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出版者:国防工业

作者:赵建林

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-09-01

价格:20.0

装帧:简裝本

isbn号码:9787118029420

丛书系列:

图书标签:

光学
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衍射
干涉
偏振
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具体描述

本书介绍了高等光学的基本内容和发展方向，以现代光学的基本概念和处理方法来讨论高等物理光学现象及规律。全书共10章，主要内容有光的波动现象、电磁本质、光的偏振、干涉、衍射、

部分相干性、晶体光学、导波光学、傅里叶光学及其在光学仪器中的应用等。本书理论分析深入浅出，不拘泥于形式，简洁明了地阐述高等光学的本质内涵是其一大特色。

本书可作为高等院校光电类专业开设的高等光学课程的教材或参考书，也可供相关专业技术人员参考。

现代量子信息科学导论作者： [此处可留空或填写其他虚构作者] 出版社：蓝天科学出版社版次：第一版出版日期： 2024年10月 --- 内容简介本书旨在为具备扎实数学基础和初步物理学背景的读者提供一个全面且深入的现代量子信息科学的入门指南。我们致力于构建一座坚实的桥梁，连接传统量子力学概念与信息科学的前沿应用，重点阐述如何利用量子叠加态、量子纠缠等核心原理来处理、传输和计算信息。本书内容聚焦于量子信息理论的数学框架、基本操作和关键算法，而非传统光学领域（如几何光学、物理光学、波动光学或衍射理论）的经典内容。全书共分十二章，结构严谨，循序渐进，力求在保持理论深度的同时，兼顾读者的理解难度。第一部分：基础框架的构建 (Ch. 1 - Ch. 3) 第一章：经典信息论回顾与量子化的引入本章首先简要回顾香农的经典信息论，建立信息熵、信道容量等基本概念。随后，我们转向量子世界的描述，引入狄拉克符号（Bra-ket notation）作为描述量子态的数学工具。本章重点阐述量子态的线性叠加原理，并详细讨论量子比特（Qubit）的概念，将其与经典比特进行鲜明对比。讨论了量子态的单位化归一化条件以及复数希尔伯特空间（Hilbert Space）的必要性。我们不会涉及光波的传播、反射或折射等光学现象。第二章：单量子态的描述与单比特操作本章深入探讨单个量子态的数学表示，引入布洛赫球（Bloch Sphere）作为直观理解单量子比特状态的几何模型。详细分析了对单比特进行酉变换（Unitary Transformations）的物理意义——即量子门操作。重点解析了泡利矩阵（Pauli Matrices $X, Y, Z$）及其构成的基本旋转操作，以及哈达玛门（Hadamard Gate, $H$）在产生叠加态中的核心作用。本章严格限定于信息操作层面，不涉及光场的时间演化或偏振态的经典描述。第三章：多体系统与纠缠的萌芽本章将系统扩展到多量子比特系统。我们解释了张量积（Tensor Product）在构建复合希尔伯特空间中的作用，并严格区分了可分离态（Separable States）与纠缠态（Entangled States）。着重介绍了贝尔态（Bell States）——四个最大纠缠态——的构造及其重要的非定域性特征。本章将完全避免对光束的干涉和衍射图案的分析。第二部分：量子计算的核心机制 (Ch. 4 - Ch. 7) 第四章：通用量子门集与线路图本章致力于构建通往通用量子计算的理论基石。