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出版者:电子工业

作者:丁炜

出品人:

页数:303

译者:

出版时间:2007-8

价格:27.00元

装帧:

isbn号码:9787121047244

丛书系列:

图书标签:

• 过程控制
• 仪表
• 自动化
• 工业控制
• 传感器
• 执行器
• 测量
• 控制系统
• 仪器仪表
• 工业仪表

现代光学与量子信息技术 本书深入探讨了现代光学领域的前沿进展以及与量子信息技术紧密结合的前沿理论与实验技术。全书内容聚焦于光与物质相互作用的基本原理、光场调控的先进方法，以及在信息传输、存储和计算等领域中量子特性的应用潜力。 第一部分：基础理论与光场调控 第一章：电磁波理论与波动光学基础 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在介质中的应用，重点阐述了平面波、球面波的性质及其在折射和反射中的几何光学近似。随后，详细介绍了光波的偏振态（包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振）的数学描述，并讨论了琼斯矩阵在偏振分析中的应用。本章的重点内容是波动光学理论，包括光的干涉（双缝干涉、薄膜干涉）和衍射（单缝、圆孔衍射、夫琅禾费衍射与菲涅耳衍射）的基本原理、数学模型和实验观察。此外，本章还引入了傅里叶光学，阐述了透镜作为傅里叶变换器的作用，这为后续的空间滤波和全息技术奠定了理论基础。 第二章：非线性光学现象与材料 非线性光学是现代光电子技术的核心。本章首先介绍了介质极化强度与入射光强之间的非线性关系，推导了二阶和三阶非线性极化项。重点深入分析了重要的二阶非线性过程，如倍频（Second Harmonic Generation, SHG）、和频产生（Sum Frequency Generation, SFG）和参量下转换（Optical Parametric Generation, OPG）。对于三阶非线性效应，着重讨论了自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）、交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）以及四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）。本章还涵盖了光与物质相互作用中的非线性材料特性，包括周期性极化材料（PPLN, PPLT）的设计与应用，以及光纤中非线性效应的建模与抑制策略。 第三章：光场整形与超快光学 本章专注于如何精确地控制和塑造光场的时域和空域特性。在空域方面，详细介绍了空间光调制器（Spatial Light Modulators, SLM）的工作原理、驱动技术及其在波前整形、计算全息成像中的应用。在时域方面，本章的核心是超快光学。我们首先讨论了飞秒脉冲的产生机制，特别是锁模技术（如克尔透镜锁模和半导体可饱和吸收镜锁模）。随后，详细分析了色散管理在超短脉冲形成和传输中的关键作用，包括群速度色散（GVD）和高阶色散（HOD）的补偿技术。本章还涉及自聚焦和丝状传播（Filamentation）等强场光学现象。 第二部分：量子光学与信息前沿 第四章：量子光学的基本概念与相干性 本章将读者从经典电磁波理论引导至量子光学的范畴。首先阐述了光的量子化概念——光子，以及光子在量子力学描述下的特性。重点讨论了光的量子统计特性，包括相干光（泊松统计）、热源光（负二阶关联函数）以及压缩态光（Squeezed States）的生成与测量，特别是反压缩态对测量噪声的抑制作用。本章还深入讲解了光场相干性的分类——时间相干性（单色性）和空间相干性（横向相干性），并引入了光场关联函数（一阶和二阶）作为量化相干性的数学工具。 第五章：量子纠缠态的制备与表征 量子纠缠是量子信息处理的核心资源。本章详细介绍了制备双光子或多光子纠缠态的实验方法，主要集中在基于自发参量下转换（SPDC）和自发四波混频（SFWM）的源制备技术。对纠缠的表征是关键，本章详细讲解了贝尔不等式的实验检验，如何通过测量光子偏振或动量自由度的关联性来验证量子非定域性。此外，本章还探讨了制备高纯度、高亮度纠缠源的技术挑战，以及利用纠缠进行量子隐形传态（Quantum Teleportation）的基本方案。 第六章：量子测量与传感 本章关注如何利用量子特性提高测量的灵敏度和精度。首先介绍了量子增强测量（Quantum Enhanced Metrology）的基本思想，即如何利用压缩态光或纠缠态来突破标准量子极限（SQL）。详细分析了诺姆图（NOON态）在干涉测量中的应用及其相对于经典极限的优势。本章还涵盖了量子成像技术，包括基于纠缠源的空间关联成像和鬼影成像（Ghost Imaging）原理，阐述了这些技术在弱光成像和穿透散射介质成像中的潜在优势。 第七章：量子计算与光子实现 作为量子信息技术的最终目标之一，本章探讨了基于光子的量子计算模型。详细介绍了线性光学量子计算（LOQC）的理论框架，特别是基于伯纳德-欧布赖特-斯蒂芬森（BOE）范式和测量导致量子计算（MBQC）的原理。本章分析了单光子源、高效单光子探测器以及线性光学元件在实现通用量子门操作中的角色。此外，还对比了硅基光子芯片、铌酸锂平台等集成光子学平台在扩展可扩展量子计算架构方面的工程挑战与进展。 第八章：量子密钥分发与安全通信 本章聚焦于量子技术在信息安全领域的应用——量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）。深入阐述了基于BB84协议的原理、实验实现和抗窃听能力。对基于诱骗态（Twinkling State）和制备-测量方案的实际QKD系统进行了详细分析，包括其在远距离传输中的损耗限制和纠错机制。本章还探讨了后量子密码学（PQC）与量子通信的结合，以及全光网络中量子中继器（Quantum Repeater）的必要性与技术路线。 结论与展望 全书总结了现代光学向量子信息领域转化的历史脉络，并对未来在光量子芯片集成、室温量子存储、以及大规模量子网络构建等方面的挑战和机遇进行了展望。本书旨在为从事光电技术、量子物理以及信息科学的研究人员和高年级学生提供一个全面、深入且具有前瞻性的参考资源。

