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出版者:Addison-Wesley

作者:Pedrotti, Frank L./ Pedrotti, Leno S./ Pedrott, Leno M.

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2006-4

价格:1415.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780131499331

丛书系列:

图书标签:

• 物理
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• 折射
• 反射
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• 激光
• 光谱学

《电磁场与物质相互作用导论》 本书聚焦于电磁场在不同介质中的传播、散射、吸收以及与物质微观结构之间的复杂关联，旨在为物理学、材料科学以及工程技术领域的专业人士和高年级学生提供一个全面而深入的理论框架和实验视角。 本书的叙事结构遵循从基础电磁理论到复杂光学现象的递进逻辑，强调数学工具的严谨应用与物理图像的清晰构建。 第一部分：电磁场基础与介质响应 本部分从麦克斯韦方程组在真空中的经典形式出发，迅速过渡到电磁场在有源和无源介质中的传播规律。我们详细阐述了介质的宏观电磁响应，包括介电常数张量、磁化率以及电导率的频率依赖性。特别关注了色散关系的构建，解释了不同频率电磁波（从低频射频到高频紫外）在材料中行为的本质差异。 一个核心章节专门探讨了界面问题——电磁波在两种或多种不同介质分界面上的反射与折射。基于菲涅耳方程的推导，我们不仅分析了经典的全反射和斯涅耳定律，还深入讨论了表面等离子体激元（SPP）的激发条件和传播特性，以及倏逝波（Evanescent Waves）在近场光学中的作用。这为理解光纤通信和表面增强散射奠定了基础。 第二部分：波的传播与散射理论 本部分的核心在于处理电磁波在非均匀介质或包含散射体的介质中的行为。我们系统地介绍了格林函数方法在电磁波问题中的应用，这为求解复杂的边界值问题提供了强大的数学工具。 散射理论占据了重要的篇幅。我们首先从瑞利散射（Rayleigh Scattering）开始，解释了大气湍流和颗粒对光束质量的影响。随后，我们详细推导并分析了米氏散射（Mie Scattering）理论，该理论精确描述了与波长尺度相当的球形粒子对光的散射，这在气溶胶科学和遥感领域至关重要。对于更一般的、尺寸远大于波长的散射体，本书引入了几何光学近似的局限性，并转向基于光线追踪与波动光学相结合的混合模型。 此外，本章对布洛赫波理论（Bloch Wave Theory）在周期性结构中的应用进行了详尽阐述。通过傅里叶展开描述周期性介质的电磁属性，我们推导出了光子晶体中的光子带隙（Photonic Band Gaps）的形成机制，揭示了如何通过结构设计来控制光流。 第三部分：高级材料与非线性光学现象 本部分将理论视野扩展到现代光子学和材料科学的前沿领域。我们超越了线性响应的范畴，深入探讨了强电磁场与物质相互作用所引发的非线性光学效应。 详尽分析了二次非线性效应，如倍频（Second Harmonic Generation, SHG）和和频（Sum Frequency Generation, SFG）。我们构建了描述非线性极化强度的张量形式，并讨论了相位匹配（Phase Matching）在提高转换效率中的关键作用。随后，我们转向三次非线性效应，重点分析了自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）以及拉曼散射（Stimulated Raman Scattering）。这些效应是超快激光脉冲整形和光纤非线性信道的关键制约因素。 在材料应用方面，本书专门开辟章节探讨了超材料（Metamaterials）的概念。我们从等效介质理论出发，解释了如何通过亚波长结构设计来获得自然材料中不存在的有效负折射率或任意极化控制能力。此外，对表面等离激元共振（SPR）在生物传感中的应用原理进行了深入的物理剖析，强调了其对界面折射率变化的极高敏感度。 第四部分：辐射场与光场测量基础 最后一部分关注电磁波的产生和探测，以及相关的测量技术。我们从偶极辐射理论出发，讨论了不同天线和辐射源的远场和近场特性，包括偶极子、磁偶极子和高阶多极子辐射。 本部分对光场成像与测量提供了扎实的理论基础。我们详细阐述了傅里叶光学原理，并探讨了如何通过傅里叶变换技术（如FDTD、FFT）来重构复杂的入射光场分布。对强度干涉和相干性理论的讨论，包括第一和第二阶相干性，解释了光场中信息是如何编码和解码的。此外，书中还涉及了电磁场量化（量子光学基础）的初步概念，为理解光子探测的极限提供了理论铺垫。 本书的特点在于其严谨的数学推导与对实际物理现象的深度连接，通过大量的例题和案例分析，力求使读者不仅掌握理论工具，更能洞察电磁场在现代科技中的应用潜力。

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这次阅读体验，让我感觉自己仿佛完成了一次对光学领域“美学”的探索。这本书最打动我的是它对于“对称性”和“守恒律”在光学现象中体现的深刻洞察。作者非常巧妙地将群论和对称性分析引入到晶体光学和光学活性物质的讨论中，这使得原本看起来繁琐的琼斯矩阵和穆勒矩阵分析，变得充满了内在的和谐与美感。当我理解了光在各向异性介质中传播的几何光学解释背后的深层对称性时，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。它不仅仅是在教你“如何计算”，更是在引导你“如何思考”。书中对惠更斯-菲涅耳原理的重述，也着重强调了其基于最小作用量原理的根源，这种跨越不同物理分支的联系，极大地拓宽了我的视野。我甚至开始尝试用这种对称性的视角去审视其他物理领域，这正是一本优秀教材的价值所在——它能激发跨学科的思维联想。这本书的叙事结构如同精密的钟表，每一个齿轮（章节）都与其他齿轮紧密咬合，共同驱动着对整个光学世界的精确运转的呈现。

