高功率连续CO2激光器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:王新兵

出品人:

页数:220

译者:

出版时间:2000-7-1

价格:17.00

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787118022193

丛书系列:

图书标签:

• 高功率连续CO2激光器
• 徐启阳，王新兵
• 平装
• –
• 2000年
• (作者)
• CO2激光器
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探索量子隧穿效应：从理论基石到前沿应用 图书简介 书名： 量子隧穿效应：基础理论、实验验证与现代工程应用 引言： 在宏观世界中，经典的物理定律主宰着我们对物质运动和能量传递的认知。一个球要越过一座山丘，必须拥有足够的能量来克服重力势垒。然而，当我们深入到微观的量子领域，这种直观的认识便被彻底颠覆。量子力学揭示了一个令人惊奇的现象——量子隧穿效应（Quantum Tunneling Effect）。它描述了微观粒子（如电子、质子，甚至是某些分子）有非零的概率穿透一个它们在经典物理学中无法逾越的能量势垒，如同幽灵穿墙一般。 本书《量子隧穿效应：基础理论、实验验证与现代工程应用》旨在系统、深入地剖析这一深刻的量子力学现象。我们不仅将追溯其理论根源，更将详尽阐述其在当代科学研究和尖端技术领域中的广泛且关键的应用。本书的深度和广度，使其成为凝聚态物理、半导体物理、核物理、材料科学以及纳米技术等领域研究人员、高级工程师和专业学生的必备参考书。 第一部分：理论基石的构建——从薛定谔方程到概率解释 本部分致力于为读者打下坚实的理论基础。我们将从量子力学的基本公设出发，详细回顾薛定谔方程在势垒问题中的应用。 第一章：量子力学的基本框架回顾 回顾波函数、算符、本征值方程以及概率诠释（玻恩定则）。重点讨论波函数的连续性和边界条件在势垒问题中的重要性。 第二章：势垒散射问题与透射系数 这是理解隧穿效应的核心。我们将详细推导一维无限深势垒两侧的波函数形式，求解稳态薛定谔方程，并推导出粒子穿过矩形势垒的透射系数（T）和反射系数（R）。我们将特别关注当入射粒子能量 $E$ 小于势垒高度 $V_0$ 时的指数衰减行为，解释为何在经典情况下，透射概率为零。 第三章：WKB 近似法及其在复杂势垒中的应用 对于形状不规则或势能函数连续变化的复杂势垒，解析解通常难以获得。本章将详尽介绍Wentzel–Kramers–Brillouin (WKB) 近似法。通过引入相积分条件，WKB方法提供了一种强大的数值近似工具，用于计算隧穿概率，尤其在分析形变势垒和准经典区域时表现出色。 第四章：隧穿的相对论修正与统计考量 虽然隧穿效应主要在非相对论量子力学框架内讨论，但对于高能粒子或需要极高精度的计算，相对论效应不容忽视。本章将简要探讨狄拉克方程在势垒问题中的应用。此外，我们还会讨论费米子和玻色子在隧穿过程中的统计行为差异。 第二部分：实验观测与早期验证 量子隧穿效应并非仅仅是理论上的数学构造，而是已经被无数实验精确验证的自然现象。本部分将聚焦于这些决定性的实验证据。 第五章：阿尔法衰变的解释 盖莫夫（Gamow）等人首次将量子隧穿理论成功应用于解释阿尔法衰变的机制。本章详细分析了原子核内的库仑势垒，并展示了隧穿概率如何解释不同重核素阿尔法粒子发射的半衰期差异，这是核物理领域里程碑式的成就。 第六章：隧道二极管的发现与早期半导体器件 我们将回顾隧道二极管（Tunnel Diode，或称Esaki Diode）的发明及其I-V特性曲线。重点分析PN结在极小宽度下，电子如何穿过耗尽区的势垒，从而产生负微分电导现象，这是电子器件中应用隧穿效应的早期典范。 第七章：扫描隧道显微镜（STM）的原理与发展 STM是观察和操纵单个原子和分子结构的革命性工具。本章深入探讨了STM的隧道电流形成机制，分析了电流对尖端-样品间距的指数敏感性（$exp(-2kappa d)$），以及如何通过控制和测量该电流来实现原子尺度的形貌成像和电子态的探测。 第三部分：现代工程应用与前沿研究 量子隧穿效应已成为驱动现代信息技术和精密测量的核心机制之一。本部分将探讨其在当代高新技术中的具体体现。 第八章：隧穿结与高频电子学 深入研究约瑟夫森结（Josephson Junction），这是超导电子学的基础单元。本章详细阐述了库珀对的量子隧穿，即无耗散隧穿现象，以及由此导出的约瑟夫森电压-电流关系。这些特性是构建超导量子干涉仪（SQUID）和未来超快电子电路的关键。 第九章：量子计算中的隧穿机制 在量子计算领域，隧穿效应扮演着双重角色。一方面，它在量子退火和量子比特的操控中被利用；另一方面，我们必须抑制背景噪声导致的非期望隧穿，以维持量子相干性。本章将分析超导量子比特（如Transmon）的能级结构与隧穿过程的相互作用。 第十章：隧道效应在新型传感器中的应用 除了STM，隧穿效应也被应用于开发高灵敏度的传感器。我们将讨论隧道磁阻（TMR）效应在自旋电子学中的应用，以及如何利用隧穿结的敏感性来设计磁场、温度或化学环境的纳米级传感器。 第十一章：核聚变与太阳能的隧穿考量 在天体物理学中，太阳内部的核聚变速率很大程度上依赖于质子克服库仑势垒的隧穿概率。本章将结合核反应截面，分析隧穿效应对恒星演化和地球能源的影响。同时，也将探讨新型太阳能电池中电荷传输的隧穿机制。 结论：展望未来 本书最后总结了量子隧穿效应作为一种基本物理现象的深刻意义，并展望了未来在纳米制造、生物物理建模（如酶催化反应中的质子隧穿）以及更深层次的量子信息科学中，如何进一步挖掘和利用这一“非经典”的物理特性。 本书特色： 数学严谨性与物理直观性的完美结合： 详细的数学推导与丰富的物理图像解释相结合。 跨学科覆盖： 从核物理到凝聚态物理，再到现代信息技术，全面展示隧穿效应的影响力。 丰富的案例分析： 选取了历史上和现代最关键的实验和工程应用案例进行深入剖析。 本书旨在提供一个关于量子隧穿效应的百科全书式的参考，帮助读者深刻理解自然界中最反直觉却又最普遍的物理现象之一。