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说实话，这本书的学术深度相当可观，感觉更像是为专业工程师和研究生量身定制的教材。我对其中关于“模型预测控制（MPC）”的章节非常感兴趣，这部分内容往往是衡量一本过程控制书籍是否真正“硬核”的关键。作者在理论推导上毫不含糊，严谨的数学模型和清晰的算法描述，让我能一步步跟进复杂的控制律是如何建立起来的。不过，对于初学者来说，可能需要一些扎实的微积分和线性代数基础才能完全领会其精髓。我尤其欣赏作者在讲解复杂算法时，能够穿插一些历史背景和不同学派的观点对比，这使得阅读过程不再是枯燥的公式堆砌，而更像是一场思想的碰撞。我希望作者能在后续的版本中，增加更多关于鲁棒性分析和系统辨识方法的详细实例，这样对于解决实际工程中不确定性问题会非常有帮助。

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我购买这本书主要是冲着它对“自整定技术”的深入剖析。市面上很多书对自动调节器的参数整定都是一笔带过，但这本书花了大量的篇幅介绍了Ziegler-Nichols法、Smith预估器以及现代基于模型的自整定算法。我一直在试图理解，在面对强耦合、大滞后过程时，如何快速、安全地完成参数的在线优化。书中对不同算法的优缺点和适用范围的对比分析非常到位，甚至提到了在嵌入式系统中实现这些算法时的资源限制问题。这说明作者不仅仅停留在理论层面，而是真正深入到工程实现的最底层。我特别希望未来能看到关于非线性控制，比如滑模控制在变参数过程中的应用案例，这本书的理论基础已经为我探索更前沿的控制方法打下了坚实的基础。

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这本书的叙事风格非常平易近人，虽然主题是技术硬核的“过程控制”，但作者似乎非常善于用生动的比喻来解释抽象的概念。我感觉不像是在啃一本技术手册，更像是一位经验丰富的老师在耐心点拨。特别是讲解到“反馈”和“前馈”控制的哲学差异时，那种娓娓道来的方式，让我原本有些模糊的认识豁然开朗。书中对“控制系统的人因工程”也有所涉及，强调了在设计报警系统时，如何避免信息过载，这在当今强调安全生产的环境下尤为重要。我非常欣赏这种人文关怀与工程技术的结合。如果能再多增加一些不同行业（比如生物制药或半导体制造）的特定控制挑战和解决方案，这本书的适用范围会更广。

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这本书的实用性是我最看重的一点。我更倾向于那些能够直接指导我动手实践的书籍，而不是纯理论的探讨。这本书在“现场仪表选型与安装规范”这一块做得相当扎实，从孔板流量计的开孔角度到热电偶的冷端补偿原理，讲解得细致入微。我正在负责一个小型水处理站的升级改造项目，对于如何选择耐腐蚀性强、响应时间快的pH传感器，这本书里提供的选型指南简直是雪中送炭。我注意到书中提到了好几种不同厂家的产品对比，这非常贴近真实的工作场景。唯一的遗憾是，关于故障诊断和远程监控的软件界面截图稍显陈旧，期待未来能看到更多基于现代HMI/SCADA平台的交互设计案例，毕竟人机交互的效率对于操作人员的决策至关重要。

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这本书的封面设计得相当有特色，封面上那张复杂的控制回路图，一下子就抓住了我的眼球。我一直对工业自动化领域抱有浓厚的兴趣，尤其是那些精密的传感元件和执行机构，它们如何协同工作，将物理世界的信号转化为可操作的控制指令，对我来说充满了神秘感。我翻开目录，看到“信号处理基础”、“模糊逻辑控制”和“高级PID调参”这些章节时，心里一阵激动。我特别想深入了解一下分布式控制系统（DCS）的最新架构和应用案例，特别是那些涉及安全仪表系统（SIS）的集成方案。这本书的排版清晰，图表质量很高，能让人迅速抓住核心概念。我期望它能提供一些实际工程中的案例分析，比如在化工过程优化中，如何通过优化控制策略来提高收率并降低能耗。如果能加入一些关于物联网（IoT）技术在过程控制领域的前沿应用，那就更完美了。

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