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这本书给我的最大感受是它在理论深度和实用性之间的平衡处理，达到了一个令人惊叹的水平。它既没有完全沉溺于纯粹的数学抽象，也没有停留在浅尝辄止的现象描述，而是在两者之间找到了一个非常具有操作性的交汇点。特别是关于衍射理论的部分，作者没有仅仅停留在单缝或圆孔衍射的经典案例，而是详细阐述了衍射光栅在实际光谱仪中的应用限制和优化策略，这对于任何从事实验光学或精密测量的人来说，都具有极高的参考价值。书中配有大量的“工程实例分析”，这些实例都是从真实的研究论文或工业设计中提炼出来的，它们展示了如何将抽象的波动方程转化为解决实际问题的有效算法。我特别喜欢它对“像差”的讨论，从几何光学的像差分类到波动光学的像差对波前的影响，层次分明，并且清晰地指出了不同校正方法的物理基础。这使得我不仅理解了成像的原理，更理解了如何设计一个高性能的光学系统。总而言之，这本书是一座知识的宝库，它既是严谨的理论基石，也是解决实际工程问题的操作指南，实至名归的经典之作。

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拿到这本书时，我原本期待的是那种轻松愉快的科普读物风格，结果却发现自己沉浸在一种近乎学术研讨的氛围中。这本书的语言风格非常严谨、克制，几乎没有冗余的形容词或主观色彩的表达，一切都以物理事实和数学逻辑为准绳。这种特有的“冷峻”风格，对于追求精确性的读者来说无疑是福音，但对于那些更偏爱故事性叙述的人来说，可能会略显枯燥。我欣赏它对概念定义的一丝不苟，例如对“偏振”状态的描述，它细致入微地区分了不同椭圆偏振光的数学表述，这在其他同类书籍中是很少见的。然而，这种严谨性也带来了一个副作用：阅读节奏被迫放慢。我发现自己经常需要查阅附录中的数学工具，以确保对某些积分或向量分析的理解没有偏差。这本书似乎更倾向于作为一本参考手册或高级教材使用，而不是一本可以在咖啡馆里轻松阅读的休闲读物。它更像是一本工具箱，里面装满了精密的光学分析工具，需要使用者具备相应的操作能力和耐心。它不提供捷径，只提供通往深刻理解的坚实路径。

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这本书简直是物理学的奇迹！我从没想过一个如此深奥的领域，竟然能被讲解得如此清晰透彻。作者的叙述方式充满了魔力，仿佛他本人就站在你面前，用最生动、最直观的语言为你揭开光学的神秘面纱。特别是关于光的波动性和粒子性的讨论，处理得极其细腻，没有那种干巴巴的公式堆砌，而是通过一系列精心设计的思想实验，让你自然而然地领悟到量子世界的奇妙。我尤其欣赏它在历史脉络上的梳理，从惠更斯到爱因斯坦，每一步的理论飞跃都有清晰的逻辑支撑，这不仅仅是一本教科书，更像是一部光学思想的编年史。对于初学者来说，它没有过分强调繁复的数学推导，而是把重点放在物理图像的建立上，这一点对培养兴趣至关重要。读完前几章，我已经能用全新的眼光去看待日常生活中各种光现象，比如彩虹的形成，比如镜子的成像原理，都变得不再是抽象的概念，而是可以被理性把握的自然规律。这本书的排版和图示也是一流的，那些精美的插图，简直是教科书级别的艺术品，辅助理解的效果达到了极致。我强烈推荐给任何对光线行为背后的机制感到好奇的人，无论你是学生还是业余爱好者，这本书都能给你带来一次非凡的阅读体验，它真正做到了将“介绍”做得如此引人入胜。

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这份读物着实让人感到一阵阵的智力上的振奋，但同时，也伴随着一丝对自身理解深度的反思。它的内容深度远远超出了我最初预期的入门级读物，特别是涉及到更高级的光场调控和非线性光学现象时，作者的处理方式展现了极其扎实的功底。我花费了大量时间在那些关于傅里叶光学变换和角谱传播的章节上，每一个步骤的逻辑链条都编织得无比严密，要求读者必须保持高度的专注力。说实话，有些证明过程，我不得不停下来，拿出草稿纸反复演算好几遍，才能真正消化其中的精髓。这种挑战性正是这本书的魅力所在——它拒绝肤浅的解释，坚持将理论的根基打得牢固。它似乎在对读者说：“如果你想真正理解光是如何在复杂介质中传播的，你就得接受这个推导过程的洗礼。”对于已经有一定基础的学习者来说，这本书无疑是完善知识体系的绝佳工具，它弥补了许多传统教材中一笔带过的重要环节。更难能可贵的是，它在理论介绍的同时，穿插了许多现代光学实验技术的背景知识，使得理论不再是空中楼阁，而是紧密联系着尖端科技的应用。读完这部分，我对现代光子学领域有了更为立体和深刻的认识。

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