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出版者:中国计量

作者:国家质量监督检验检疫总局计量司 编

出品人:

页数:510

译者:

出版时间:2007-9

价格:70.00元

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isbn号码:9787502626945

丛书系列:

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《光与信息的传递：波动光学与衍射》 内容简介： 本书深入探讨了光作为一种波动现象，以及其在信息传递中的关键作用。我们将从基础的波动理论出发，逐步揭示光波的偏振、干涉和衍射等核心特性，并着重阐述这些特性如何在现代技术中得到应用，特别是在信息编码、传输和处理的领域。 第一章：光的波动本质——超越粒子观的视角 在本书的开篇，我们将挑战传统的粒子观，为读者构建一个清晰的波动光学框架。我们将详细介绍光的电磁波本质，从麦克斯韦方程组的宏观描述出发，引申出光的传播速度、波长和频率之间的关系。这一章节将重点讲解： 光的电磁波模型： 详细解析电场和磁场在光波传播中的相互激发过程，以及为何光具有横波的特性。 波的基本概念： 引入波长（λ）、频率（ν）、波数（k）和角频率（ω）等关键参数，并阐述它们在描述光波时的意义。 光的传播速度与介质： 讨论光在不同介质中传播速度的变化，以及折射率的概念，为后续的干涉和衍射现象奠定基础。 相干性： 区分相干光与非相干光，强调相干性在干涉现象中的重要性，并介绍产生相干光的方法，如使用激光。 第二章：偏振——光波的定向之谜 偏振是光波的一个重要属性，它描述了光波电场矢量的振动方向。本章将系统地介绍偏振的概念、产生方式及其应用，重点关注偏振如何被用来操纵光的信息。 自然光与偏振光： 解释自然光的随机振动特性，以及如何通过各种方式获得线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。 产生偏振的方法： 详细介绍反射偏振（马吕斯定律）、折射偏振（斯涅尔定律）、双折射（晶体偏振）和选择性吸收（偏振片）等原理。 偏振光的分析： 讲解如何使用偏振器来分析偏振光的类型和状态。 偏振与信息： 探讨偏振在液晶显示（LCD）、3D电影、光学仪器（如偏振显微镜）以及某些通信技术中的应用。我们将分析偏振如何承载信息，以及如何通过改变偏振状态来实现信息的编码和解码。 第三章：干涉——叠加的智慧，信息的叠加 光的干涉现象是波动光学的核心内容之一，它揭示了多束光波叠加时，光强分布会发生周期性变化。本章将深入剖析干涉的原理，并重点阐述其在信息测量和存储中的应用。 干涉的产生条件： 详细阐述相干性、振幅相等（或接近）以及光程差是产生明显干涉条纹的关键。 惠更斯原理与惠更斯-菲涅尔原理： 从微观层面解释波的传播和叠加机制，理解波阵面上的每一个点都可以看作是新的子波源。 杨氏双缝干涉： 这是干涉现象最经典的演示，我们将详细推导双缝干涉的亮条纹和暗条纹条件，以及条纹间距的计算。 薄膜干涉： 解释肥皂泡、油膜在水面上出现的彩色条纹的物理原理，包括光程差的计算，并引入薄膜厚度的微小变化如何导致条纹的移动，这在表面缺陷检测中有重要应用。 迈克尔逊干涉仪： 介绍这一经典的光学干涉仪器，分析其工作原理，并重点讨论其在精密测量（如测定波长、测量微小距离）中的应用。 