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[南非] 科尼利厄斯·J·威勒斯(Cornelius 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118101249

商品编码：10380446698

出版时间：2015-07-01

光电系统分析与设计 作  者:(南非)科尼利厄斯·J·威勒斯(Cornelius J.Willers) 著；范晋祥 译 定  价:88 出 版 社:国防工业出版社 出版日期:2015年07月01日 页  数:329 装  帧:平装 ISBN:9787118101249 ●术语表
●序
●第1章光电系统设计
●1.1引言
●1.2系统设计的原理
●1.2.1定义
●1.2.2设计过程
●1.2.3设计的先决条件
●1.2.4产品研发方法
●1.2.5寿命周期
●1.2.6在研发中的并行的活动
●1.2.7技术指标
●1.2.8性能测度和指标值
●1.2.9评值体系和设计选择
●1.2.10设计中的假设
●1.2.11设计过程回顾
●1.3光电系统和系统设计
●1.3.1光电系统的定义
●1.3.2光电系统级设计
●1.3.3光电系统建模和仿真
●部分目录

内容简介

本书将光电系统看做一个由辐射源、媒质和传感器的综合系统，从辐射度学的角度出发阐述了光电系统的分析和综合方法。内容涉及系统设计原理和光电系统的设计问题、光电系统辐射度学基础、辐射源、光学系统、光学媒质、光电传感器、光电系统分析的辐射度学方法、目标光学特征，并结合具体的实例介绍了光电系统设计方法，此外还介绍了辐射度学在红外成像仿真中的应用。