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如果说有什么能让这本书脱颖而出，那就是它对“未来趋势”的把握和前瞻性思考。在接近尾声的部分，作者并没有固守现有的技术范式，而是大胆地探讨了下一代高功率激光器的可能方向，例如，如何将固态激光器的优良光束质量与CO2激光器的高效率相结合，以及超快脉冲CO2激光在精密加工中的潜在应用。特别是关于新型混合气体介质和微通道冷却技术的探讨，展现了作者对前沿研究的敏感度。这本书的价值在于，它不仅解决了当前设计和操作中的问题，更重要的是，它为下一代研究人员指明了尚未被充分探索的领域。它不仅是一本工具书，更像是一份包含深厚历史积累和宏大未来愿景的“路线图”，极大地拓宽了我的技术视野。

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这本《高功率连续CO2激光器》无疑是技术文献中的一股清流，它在处理一个相对垂直且技术性极强的领域时，展现了令人惊叹的广度和深度。我首先被它对基础物理原理的梳理所折服。作者并未止步于简单罗列公式，而是深入浅出地剖析了激发态粒子碰撞、能级跃迁的微观机制，尤其对增益介质的物理化学特性进行了详尽的分析。书中对不同填充气体组分比例变化如何影响光束质量和输出功率的论述，简直是教科书级别的范例。我尤其欣赏其中关于气体动力学效应的章节，它用大量的实验数据和精密的模型推导，清晰地解释了高速气流对激光腔内温度分布和折射率变化的耦合影响。对于希望从原理层面彻底理解CO2激光器瓶颈的工程师和研究人员来说，这部分内容提供了坚实的理论支撑，远超一般应用手册的深度。它不只是告诉你“该怎么做”，更重要的是告诉你“为什么必须这样做”。

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从应用层面来看，本书的实用价值同样不可估量。它没有沉溺于理论的海洋，而是迅速将视角转向了工程实践中的核心挑战——热管理和光束整形。书中对新型冷却技术，特别是针对高功率密度工作状态下的腔体热变形问题的解决方案，描述得细致入微。我留意到其中关于多腔耦合和光束传输系统的章节，它提供了一系列优化策略，这些策略显然是基于长期的工业经验积累。例如，针对激光切割和焊接过程中常见的焦点漂移问题，书中提出的实时补偿机制，其算法的复杂性和鲁棒性令人印象深刻。更重要的是，作者在描述这些技术时，总是会穿插一些“过来人”的忠告，比如在特定材料加工中，选择何种波长或特定调制频率可能带来的非线性效应，这些都是在标准手册中难以寻觅的“隐性知识”。

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这本书的结构安排堪称匠心独运，它成功地在理论的严谨性与工程的可操作性之间架起了一座坚固的桥梁。我发现它在描述复杂的电源驱动和真空系统维护时，采用了模块化的叙述方式。例如，在讲述高压脉冲电源的设计时，它不仅涵盖了电磁兼容性（EMC）的考虑，还深入探讨了等离子体诊断在优化放电效率中的作用。这种跨学科的融合处理方式，使得即便是对电力电子不甚精通的纯光学专业人员，也能对整个系统的能流转化过程有一个全面的认知。我个人尤其赞赏作者对“可靠性工程”的重视，其中关于腔镜污染速率、光学元件的寿命预测模型，以及如何通过在线监测系统提前预警故障的描述，对于任何运行大型激光系统的人来说，都是极其宝贵的经验财富。

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阅读过程中，我被作者对细节的极致追求所深深吸引。这不是一本可以囫囵吞枣的教材，它要求读者具备一定的专业基础，并且愿意投入时间去消化其中的复杂图表和数学推导。书中对“光束质量因子（M²）”的深入剖析，可以说是全书的亮点之一。作者不仅给出了M²值的标准定义，还系统地分析了腔内热透镜效应、镜面形貌误差以及注入光束的模式失真如何共同作用，导致M²值偏离理想值。书中附带的几组对比实验数据，清晰地展示了调整腔内光学布局对M²值改善的量化结果，这对于追求极致聚焦性能的用户来说，简直是“圣经”级别的参考资料。其行文风格，虽然学术性很强，但并不枯燥，处处体现出一种对科学真理的执着和对工程优化的不懈追求。

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