全息术初探： 简要介绍全息术作为一种信息存储技术，其基本原理是记录物体的相干光波的振幅和相位信息，并在此基础上展示干涉在信息记录中的强大能力。 第四章：衍射——绕射之美，信息之扩延 衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物或狭缝时，会发生弯曲并扩展到几何阴影区的现象。本章将分析不同类型的衍射，并阐述衍射在光学成像和信息处理中的关键作用。 菲涅尔衍射与夫琅和费衍射： 区分两种主要的衍射类型，重点讲解夫琅和费衍射，因为它与光学成像系统紧密相关。 单缝衍射： 详细分析单缝衍射图样，解释中央亮纹和侧边暗纹的形成原因，以及缝宽与衍射角的关系。 多缝衍射（光栅）： 介绍光栅衍射，分析其产生的锐利衍射峰，并解释光栅在光谱分析中的重要性——将不同波长的光分离，从而提取光谱信息。 圆孔衍射： 解释光波通过圆形孔径时形成的艾里斑（Airy disk）现象，以及这如何限制了光学仪器的分辨率。 衍射与分辨率： 深入探讨衍射极限（diffraction limit），解释为何任何光学系统都无法完美成像，以及分辨率与孔径大小、光波波长的关系。这对于理解信息获取的精度至关重要。 空间滤波与衍射： 介绍如何利用衍射的特性，通过空间滤波器（如傅里叶变换透镜）来分离或增强特定频率分量的光，这在图像处理和模式识别中有广泛应用。 第五章：衍射与干涉在信息技术中的应用 本章将前面章节的基础理论升华，聚焦于波动光学在现代信息技术中的具体应用，展示光是如何被用来编码、传输和处理海量信息的。 光学成像系统： 结合衍射和干涉的原理，分析相机、望远镜、显微镜等成像系统的分辨率和成像质量。解释镜头的设计如何尽量克服衍射效应。 激光技术与信息传输： 介绍激光器作为相干光源，其在光纤通信、光盘存储（CD/DVD/Blu-ray）中的核心作用。光纤通信正是利用了光的干涉和衍射特性，通过不同模式的光在光纤中传播来承载信息。 全息术： 详细介绍全息记录和再现的原理，阐述全息术如何以三维形式记录和存储完整的波前信息，从而实现高密度信息存储和逼真的三维成像。 衍射光学元件： 介绍衍射光栅、衍射透镜（DOE）等新型光学元件，它们利用衍射原理来实现特定的光束整形、分光或聚焦功能，在微纳光学和光信息处理领域具有重要价值。 近场光学与超分辨成像： 讨论如何突破衍射极限，利用近场光学技术（如扫描近场光学显微镜, SNOM）来实现更高分辨率的成像，从而获取更精细的信息。 第六章：高级主题与未来展望 在本书的结尾，我们将对波动光学的一些高级概念进行简要介绍，并展望其在未来信息技术中的发展趋势。 非线性光学初步： 简要介绍当光强足够大时，介质的光学性质会发生非线性变化，从而产生二次谐波、光学参量振荡等现象，这为产生新的波长和实现更复杂的非线性信息处理提供了可能。 超材料与负折射率： 探讨人造微结构材料（超材料）如何实现负折射率等奇异的光学特性，这为实现超越衍射极限的成像（超透镜）和隐身技术提供了理论基础。 量子光学简介： 简要提及光子作为量子化的光，其在量子通信、量子计算中的潜在应用，以及光与物质的量子相互作用。 信息时代的光学未来： 总结波动光学在推动信息革命中的作用，并展望其在未来高速通信、全息存储、先进传感和生物医学成像等领域的发展前景。 通过对这些内容的系统性讲解，本书旨在帮助读者建立起对光波动特性的深刻理解，并认识到这些基本物理原理如何在信息获取、存储、传输和处理的各个环节发挥着至关重要的作用，从而为理解和创新现代信息技术提供坚实的理论支撑。