好的，这是一本关于现代能源转换技术与应用的图书简介。 --- 现代能源转换技术与应用 导言：迈向可持续能源时代的基石 随着全球对能源需求持续增长与气候变化问题的日益严峻，开发高效、清洁、可持续的能源转换技术已成为当代工程科学与技术领域的核心任务。本书《现代能源转换技术与应用》旨在系统、深入地阐述当前主流及前沿的能源转换原理、关键技术、设计方法及其在实际工程中的应用。它不仅是一本面向高校高年级本科生和研究生的教材，也是一本供相关领域工程师和研究人员参考的专业手册。本书立足于物理学、材料科学、化学工程与电子工程的交叉点，力求构建一个全面且具有前瞻性的知识体系。 第一部分：基础理论与材料科学基石 本部分着重于构建理解能源转换过程所需的理论框架和材料基础。 第一章：能源转换的基本热力学与动力学 本章从热力学第一、第二定律出发，引入不可逆性、熵增原理在能源转换过程中的重要性。详细讨论了吉布斯自由能、亨利定律、法拉第定律等在电化学与热力学转换中的应用。重点分析了能量损失的来源，如焦耳热、过电位、界面电阻等，并介绍了提高转换效率的理论极限和优化路径。 第二章：功能性纳米材料在能源领域的应用 能源转换效率的突破往往依赖于新材料的发现与应用。本章聚焦于具有独特光、电、热响应特性的功能性材料。详细介绍了半导体材料（如钙钛矿、量子点）的光电特性、催化剂（如贵金属、过渡金属氧化物）的活性位点设计、以及储能介质（如固态电解质、高性能电极材料）的离子/电子传输机制。讨论了材料微观结构（晶界、缺陷、表面形貌）如何影响宏观转换性能。 第三章：界面物理与电荷传输机制 能源转换过程本质上是物质与能量在界面上的交换。本章深入探讨了固-固、固-液、固-气界面处的物理化学现象。内容涵盖了肖特基势垒的形成与调控、电荷载流子的产生、复合与分离过程的动力学。特别关注了界面工程技术，如表面钝化、界面修饰层的使用，以有效抑制能量损失，提升电荷收集效率。 第二部分：核心转换技术详解 本部分系统介绍了当前最具潜力的几大能源转换技术。 第四章：光伏发电技术与系统集成 本章深入讲解了晶体硅、薄膜、以及新兴的第三代光伏电池（如染料敏化、钙钛矿电池）的工作原理、光吸收特性和载流子提取机制。内容不仅限于电池单元本身，还包括了光伏阵列的串并联设计、最大功率点跟踪（MPPT）算法的实现、以及光伏系统的电能质量控制和并网技术。 第五章：电化学储能系统：电池与超级电容器 重点剖析了锂离子电池、钠离子电池、液流电池等化学储能设备的工作原理。详细阐述了正负极材料的结构演变、电解液的设计原则、以及界面副反应对循环寿命的影响。同时，也对超级电容器（包括双电层电容和赝电容）的快速充放电特性、高功率密度优势进行了深入分析。 第六章：热电能量转换：从温差到电能 本章聚焦于利用温差发电的技术。详细解释了塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应，并介绍了塞贝克系数、电导率和热导率这三个关键参数构成的优值因数（ZT）。讨论了纳米结构材料和复合材料在降低晶格热导率方面的设计策略，以及在工业余热回收和低温差发电中的实际应用案例。 第七章：催化与电催化在燃料电池中的应用 燃料电池作为高效清洁的电化学能源转换装置，是本章的重点。详细讨论了质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）的电极反应机理、电解质的设计、以及关键的催化剂（如铂基、非贵金属催化剂）的制备与性能评估。探讨了反应器内部的气体扩散层（GDL）设计对传质效率的影响。 第三部分：系统集成、优化与未来展望 本部分将视角从单元技术提升到系统层面，探讨了效率优化、智能控制及未来发展方向。 第八章：能源系统建模与仿真技术 为了实现复杂能源系统的优化运行，精确的数学模型至关重要。本章介绍了基于物理模型（Physics-based Modeling）和数据驱动模型（Data-driven Modeling）的能源系统建模方法。重点教授如何使用专业的仿真软件（如MATLAB/Simulink, COMSOL Multiphysics）对混合能源系统（如光伏-储能-电网）进行动态特性分析和稳健性评估。 第九章：能源转换系统的智能控制与故障诊断 随着可再生能源的间歇性特征日益突出，对能源转换系统的实时、智能控制成为必要。本章涵盖了先进的控制策略，如模糊控制、模型预测控制（MPC）在功率流管理中的应用。同时，探讨了基于机器学习和信号处理的在线健康监测与早期故障诊断技术，以提高系统的可靠性和运行寿命。 第十章：前沿交叉领域与未来趋势 本章展望了能源转换领域的最新研究热点。内容包括：人工光合作用（模拟自然界进行燃料合成）、热光伏转换（TPV）、核能的先进转换技术（如斯特林发动机在核热能中的应用）、以及能源互联网（Energy Internet）中的分布式能源协同管理。强调了跨学科合作对未来能源技术发展的驱动作用。 总结 《现代能源转换技术与应用》力求在理论深度和工程实用性之间取得平衡。通过详实的案例分析和最新的研究进展梳理，本书旨在培养读者对复杂能源系统进行分析、设计和优化的核心能力，为推动全球能源结构的绿色转型提供坚实的知识和技术储备。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我最初接触这本《光电系统分析与设计》时，是冲着它封面上提到的“先进成像技术”去的，但很快，我发现它的价值远不止于此，它更像是一本关于“如何进行系统级思维”的教程。书中对光电系统误差预算的建立方法，简直是教科书级别的示范。它不是简单地将各个子系统的误差方和开方相加，而是详细区分了随机误差、系统误差以及基于概率分布的误差叠加模型，特别是对公差分析（Tolerance Analysis）的讲解，非常到位。书中展示了一个详细的例子，如何根据制造公差、环境变化以及元件老化，来计算出光纤耦合效率的最大可能波动范围，并据此设定出最终产品的验收标准。这种将不确定性量化的能力，对于项目管理和风险控制至关重要。此外，书中对光纤通信中光电接收机的设计部分，也展现了极高的专业水准。它没有过多纠缠于光纤本身的模式色散，而是集中火力分析了PIN二极管与跨阻放大器（TIA）构成的接收前端的带宽限制和噪声匹配问题，特别是如何通过优化TIA的反馈电阻和输入电容来获得最佳的噪声匹配，这一点对我设计高速光互连系统帮助极大。这本书的写作风格是那种沉稳可靠的中年学者的风格，不追求时髦，但每一个论点都经过时间的检验，值得信赖。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度，让我对“分析”与“设计”这两个词有了全新的理解。在“分析”部分，它对光电探测器响应速度的深入剖析，特别是漂移时间（Transit Time）和陷阱效应（Trapping Effect）对瞬态响应的影响，远超我预期的深度。我曾以为这只是一个简单的RC时间常数问题，但书中明确指出，在高能粒子探测器中，载流子的陷阱效应会导致信号拖尾，从而严重限制了系统的有效计数率。书中甚至给出了不同半导体材料晶格缺陷密度与陷阱时间常数的关系曲线，这在实际材料筛选中具有直接指导意义。而在“设计”方面，作者对系统级信噪比（SNR）的优化策略非常具有启发性。他强调，与其盲目追求更高增益的放大器，不如首先优化前置光学的收集效率和背景抑制能力。书中提出的“瓶颈识别”流程，指导读者系统地评估是噪声来源于散粒噪声、暗电流噪声、读出噪声还是环境噪声，并据此确定最优的系统架构。这种自顶向下的设计哲学，是这本书最大的价值所在。阅读过程中，我体会到了一种严谨的、以物理规律为基石的工程美学，它告诉我们，优秀的光电系统设计，是物理定律与工程实用性之间最精妙的平衡艺术。

