计算机系统和微机电系统等方面课程的参考书,也可以作为光学研究方面的科研人员自学用书。
7   对国内编写同类教材的启示

本书以下几个方面值得国内同行借鉴:

7.1 作为研究生教材,应注意与科学前沿的结合

研究生与本科生的最大区别在于,本科生处于知识的学习积累阶段,重点应放在学习方面。而研究生的不仅要积累知识,还要做科学研究,那么对于研究生的课程,需要教材与科研紧密相关。本书含有大量研究实例,书中例题和习题也紧密联系实际,便于学生跟踪科研前沿问题。

7.2 引用大量参考文献

研究生在科研的初期阶段需要学会如何查找参考文献,本书作为研究生教材,列出800多篇研究文献,便于科研人员学习查阅。

7.3 符号及缩略语作为Index列出

书中用到的所有符号及缩略语的写法、单位及意义在前言之后列出,其中符号308个,缩写词达122个,方便了读者在阅读时查询。

7.4 及时更新

国外教材一般很注重及时更新,这一点是我们国内教材值得借鉴的。因为科技知识处于不断的更新之中,尤其当前科研的前沿热点问题更是发展极快,因此对于涉及到科研问题的书应该及时更新。

8   结语

本书是Hans Zappe 教授多年来开展微光学领域教学和科研的精心总结,涵盖了基础光学和微光学的基本原理和微器件的性质、制备等,以及现代微光学研究的前沿问题介绍。全书内容全面,结构紧凑,含有大量研究实例,便于读者跟踪科研前沿问题。值得国内同行在编写教材时学习和借鉴,对于研究者学习和教师授课都有很好的参考价值。
附录

目录

 

前言

致谢

符号

第一部分 基础光学(166页)

1 绪论  (16页)

1.1 光学的发展历史

1.2 微光学简介

1.3 微光学的起源:数字微镜设备

2 光物理(38页)

2.1 基础电磁学

2.2 波的传输

2.3 电磁波

2.4 偏振

2.5 波前

2.6 高斯光束

3 光学材料  (46页)

3.1 折射系数

3.2 色散

3.3 衰减

3.4 玻璃

3.5 半导体

3.6 其他材料

4 光学界面  (24页)

4.1 反射和折射

4.2 反射和透射场

4.3 透射和反射功率

4.4 内反射

4.5 倏逝场

5 干涉  (42页)

5.1 相干和干涉

5.2 干涉仪

5.3 光学多层膜

第二部分微光学 (332页)

6 反射微光学(36页)

6.1 反射

6.2 平面反射镜

6.3 非平面反射镜

6.4 微镜

6.5 自适应微光学

6.6 微镜实例分析

7 折射微光学(62页)

7.1 透镜基础

7.2 成像

7.3 高级透镜

7.4 初级像差

7.5 色差

7.6 微透镜实例分析

8 衍射微光学    (56页)

8.1 衍射

8.2 实物小孔

8.3 光栅

8.4 衍射微透镜

8.5 衍射微透镜实例分析

9 导波微光学(72页)

9.1 波导:光线模型

9.2 波导:电磁波模型

9.3波导通道

9.4 波导特征

9.5 波导元件

9.6 光纤

9.7 波导微光学实例分析

10 主动微光学   (70页)

10.1 光发射的物理机制

10.2 光发射二极管

10.3 激光二极管

10.4 光探测器

10.5 相位和光强调制

10.6 其他主动光学元件

10.7 主动微光学实例分析

11 微光学制备(36页)

11.1 基本半导体过程

11.2 自组装透镜

11.3 光刻微透镜

11.4 复制

11.5 特殊过程

11.6 组装

第三部分 现代光学   (59页)

12 可调谐微光学 (24页)

12.1 液体微透镜

12.2 薄膜微透镜

12.3 基于LCD的可调谐微透镜

12.4 可调谐衍射微透镜

12.5 可调谐微世界

13 流体微光学(12页)

13.1 光流

13.2 流体波导

13.3 光流激光器

13.4 流体微透镜

13.5 滤波及显示

13.6 其他光流概念

14 纳米光学 (23页)

14.1 纳米光子学

14.2 光子晶体

14.3 等离子体

14.4 超常材料

参考文献(47页)

索引(15页)

 

 

 

 

 

参考文献:

[1] Hans Zappe. Fundamentals of Micro-Optics. Cambridge University Press:2010.

[2] 杨国光.微光学与系统. 浙江大学出版社:2008.

[3] 颜树华.衍射微光学设计.国防工业出版社:2011.

[4] Hans Peter Herzig. Micro-Optics: Elements, Systems And Applications. CRC Press:1997.

[5] Stefan Sinzinger;Jurgen Jahn.Microoptics.Wiley-VCH:1999.

[6] Nicholas F. Borrelli.Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. Borrelli Nicholas F. BorrelliMicrooptics Technology: Fabrication and Applications of Lens Arrays and Devices. CRC Press:2004.

[7] Ruediger Grunwald. Thin Film Micro-Optics: New Frontiers of Spatio-Temporal Beam Shaping. Elsevier Science:2007.

[8] Shanalyn Kemme.Microoptics and Nanooptics Fabrication.CRC Press:2010.

作者简介张立彬(1964—),男,河北石家庄人,教育部南开大学外国教材中心副教授,主要从事信息文化、信息技术与物理学外国教材研究工作;李玉栋(1970—),女,河北丰南人,博士后,南开大学物理科学学院教授、博导,主要从事光学研究.

 

基金项目:教育部2009年度研究项目“中美一流大学物理教育比较研究”(2009-220)资助.