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我对《XX之声》的评价主要集中在它对哲学思辨的深度挖掘上。很多物理学书籍止步于“是什么”和“如何计算”，但这本书的野心显然不止于此。它勇敢地触及了关于“实在性”（Reality）本质的追问。比如，在讨论量子纠缠时，作者花费了大量篇幅探讨“定域实在论”的困境，他没有给出最终答案，而是引导读者去体验那种认知上的不适感和兴奋感。这种鼓励读者主动参与到思考过程中的写作方式，极大地提升了阅读体验的价值。我个人非常欣赏作者在行文间流露出的那种对未知世界的敬畏感，那不是盲目的崇拜，而是一种基于深刻理解后的谦逊。书中对“观察者效应”的讨论，更是将物理学推到了哲学的门口，让读者不得不反思我们自身的认知工具在探索宇宙时所处的局限性。对于那些渴望超越技术层面，探求物理学深层意义的读者来说，这本书提供了绝佳的对话空间。

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这本书的文字功底，说实话，已经达到了文学作品的水平。我很少在科普读物中看到如此精妙的词汇选择和句式变化。《XX之声》的行文如同精心编排的乐章，时而激昂澎湃，介绍突破性的发现；时而低回婉转，剖析那些细微的实验误差和理论缝隙。作者在处理复杂概念时，运用了大量的排比和对比手法，使得原本晦涩的物理学概念变得异常清晰且富有韵律感。例如，当他描述宇宙膨胀的加速度时，那种由“惯性”到“暗能量驱动”的叙事转折，其文学感染力不亚于任何一部经典散文。更难能可贵的是，这种华丽的辞藻背后，从未牺牲科学的精确性。它做到了真正的雅俗共赏，既能让专业人士认可其论证的严密性，也能让普通读者在优美的文字中领略科学的魅力。这本书的价值，在于它成功地搭建了一座桥梁，连接了冰冷的科学事实与温暖的人文关怀。

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说实话，我原本以为这会是一本让人昏昏欲睡的硬核理论阐述，毕竟“现代物理”这四个字听起来就充满了学术气息。然而，《XX之声》成功地颠覆了我的预设。这本书的阅读节奏非常抓人，它似乎深谙现代人碎片化阅读的习性，常常在关键的理论转折点设置一些极富画面感的比喻。举个例子，当解释黑洞视界时，作者没有直接抛出史瓦西半径的公式，而是用了一个“宇宙瀑布”的比喻，强调一旦越过那个点，时间流逝的感受如何彻底扭曲，这种叙事上的张力，让人完全沉浸其中，生怕错过任何一个细节。此外，作者对于科学史的把握也相当到位，他不会放过那些被主流叙事略过的“边缘人物”的贡献，通过挖掘那些被埋没的实验数据和早期猜想，让整个物理学的发展史显得更加立体和富有人性色彩。这本书读起来更像是在听一位睿智的向导，在历史的长河中为你指点江山，而非冷冰冰地灌输知识点。

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这本《XX之声：现代物理的迷人交响》无疑是一次思想的盛宴，作者以一种近乎诗意的笔触，带领我们穿越了经典物理的宏伟殿堂，直抵量子世界的幽微深处。它巧妙地避开了那些枯燥乏味、公式堆砌的叙述方式，转而采用了一种讲故事的叙事策略。比如，书中关于波粒二象性演变的那一章，与其说是物理学探讨，不如说是一部精彩的哲学辩论录，将海森堡的困惑、玻尔的坚持，甚至爱因斯坦的“上帝不掷骰子”的嘀咕，都描绘得栩栩如生。我尤其欣赏作者对“场”这个概念的重新诠释，它不再是仅仅局限于教科书上的抽象定义，而是被赋予了一种动态的、充满生命力的特质。阅读的过程中，我仿佛能感受到那些无形的力线在宇宙间穿梭、交织，那种宏大叙事下的精致细节处理，令人拍案叫绝。如果你对物理的本质思考抱有好奇心，渴望从学科的边界窥见更深层次的宇宙规律，这本书绝对能满足你的求知欲，它提供的视角是如此独特，让人久久不能忘怀。

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关于《XX之声》这本书的阅读体验，我必须承认，它在构建知识体系的连贯性上做到了教科书级别的严谨，但又保持了科普读物应有的那种轻盈与灵动。作者对于理论框架的搭建，如同建筑大师在设计一座复杂的结构，从基础的地基（牛顿力学）到精美的飞檐（相对论的几何诠释），每一步都考虑到了受力分析和美学平衡。特别是在论述能量守恒定律跨越不同物理领域时的普适性时，作者没有简单地罗列公式，而是通过历史案例——从蒸汽机的效率到核聚变的能量释放——来佐证其不可动摇的地位。这种将抽象定律植入具体历史与工程实践中的手法，极大地降低了理解门槛，使得即便是初次接触这些概念的读者也能迅速建立起坚实的认知支架。我个人对其中关于信息熵与热力学第二定律的交叉讨论尤为着迷，作者精准地指出了两者在描述系统“无序化”趋势上的异曲同工之妙，这无疑拓宽了我对“熵”这个概念的理解维度。

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