评分☆☆☆☆☆

这本《光电系统分析与设计》的扉页上赫然印着几个闪耀的关键词，像极了那些深奥的物理公式在纸面上跳跃，勾起了我对精密光学和电子学交汇领域的无限好奇。刚翻开导论部分，我就被作者那近乎严谨的学术腔调震慑住了，文字密度大得惊人，仿佛每一个句子后面都藏着一个需要反复推敲的傅里叶变换。我原本以为这会是一本侧重于理论推导的“啃不动”的教材，但随着章节的深入，特别是涉及到光电探测器的响应机制和噪声抑制那一块时，我发现作者巧妙地将复杂的数学模型与实际工程应用场景做了无缝衔接。例如，书中对雪崩光电二极管（APD）的增益均匀性讨论，不仅详细阐述了雪崩倍增的物理过程，还给出了如何通过优化结构参数来减小“克拉克因子”的具体设计思路，这对于我这种正在尝试设计高灵敏度激光接收系统的工程师来说，简直是及时雨。书中大量的插图，虽然大多是黑白线条图，但线条的精确性无可挑剔，完美地诠释了衍射限制和像差校正的原理，让人仿佛能透过图纸看到光束在复杂透镜组中的精确路径。我特别欣赏它在系统级性能评估部分的处理方式，不是简单地罗列指标，而是深入探讨了MTF、SNR、动态范围这三大核心要素如何相互制约，构建了一个完整的性能权衡框架。这本书绝不是轻松的读物，它要求读者具备扎实的信号处理基础和一定的半导体物理知识，但对于那些渴望从“会用”到“精通”光电器件设计的人来说，它提供了一个坚实且毫不妥协的知识阶梯。

评分☆☆☆☆☆

读完这本《光电系统分析与设计》后，我的第一感觉是，它像是为那些“爱刨根问底”的工程师准备的宝典，它没有给我快速成功的捷径，而是展示了成功背后的复杂逻辑链条。最让我印象深刻的是关于电荷耦合器件（CCD）和CMOS图像传感器的详细对比分析。通常，书籍会简单提及两者的优缺点，但这本书用图表清晰地展示了它们在读出噪声、满阱容量和像素固定噪声（Fixed Pattern Noise, FPN）上的差异是如何量化影响最终图像质量的。作者甚至没有放过对CMOS“开窗”和“全局快门”实现机制的深入解析，揭示了不同像素架构下，电荷转移路径和复位过程对图像时间一致性的影响。在系统集成层面，书中对A/D转换器的选择标准，特别是有效位数（ENOB）与采样频率之间的权衡，提供了非常实用的指导。我曾经在一个项目中纠结于选用12位还是14位的ADC，这本书中的案例分析，结合实际的信噪比要求，让我立刻明确了优化方向。这本书的结构编排极其合理，从基础的光电效应到器件的物理特性，再到系统的整体架构设计，层层递进，逻辑严密得像一个精心构造的算法。它强迫我走出舒适区，去思考那些容易被忽略的“边界条件”和“非理想化”因素。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到这本《光电系统分析与设计》时，心里是抱着一种“凑合着用”的心态的，毕竟市场上关于光学设计和电子系统集成的书籍汗牛充栋，很难找到一本能真正打动我的。然而，这本书的某些章节，特别是关于“非序列光线追迹”在复杂杂散光抑制中的应用，展现出一种近乎于艺术家的洞察力。作者没有仅仅停留在Zemax或TracePro等软件界面的操作指导上，而是深入剖析了杂散光产生的根本原因——那些隐藏在边缘光线和结构表面之间的微小反射与散射。书中对黑化处理、吸光涂层选择的讨论，细致到不同波长下的吸收系数对比，这种粒度感让我非常受用。更让我感到惊喜的是，书中对“光机热”耦合效应的探讨。在很多传统教材中，光学系统和热力学是割裂的，但这本书清晰地指出了温度漂移对焦距和像差的影响，并提出了动态补偿方案，这对于设计在严苛环境下（比如卫星载荷或深海探测器）工作的系统来说，价值不可估量。阅读过程中，我常常会停下来，拿起笔在旁边空白处画出作者描述的折射面，试图在脑海中构建一个三维的模型，这种主动的参与感，让我对内容的理解远超被动接受。这本书的语言风格是克制而精准的，没有太多花哨的修辞，但每一个技术点都像被精心打磨过的宝石，闪烁着专业的光芒。