我们证明了存在一组足够小的量子门集（如 $H, T, CNOT$）能够近似实现任意幺正演化。详细阐述了受控非门 (CNOT) 作为产生双量子比特纠缠的关键桥梁的作用。本章引入了量子线路图的绘制规范，并将其作为描述量子算法的标准语言。第五章：量子测量的理论与后效测量是量子信息科学中连接量子世界与经典信息输出的决定性步骤。本章详述波函数坍缩（Wave function collapse）的概率诠释（Born Rule）。讨论了投影测量（Projective Measurements）的数学结构，以及如何用密度矩阵（Density Matrix）来描述混合态和纯态的统计集合。着重分析测量对量子态的不可逆影响，这一部分与光学成像的逆问题无关。第六章：量子并行性与查询复杂性本章深入探讨量子计算相较于经典计算的潜在优势来源——量子并行性（Quantum Parallelism）。通过分析Oracle模型，解释了如何在一个计算步骤中同时评估函数在多个输入上的值。本章着重于计算复杂度的分析框架，而非特定物理介质（如光子或原子）的具体实现细节。第七章：重要的单比特和双比特量子算法本章是应用篇的开端，详细解析了奠定量子计算基础的几个核心算法。重点讲解Deutsch-Jozsa 算法，展示了它在特定函数判断问题上对经典算法的指数级或多项式级加速。随后介绍Deutsch-Jozsa 算法的推广形式。本章不涉及基于光的干涉仪设计。第三部分：高级主题与应用 (Ch. 8 - Ch. 12) 第八章：秀尔算法 (Shor's Algorithm) 的原理秀尔算法是量子计算中最著名的成果之一。本章将详细剖析其核心模块：量子相位估计算法 (QPE)。我们聚焦于 QPE 如何利用傅里叶变换的性质来提取周期性信息，并解释了 QPE 如何被转化为整数分解算法的有效步骤。本章侧重于抽象的数论和周期查找，不讨论光波的傅里叶变换性质。第九章：格罗弗搜索算法 (Grover's Algorithm) 本章专注于无序数据库搜索问题。详细解释了格罗弗算法的迭代结构，特别是振幅放大（Amplitude Amplification）操作的几何意义和数学推导。分析了其平方根级的加速优势，并讨论了该算法在优化问题中的潜在应用。第十章：量子纠错码基础本章引入了对量子信息的保护机制。鉴于量子态的脆弱性，纠错至关重要。详细讨论了经典纠错码（如重复码）的局限性，并介绍了经典量子纠错码 (CSS) 的基本构造。重点讲解了Shor 9-量子比特码和Shor 3-量子比特码（用于位翻转和相位翻转的独立纠错）的原理，着重于逻辑量子比特的编码与解码操作。第十一章：量子通信与超密编码本章转向信息传输。详细阐述了超密编码 (Superdense Coding) 的过程，展示了如何利用预先共享的纠缠态，仅通过发送两个经典比特的信息来传输一个完整的量子态。随后介绍量子隐形传态 (Quantum Teleportation) 的完整协议，强调纠缠作为资源的重要性。第十二章：量子计算模型的物理实现概述本章对当前主流的物理实现路径进行概述性介绍，包括超导电路（Transmon Qubits）、囚禁离子（Trapped Ions）、拓扑量子计算（Topological QCs）和光量子计算（Photonic QCs）的简要原理对比。请注意，本章对光量子计算的讨论仅限于其作为信息载体的抽象模型，不涉及光束的生成、传播、衍射或偏振状态的详细光学分析，而是侧重于其在门操作上的挑战与优势。 --- 读者对象：本书适合高等院校物理、数学、计算机科学、电子工程专业的高年级本科生和研究生，以及希望深入了解量子计算与信息科学理论基础的研究人员和工程师。要求读者具备线性代数、概率论和基础量子力学知识。

