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页数:136

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出版时间:2007-9

价格:15.00元

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isbn号码:9787533147105

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• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信工程
• 电子工程
• MATLAB
• 算法
• 滤波
• 频谱分析
• 图像处理

现代光学与光子学导论 内容简介 本书旨在为物理学、电子工程、材料科学以及相关领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的现代光学与光子学基础知识体系。内容涵盖了从经典波动光学到前沿量子光学的核心理论、实验技术与新兴应用，力求在理论的严谨性与工程实践的实用性之间找到最佳平衡点。 第一部分：经典光学基础与电磁波理论 本部分首先回顾了麦克斯韦方程组在介质中的形式，并基于此建立起经典电磁波理论在光传播中的应用框架。重点阐述了光作为横电磁波的本质特性，包括偏振态的描述（琼斯矩阵与穆勒矩阵）、光束传播的基矢分析（平面波展开）。 随后，详细探讨了光在边界上的行为，包括反射、折射的菲涅尔定律及其与材料折射率、介电常数的关系。在此基础上，引入了薄膜光学，阐述了多层介质膜的传输矩阵方法，为理解抗反射涂层、介电镜等实用光学元件的工作原理奠定基础。 波动光学部分深入分析了光的干涉与衍射现象。干涉部分，除了介绍杨氏双缝、迈克尔逊干涉仪等经典实验，更侧重于相干性理论，包括空间相干性与时间相干性的定量描述。衍射理论部分，从惠更斯-菲涅耳原理出发，推导了夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的积分形式，并通过傅里叶光学理论，将衍射过程视为空间频率域的滤波操作，这是理解光学系统成像、分辨率限制及全息术的关键。 第二部分：几何光学与成像系统 虽然本书侧重现代光子学，但对几何光学作为工程近似的局限性与适用范围的清晰界定至关重要。本部分使用费马原理（最短时间原理）构建了几何光学的理论基石。详细分析了球面与非球面透镜的成像特性，包括近轴光线下的光线追迹方法（矩阵光学，即ABCD矩阵法），用于快速分析复杂的多镜或多透镜系统。 成像质量的评价是光学工程的核心。本部分引入了光学系统的像差理论，细致剖析了五大几何像差（球差、彗差、像散、场曲和色差）的产生机理、数学表达以及校正方法，例如利用非球面设计来消除球差。此外，还引入了点扩散函数（PSF）、线扩散函数（LSF）和调制传递函数（MTF）等现代光学系统的客观评价工具，将像差分析从定性描述提升到定量分析层面。 第三部分：光与物质的相互作用及材料 本部分转向微观层面，探讨光子与原子、分子以及固体材料之间的能量和动量交换过程。 在原子层面，讲解了辐射跃迁的自发辐射与受激辐射理论，这是激光技术的基础。详细阐述了吸收、散射（包括瑞利散射、米氏散射）的概率机制及其对光信号传输的影响。 在固体材料方面，重点讨论了晶体的光学特性，特别是双折射现象（各向异性）及其在波片中的应用。介绍了偏振控制元件的设计原理，如起偏器、检偏器和四分之一波片等。光纤光学作为现代通信与传感的基石，被给予了深入的分析，包括光在阶梯折射率光纤和阶跃折射率光纤中的模式传播、有效折射率、模场直径（MFD）以及色散（包括材料色散和波导色散）的计算与控制。 第四部分：先进光源与光电子器件 本部分聚焦于现代光子系统中的核心有源与无源器件。 激光原理部分，从光腔的谐振条件、增益与损耗的平衡出发，详细分析了不同类型的激光器（如半导体激光器、光纤激光器）的工作特性。讲解了激光输出的相干性、单色性、方向性，并介绍了脉冲激光技术中的锁模原理，实现超快光脉冲的产生。 光电子学部分，深入解析了半导体材料中的能带结构对光吸收和发光过程的决定性作用，详述了LED、半导体激光器（LD）和光电探测器（如PIN光电二极管、雪崩光电二极管APD）的工作原理、效率和响应速度。 第五部分：非线性光学与新兴领域 理解非线性光学是掌握现代高功率、超快光学和量子信息技术的必备条件。本部分介绍了当光场强度足够高时，介质的极化率不再是线性的，引入了二阶和三阶非线性效应，如二次谐波产生（SHG）、倍频、参量过程和克尔效应。 最后，本书展望了光子学的尖端领域： 1. 光子晶体与超材料： 讨论了通过周期性结构对光传播进行有效调控的原理，特别是负折射率材料和光子带隙现象。 2. 量子光学基础： 简要介绍了光子的量子特性、光场量化、量子干涉以及光子在量子信息处理中的潜在应用。 3. 光学测量技术： 介绍了傅里叶变换光谱学、光场成像技术（如数字全息显微术）以及高分辨率显微技术（如STED、PALM/STORM）的基本原理，展示了光学工具在生命科学和精密工程中的前沿应用。 本书结构清晰，包含大量例题和工程设计实例，旨在培养读者将深厚的理论知识转化为实际光学系统设计和分析能力。

