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| 內容簡介： |
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尽管进行了数十年的研究，纳米结构的光学材料仍未能实现新一代的成像系统。本书介绍了期待已久的桥接这一代沟的概念。本书研究了可以用作块体光学材料的多种类别的纳米复合材料，并重点介绍了这种材料在现实世界中用于光学元件和系统的巨大潜力。本书涵盖了从光学材料微观结构产生的基本特性，到智能手机摄像头中详细应用示例等内容。此外，本书还深入讨论了新材料如何实现宽带平面光学，即可以改善高端宽带成像系统的衍射光学元件。本书由行业专家撰写，将基础研究与实际应用联系起来，无论对致力于整合新技术的光学工程师，还是研究光学材料基本特性的研究人员来说，都是一本理想的指导书。
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| 目錄：
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目录
第一章 绪论
参考文献
第二章 等效材料和衍射光学基础
2.1 光学材料的色散和色差
2.2 纳米复合材料的建模分析
2.3 纳米复合材料的合成
2.4 衍射光学元件
2.4.1 周期光栅
2.4.2 衍射透镜
参考文献
第三章 块体光学纳米复合材料的设计
3.1 光学材料的数值模拟
3.1.1 三维颗粒分布的生成
3.1.2 全波光学模拟
3.1.3 获取过程
3.2 同质范围 —— 单个散射体级建模块体光学材料
3.3 均匀材料到非均匀材料的过渡
3.3.1 折射波波动
3.3.2 有效折射率的实部 —— 系统平均
3.3.3 有效折射率的虚部 —— 非相干散射的影响
3.4 有效介质体系
参考文献
第四章 作为可调谐光学材料的纳米复合材料
4.1 色散调制纳米复合材料
4.2 基于纳米复合材料的光学元件和系统
4.3 用于 3D 打印微光学器件的纳米复合材料
4.3.1 用于飞秒激光直写的纳米油墨
4.3.2 3D 打印纳米复合材料使能的微光学元件
参考文献
第五章 用于宽带的消色差衍射光学元件 (DOE)
5.1 纳米复合材料使能的消色差 DOE
5.2 高数值孔径宽带成像系统中的衍射透镜
5.2.1 光学和 DOE 设计前景
5.2.2 低倍衍射透镜的性能
5.2.3 聚焦效率
5.2.4 宽带成像系统中的衍射透镜
5.3 高效宽带 DOE 的通用设计形式
5.3.1 设计框架
5.3.2 纳米复合材料阶梯形光栅的系统研究
5.3.3 高性能阶梯形光栅用的材料组合
5.4 宽带超透镜和梯度折射率 DOE
参考文献
第六章 用于光学设计的纳米复合材料的潜力
6.1 衍射透镜采用的折射替代物
6.2 用于校正色差的色散调制材料
6.3 突破智能手机摄像头的极限
参考文献
第七章 总结和展望
参考文献
附录
A.1 数值模拟 —— 附加数据
A.1.1 放置程序的作用
A.1.2 有效折射率随着长度的增加而收敛
A.1.3 有效界面
A.1.4 超材料的反演方程
A.1.5 反射中的系统平均值
A.1.6 宽度依赖性 —— 非相干散射的影响
A.2 纳米复合材料使能的 DOE 的偏振依赖性
A.3 纳米复合材料使能的 DOE 的性能优势超过现有解决方案
A.4 消色差超透镜
A.5 混合系统中的杂散光
A.6 原型长焦镜头折射基准
A.7 梯度折射率 DOE 的效率
A.8 提升消色差超透镜的效率
A.9 用色散调制材料复消色差
A.10 智能手机摄像头的光学设计的性能
参考文献
缩略语
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译者序
翻开本书之前，如果说它的内容是光学技术发展的里程碑事件，可能大多数人认为这个评价夸大其词；但如果阅读完本书，我们相信，绝大多数读者会认为这个评价恰如其分。