作者简介

目录信息

绪论………………………………………………………………………… 1
1.1 发展历史回顾……………………………………………………………… 1
1.2 现代光学的进展…………………………………………………………… 2
1.3 本书特色及内容…………………………………………………………… 4
第2章光的波动性…………………………………………………………………… 6
2.1 波动描述…………………………………………………………………… 6
2.1.1 波动方程的导出…………………………………………………… 6
2.1.2 波动方程解的意义………………………………………………… 7
2.1.3 波动方程的一般表示……………………………………………… 8
2.1.4 平面波与球面波…………………………………………………… 8
2.2 简谐波……………………………………………………………………… 10
2.2.1 简谐平面波………………………………………………………… 11
2.2.2 简谐球面波………………………………………………………… 12
2.2.3 球面波的二次曲面近似…………………………………………… 12
2.3 空间频率…………………………………………………………………… 13
2.4 群速度……………………………………………………………………… 15
2.4.1 不同频率波列叠加………………………………………………… 15
2.4.2 群速色散引起的高斯脉冲展宽…………………………………… 17
2.4.3 基模高斯光束……………………………………………………… 19
思考题…………………………………………………………………………… 21
第3章光的电磁理论与光的偏振………………………………………………… 22
3.1 电磁波……………………………………………………………………… 22
3.1.1 麦克斯韦方程组的波动性与独立性……………………………… 22
3.1.2 简谐平面电磁波…………………………………………………… 24
3.1.3 电磁波能量………………………………………………………… 26
3.2 光在无吸收介质中的反射与透射………………………………………… 29
3.2.1 反射与透射………………………………………………………… 29
3.2.2 入射光振动与入射面的影响……………………………………… 29
3.3 光的偏振性………………………………………………………………… 30
3.3.1 偏振光及起偏和检偏……………………………………………… 30
3.3.2 完全偏振光分析…………………………………………………… 32
3.3.3 偏振光的琼斯表示………………………………………………… 33
3.3.4 斯托克斯参数和庞加莱球表示…………………………………… 35
思考题…………………………………………………………………………… 38
第4章表面光学…………………………………………………………………… 39
4.1 光在不同介质表面的传播………………………………………………… 39
4.1.1 边界条件…………………………………………………………… 39
4.1.2 界面上的反射与折射……………………………………………… 40
4.2 菲涅耳公式………………………………………………………………… 41
4.2.1 菲涅耳公式的导出………………………………………………… 41
4.2.2 菲涅耳公式的应用………………………………………………… 42
4.3 全反射……………………………………………………………………… 43
4.3.1 倏逝波……………………………………………………………… 43
4.3.2 全反射时的能量关系与相位关系………………………………… 44
4.4 薄膜的反射与透射………………………………………………………… 45
4.4.1 介质膜的膜系矩阵………………………………………………… 45
4.4.2 单膜的反射与透射………………………………………………… 47
4.4.3 双1/4波长薄膜与1/4波长玻堆………………………………… 48
思考题…………………………………………………………………………… 50
第5章导波光学…………………………………………………………………… 51
5.1 波导内的光传播…………………………………………………………… 51
5.1.1 波导中光场的表示………………………………………………… 51
5.1.2 光场的纵向分量…………………………………………………… 52
5.2 平面波导…………………………………………………………………… 53
5.2.1 传播条件…………………………………………………………… 53
5.2.2 波导中的电磁波…………………………………………………… 54
5.2.3 本征值方程………………………………………………………… 55
5.2.4 矩形波导…………………………………………………………… 56
5.3 光纤波导…………………………………………………………………… 57
5.3.1 光纤中的传输……………………………………………………… 57
5.3.2 光纤波动方程……………………………………………………… 58
思考题…………………………………………………………………………… 63
第6章光的干涉…………………………………………………………………… 64
6.1 一般干涉…………………………………………………………………… 64
6.1.1 双光束的干涉……………………………………………………… 64
6.1.2 干涉装置…………………………………………………………… 66
6.2 光的相干性讨论…………………………………………………………… 69
6.2.1 光的时间相干性…………………………………………………… 70
6.2.2 光的空间相干性…………………………………………………… 72
6.2.3 可见度……………………………………………………………… 74
6.3 部分相干理论……………………………………………………………… 75
6.3.1 互相干函数………………………………………………………… 75
6.3.2 扩展光源的相干性………………………………………………… 76
6.3.3 高阶干涉…………………………………………………………… 80
6.4 相关数学运算……………………………………………………………… 82
6.4.1 相关与卷积………………………………………………………… 82
6.4.2 傅里叶变换………………………………………………………… 84
6.5 光学全息…………………………………………………………………… 87
6.5.1 波前记录…………………………………………………………… 87
6.5.2 波前再现…………………………………………………………… 88
思考题…………………………………………………………………………… 90
