Polarized Light, Revised and Expanded pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Dennis Goldstein

出品人:

页数:680

译者:

出版时间:2003-6-13

价格:USD 267.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780824740535

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
• 光学
• 偏振光
• 物理学
• 光子学
• 材料科学
• 光学工程
• 生物光学
• 化学
• 仪器
• 技术

探索光学的深邃世界：《光的衍射与散射》 书籍简介 本书《光的衍射与散射》并非探究偏振现象的专业著作，而是致力于为读者呈现光与物质相互作用的两个核心物理过程：衍射与散射。这是一部面向物理学、光学工程、材料科学以及相关交叉学科领域的高级教材与参考手册，旨在系统、深入地阐述经典和现代光学理论在处理光波如何被微小结构偏转和改变方向时的数学框架与物理图像。 全书结构严谨，逻辑清晰，从基础的波动光学理论出发，逐步深入到复杂的散射机制与非均匀介质中的波传播。我们坚信，理解光如何与介质的细微结构发生作用，是掌握现代光学成像、传感、遥感以及纳米光子学等尖端技术的基础。 第一部分：衍射理论的基石与拓展 本部分首先回顾了亥姆兹方程在均匀介质中的求解，为后续的衍射分析奠定数学基础。重点随后转向对傅里叶光学理论的详尽阐述，这被视为现代衍射理论的分析核心。 第一章：波动光学基础回顾 均匀介质中的波动方程： 详细推导了电磁场在各向同性、无损耗介质中的矢量波动方程及其标量近似。 惠更斯-菲涅耳原理的严格表述： 阐述了该原理在近场和远场条件下如何转化为积分形式，特别是对菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的几何判据进行了精确界定。 角谱传播方法（Angular Spectrum Method）： 作为一种精确的数值和解析方法，本书对其原理、适用范围以及与快速傅里叶变换（FFT）的结合进行了深入探讨，展示了如何准确模拟光场在任意平面之间的传播。 第二章：夫琅禾费衍射的精细分析 本章聚焦于远场衍射，即物体尺寸远小于或接近于波长时的情况。 单缝与多缝衍射的严格解： 不仅涵盖了经典教学中的强度分布公式，更侧重于分析衍射零点、主极大旁瓣的能量分配，以及使用数值方法处理非周期性结构衍射的挑战。 圆孔与光阑的衍射： 对泊松光斑（Airy Pattern）的形成机理、衍射极限的概念，以及如何利用光阑限制光束质量进行了详尽的讨论。 衍射的互易性原理： 探讨了在不同平面上，照明源和接收屏之间衍射模式的数学关联，这在相干成像和全息术中具有重要指导意义。 第三章：菲涅耳衍射与近场效应 菲涅耳衍射涉及近场区域的传播，其特点是需要考虑传播距离和波前的曲率。 菲涅耳积分的推导与应用： 系统介绍了如何利用菲涅耳近似简化夫琅禾费积分，并将其应用于分析透镜后的光场分布。 锥形波与球面波的解析： 重点分析了在有限距离内观察到的二次方相位项对衍射图样的影响，这对于近场光学测量至关重要。 周期性结构在菲涅耳区域的衍射： 引入了布拉格关系在衍射光栅分析中的应用，特别是在涉及光纤光栅和表面等离子体激元激发时的预备知识。 第二部分：光的散射机制与理论模型 本部分是本书的重点和难点所在，它将研究光波与尺寸远小于波长或接近波长的粒子、介质不均匀体相互作用的物理过程。 第四章：瑞利散射与米氏散射理论 散射理论的起点是理解独立、非相互作用的粒子对光的影响。 瑞利散射（Rayleigh Scattering）： 深入分析了粒子尺寸远小于入射光波长时（$d ll lambda$）的电偶极子模型。重点阐述了散射截面的频率依赖性（$lambda^{-4}$ 律），并将其与天空的蓝色和日出日落的红色现象联系起来。此外，还讨论了散射效率与粒子形状对偏振态的影响。 米氏散射（Mie Scattering）： 这是对任意大小球形粒子散射的严格解。本书详细展示了米氏散射理论的数学结构，包括内部的洛伦兹-费密因子和涉及球贝塞尔函数的散射系数 $a_n$ 和 $b_n$。通过对米氏系数的分析，读者可以清晰地理解为什么不同尺寸的云滴会产生不同颜色的散射光。 第五章：介质中的随机不均匀性与波的输运 本章从宏观角度处理光在复杂、随机介质（如云雾、生物组织、湍流大气）中的传播问题。 相干性和非相干性散射： 区分了单次散射（主要保留了光源的相干性）和多次散射（导致光斑扩展和光子扩散）。 光子扩散方程（Radiative Transfer Equation, RTE）： 建立了描述光强在介质中沿特定方向传输的Boltzmann型方程。详细讨论了朗伯-比尔定律在散射介质中的修正形式，以及如何引入散射相函数（如Henyey-Greenstein函数）来描述散射的方向性。 各向异性散射的数值求解： 介绍了离散坐标法（Discrete Ordinates Method, DOM）和蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）在求解复杂RTE问题中的应用，这些是现代医学成像和遥感反演的基础工具。 第六章：体积散射与增强拉曼散射 本章探讨了体积效应和与光子能量相关的散射现象。 体积光学效应（Volume Effects）： 讨论了当散射中心密度增大时，多次散射如何导致光束发散、衰减以及出现“白化”现象。引入了有效介质理论（Effective Medium Theory）作为高密度散射体的近似处理方法。 拉曼散射基础： 从量子力学角度，对分子振动或转动能级跃迁引起的非弹性光散射（拉曼效应）进行了详尽的物理和光谱分析。 表面等离子体激元与局域场增强： 简要介绍了纳米结构表面等离子体共振（LSPR）如何极大地增强特定波长下的散射和非线性效应，为表面增强拉曼散射（SERS）技术提供理论背景。 结语 《光的衍射与散射》旨在提供一个从麦克斯韦方程到实际光学现象的完整桥梁。我们力求在保持数学严谨性的同时，赋予读者对光场复杂演化过程的直观物理理解。本书的覆盖面超越了基础的几何光学，深入到微观结构对宏观光传输行为的决定性影响，是从事前沿光学研究和应用开发的科研人员不可或缺的案头参考书。读者在掌握了这些理论后，将能更有效地设计和分析涉及衍射光栅、亚波长成像系统、以及复杂介质中光信号传输的工程问题。

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