纳米技术是在原子或分子尺度 (通常为 1~100nm) 上操控物质，并利用这个尺度的物质具有的特殊物理化学性质进行设计、制造和应用的前沿学科。纳米技术的特点是交叉性非常强，研究领域涉及范围广。
纳米技术与光学的结合是当前科技领域的前沿方向之一，其核心在于通过纳米尺度对光的操控和材料性能的优化，实现传统光学无法企及的功能。材料的光学特性会随着体积的缩小而发生改变，当达到纳米级别时会出现新的光学特性，利用这些新的光学特性可研发新的光学器件，对下游多个行业的技术发展具有重要的推动作用。纳米光学材料是一种具有特殊光学性能的材料，其性能来源于纳米结构和与物质相互作用的效应。纳米结构中电子、光子和声子等粒子之间的相互作用可以产生一系列奇特的光学效应，如表面等离子体共振、局域表面等离子体共振等。这种近年来备受关注的新型材料的潜在应用领域广泛，包括生物医学、光通信、光电子学、太阳能电池等。
随着科技的不断发展，纳米技术在光学领域的应用日益广泛。纳米光学材料作为一种新型的光学材料，因独特的结构和性能受到广泛关注。纳米光学材料的研究始于 20 世纪 90 年代，尽管进行了数十年的研究，纳米结构的光学材料仍未能实现新一代的成像系统。本书介绍了作者十几年来的最新研究成果。
本书共 7 章。第一章介绍了本书的研究范围和结构，第二章详述了等效材料和衍射光学的基础，第三章是块体光学纳米复合材料的设计，第四章阐明作为可调谐光学材料的纳米复合材料，第五章论述了用于宽带的消色差衍射光学元件 (DOE)， 第六章阐述用于光学设计的纳米复合材料的潜力，第七章为总结和展望。作者将基础研究与实际应用联系起来。例如，作者在柏林和卡尔斯鲁厄工作期间开发了第四章采用的代码，第五章的实验数据从斯图加特大学的 Harald Giessen 教授小组工作中获得，第七章的智能手机摄像头的光学设计也是作者与同事合作开发的。本书旨在促进纳米结构光学材料和其他新技术的全部潜力的开发工作。
本书对光学技术的贡献：其一，作者首次从理论和实践上证实，如果均相纳米复合材料中纳米材料的直径小于透射波波长的 1/100， 可以抑制散射波波动，从而使纳米复合材料成为传统光学材料的合适替代品；其二，这种均相纳米复合材料可以有效实现消色差和复消色差，从而大大提升现有光学材料的性能，甚至达到现有光学材料无法企及的性能，如小巧的智能手机集成的相机的长焦摄影。
本书作者丹尼尔?维尔德豪森 (Daniel Werdehausen) 博士目前担任德国蔡司 (ZIEISS) 公司研究与技术部门的项目经理。在担任这一职务之前，他在德国蔡司公司和耶拿?弗里德里希?席勒大学的一个联合项目中完成了他的博士研究，并获得那里大学里德的资助。在之前接受教育期间，丹尼尔?维尔德豪森在许多知名机构就基础和应用研究课题开展了大量工作，包括洛桑联邦理工学院、斯图加特大学的马克斯 - 普朗克 (Max-Planck) 固态研究所和悉尼大学。他还因在攻读斯图加特大学物理学专业的学士学位和硕士学位的优异表现而获得亚瑟?菲舍尔奖。
本书第一～三章由翟进杰翻译；第四～六章由张为鹏翻译；第七章和附录由郭惠丽翻译。张为鹏对全书进行了最后的审校。
对于致力于整合新技术的光学工程师和研究光学材料基本特性的研究人员来说，本书都是一本理想的指导书。对材料科学家、化学家和工程师等具有重要的参考价值，本书可作为新材料领域的设计人员、研究人员和工程人员的参考书。
本书的出版得到了融通传媒有限公司 ”一本好书” 支持项目资助，以及西安近代化学研究所含能材料所和含能材料国家重点实验室各级领导的鼎力协助，在此致以衷心的感谢！
由于译者的专业知识水平有限，加上纳米光学材料是一个新兴的交叉领域，本书研究涉及物理学、化学、材料等众多学科，知识面广，很多新概念、新术语甚至中国知网、万方等专业数据库都没有收录。因此，尽管翻译团队经过多次探讨，并与行业专家进行多次交流，书中不妥之处恐在所难免，敬请同行专家和广大读者提出宝贵意见，译者在此深表感谢。
译者2025 年 4 月 1 日
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