第7章光的衍射…………………………………………………………………… 91
7.1 衍射的解释………………………………………………………………… 91
7.1.1 惠更斯菲涅耳原理……………………………………………… 91
7.1.2 衍射理论…………………………………………………………… 94
7.2 菲涅耳衍射………………………………………………………………… 96
7.2.1 衍射的菲涅耳近似………………………………………………… 96
7.2.2 菲涅耳方形孔衍射………………………………………………… 97
7.3 夫琅禾费衍射……………………………………………………………… 99
7.3.1 夫琅禾费近似……………………………………………………… 99
7.3.2 矩形孔衍射……………………………………………………… 100
7.3.3 圆形孔衍射……………………………………………………… 101
7.3.4 光栅衍射………………………………………………………… 104
思考题…………………………………………………………………………… 106
第8章系统衍射成像……………………………………………………………… 107
8.1 系统成像变换及点光源成像…………………………………………… 107
8.1.1 透镜成像过程中的相位变换…………………………………… 107
8.1.2 透镜成像中的傅里叶变换……………………………………… 109
8.1.3 透镜对点光源成像……………………………………………… 111
8.2 系统成像及相干传递函数……………………………………………… 114
8.2.1 系统成像………………………………………………………… 114
8.2.2 相干传递函数…………………………………………………… 116
8.3 系统的光学传递函数…………………………………………………… 118
8.3.1 非相干系统成像及光学传递函数……………………………… 118
8.3.2 调制度传递函数与相位传递函数……………………………… 119
8.3.3 调制度传递函数在摄影中的应用……………………………… 121
8.3.4 光学传递函数的特性及计算…………………………………… 123
思考题…………………………………………………………………………… 127
第9章空间滤波…………………………………………………………………… 128
9.1 阿贝成像理论…………………………………………………………… 128
9.1.1 二次衍射成像…………………………………………………… 128
9.1.2 阿贝波特实验…………………………………………………… 128
9.1.3 相衬显微………………………………………………………… 130
9.2 空间滤波应用…………………………………………………………… 132
9.2.1 空间滤波器……………………………………………………… 132
9.2.2 简单滤波运算…………………………………………………… 133
9.2.3 线性光栅成像分析……………………………………………… 134
9.2.4 多重像产生……………………………………………………… 135
9.2.5 图像之间的相减运算…………………………………………… 135
9.2.6 图像特征识别…………………………………………………… 137
思考题…………………………………………………………………………… 139
0章晶体光学………………………………………………………………… 140
10.1 晶体双折射……………………………………………………………… 141
10.1.1 双折射现象……………………………………………………… 141
10.1.2 介电张量………………………………………………………… 141
10.1.3 折射率椭球……………………………………………………… 143
10.2 晶体中的电磁波………………………………………………………… 145
10.2.1 晶体中的电磁场方向…………………………………………… 145
10.2.2 波法线菲涅耳方程……………………………………………… 146
10.2.3 晶体中的偏振态………………………………………………… 147
10.2.4 晶体中的电场强度……………………………………………… 148
10.3 线性电光效应…………………………………………………………… 148
10.3.1 电光效应………………………………………………………… 148
10.3.2 折射率椭球的改变……………………………………………… 149
10.3.3 线性电光系数…………………………………………………… 150
思考题…………………………………………………………………………… 152
参考文献……………………………………………………………………………… 153
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是——“厚重且深邃”。它像一本老旧的哲学著作，每一个字都经过了千锤百炼，但同时，也带着一丝与时代脱节的沉静。我注意到，书中引用的参考文献大多是几十年前的经典文献，这固然体现了对基础理论的尊重，但也让我不禁好奇，对于近年来如超材料、光子晶体等新兴领域，这本书是否有足够的篇幅来容纳这些突破性的进展。翻阅到最后，我发现这些更“时髦”的内容只是以非常简略的附录形式出现，这使得这本书的实用价值和前沿性打了些折扣。作为一本工具书来查阅特定的公式推导，它是无可挑剔的，那种严谨的推导过程，足以让人信服。然而，如果将它视为一个学习光学全貌的指南，它的侧重点明显偏向于理论物理的根基，对于工程应用和实验设计层面的引导则显得相对薄弱。总的来说，它是一部值得收藏的经典理论著作，但如果你的目标是快速掌握现代光电技术，你可能需要配合其他更偏向应用和实验的书籍来平衡阅读的广度和深度。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到《高等光学》这本书后，最大的感受就是“挑战”。我一直以为自己对物理学有一定基础，但这本书里的内容深度，完全超出了我此前的想象。它不像市面上那些流行的科普读物，用生动的语言把复杂的现象描绘得栩栩如生。这本书的语言风格非常典雅、严谨，充满了教科书特有的那种不容置疑的权威感。我记得有一次，我试图理解其中关于光束传播的矩阵光学部分，那些ABCD参数的来回变换，简直让人头晕脑胀。它似乎默认读者已经完全掌握了线性代数和微积分的高级应用，直接进入到物理推导的深水区。我尝试对照着网上的教学视频，但发现视频往往只讲解了核心思想，而这本书里包含了所有中间步骤的详细论证，这点倒是值得称赞，体现了编者的学术良心。然而，对于我这种更偏向于应用和实验的背景来说，书中对于一些前沿技术如非线性光学和全息成像的探讨，虽然涉及到了，但感觉有些点到为止，没有展开深入的实例分析，略感遗憾。这本书更像是理论的殿堂，让人望而生畏，但也确实是衡量一个人光学知识深度的一把标尺。