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当我真正沉浸到书中的内容时，最先感受到的是作者在逻辑构建上的匠心独运。它不像某些技术书籍那样，上来就堆砌复杂的数学公式，让人望而却步。相反，作者像是耐心的向导，首先会用非常直观、贴近生活中的实例来引入每一个核心概念。比如，在讲解傅里叶变换时，书中不是直接给出一个冗长的积分表达式，而是先描绘了一个声波频谱分析的场景，让我们仿佛置身于一个声音处理的工作室中。这种从宏观到微观、从直觉到严谨的过渡处理得极其自然，使得那些原本抽象的理论知识，变得触手可及，让人在不知不觉中就掌握了其背后的原理和意义。这种叙述方式，极大地降低了初学者的学习门槛，也让有一定基础的读者能够重新审视和巩固自己的理解。

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语言风格上，这本书保持了一种非常难得的平衡：既有学术的精准性，又不失叙述的流畅性。作者在阐述深奥定理时，用词极其精确，每一个术语的使用都无可指摘，这保证了知识传递的准确无误。然而，即便是在讨论诸如Z变换收敛域这类容易陷入枯燥的环节时，作者也巧妙地穿插了一些历史背景或者不同数学流派的观点对比，使得阅读过程充满了知识的趣味性。这种“严肃又不失温度”的文字处理，让长时间的阅读也不会产生强烈的阅读疲劳感，更像是在与一位学识渊博且善于表达的同行进行深入的交流，而非被动地接受信息灌输。

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装帧和排版上的细节处理，反映出了出版方对读者的尊重。我想特别提到的是，书中图表的清晰度和一致性。所有的波形图、频谱图和方框图都采用了高质量的矢量图形绘制，线条锐利，颜色区分明确，即便是打印成黑白副本，关键信息也绝不会丢失。更重要的是，图表在文本中的引用位置和顺序安排得极其合理，读者在阅读到相关理论描述时，几乎不需要翻页或来回对照，所需要的视觉辅助材料就在手边，极大地优化了阅读流程的顺畅度。这种对细节的极致追求，无疑是保证知识有效吸收的重要保障。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。那种深沉的蓝色调，配上银灰色的字体，一下子就捕捉住了我的目光。它没有采用那种花里胡哨的图形堆砌，而是用一种非常简洁、现代的排版方式，传达出一种专业和严谨的气息。书脊上的信息排列得井井有条，即便是随意地放在书架上，也显得格外有质感。我甚至花了一点时间去感受了一下纸张的触感，那种略带磨砂的质地，配合着恰到好处的厚度，让人感觉这不仅仅是一本工具书，更像是一件精心制作的艺术品。整体而言，从拿到手到翻开阅读之前，这本书在“外在形象”上已经成功地为接下来的内容定下了一个高标准的基调，让人对接下来的知识探索充满了期待，绝不是那种随随便便就能糊弄读者的教材可以比拟的。

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这本书的习题设计堪称一绝，它们绝非简单的公式套用测试，而是真正考验读者对概念灵活运用的“试金石”。我尤其欣赏其中几章末尾设置的“工程应用挑战”部分。这些挑战往往模拟了真实工业环境中的复杂问题，需要整合前几章学到的多个知识点才能找到解决方案。做完一套这样的习题，我感觉获得的不仅仅是解题技巧，更是那种“我真的能解决实际问题”的自信心。而且，与市面上很多只提供答案而不提供详细推导过程的书不同，这本书对关键步骤的解析非常详尽，即便是卡壳的地方，也能通过参考解析迅速找到思路的症结所在。这让我在自学过程中，能够真正实现自我纠错和提升。

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