评分☆☆☆☆☆

这本《高等光学》的书，怎么说呢，初拿到手的时候，那种厚重感就让人觉得它分量十足，封面设计得也挺大气，一看就是那种学术范儿很足的教科书。我本来是抱着学习的心态来的，毕竟光学这个领域，从基础概念到深入的理论，都需要扎实的基础。我个人对光的波动性和粒子性之间的辩证关系特别感兴趣，翻开目录，看到里面关于电磁场理论如何与量子力学相结合的部分，心里就有些期待。不过，实际阅读起来，内容确实是相当硬核的。特别是涉及到傅里叶光学和衍射理论的那几章，公式推导得非常详尽，对于初学者来说，可能需要反复研读好几遍才能真正消化。我感觉作者在力求严谨性的同时，似乎牺牲了一点点易读性。比如，有些概念的引入，如果能多一些实际生活中的应用实例来辅助理解，可能效果会更好。这本书的图示也偏向于理论模型的展示，抽象感比较强。总的来说，它更像是一本给专业人士深造用的参考书，而不是一本入门读物。对于我这种需要从头梳理知识脉络的人来说，每读完一个章节，都得花大量时间去消化那些密集的数学表达，然后尝试在脑海中构建出清晰的物理图像。这本书的价值毋庸置疑，但阅读体验上，需要读者付出极大的专注度和耐心。

评分☆☆☆☆☆

《高等光学》这本书的阅读体验，可以说是冰火两重天。一方面，它确实涵盖了经典光学到部分现代光学的核心内容，知识体系的构建非常完整，逻辑链条清晰得如同精密仪器一般，没有丝毫的松懈。我尤其欣赏它对于“光的量子化描述”和“经典电磁波理论的统一性”的处理，这部分展现了极高的数学美感和物理洞察力。另一方面，这本书的“温度”稍显不足。阅读过程中，我感觉自己像是一个孤立的思考者，缺乏与作者或教材的互动感。例如，在讲解偏振光部分时，如果能加入一些关于液晶显示技术或偏振滤光片工作原理的现代案例，哪怕是简短的脚注，都会让理论的学习过程不那么枯燥。这本书更像是一份极其详尽的学术报告汇编，而不是一本旨在激发学习热情的教材。对于那些已经对光学有一定了解，希望查漏补缺或进行深度理论回顾的读者，它无疑是顶级的资源。但对于那些希望通过阅读建立对光学世界宏观兴趣的新手，这本书的“门槛”可能会把很多人挡在外面，让人感觉有些挫败。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧设计，坦白讲，非常传统，有点像是上个世纪末的学术著作风格。纸张质量中等偏上，印刷清晰，但图表的色彩运用非常克制，基本是黑白灰为主。我个人更喜欢现代出版物中那种多用彩色图例来区分不同物理过程的编排方式。在这本书里，很多复杂的干涉和衍射图案，全靠读者自己想象，或者去查阅其他参考资料来辅助理解。我特别花时间研究了关于光散射理论的那部分，作者对于瑞利散射和米氏散射的公式推导非常细致，每一步的假设条件都交代得清清楚楚。这对我理解大气光学中的一些现象很有帮助。但是，书中对实验仪器的介绍几乎是空白的，它似乎不太关心“如何将这些理论付诸实践”。如果你是实验室工作的技术人员，这本书可能提供的直接帮助有限，它更多的是提供理论的基石。对我来说，阅读过程像是在攀登一座知识的高峰，每一步都走得无比扎实，但过程的艰辛也难以言表，需要极强的自驱力才能坚持下来。

评分☆☆☆☆☆