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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Nicolaas Bloembergen

出品人:

页数:183

译者:

出版时间:1996-06

价格:USD 18.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789810225995

丛书系列:

图书标签:

光学
非线性光学
光学
物理学
量子光学
材料科学
激光
光子学
电磁学
固体物理
应用物理

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具体描述

Nicolaas Bloembergen, recipient of the Nobel Prize for Physics (1981), wrote Nonlinear Optics in 1964, when the field of nonlinear optics was only three years old. The available literature has since grown by at least three orders of magnitude. The vitality of Nonlinear Optics is evident from the still-growing number of scientists and engineers engaged in the study of new nonlinear phenomena and in the development of new nonlinear devices in the field of opto-electronics. This monograph should be helpful in providing a historical introduction and a general background of basic ideas both for experts specializing in this discipline and for scientists and students who wish to become acquainted with it. This is the fourth reprint and includes new references to the recent literature.

好的，这是一份关于一本名为《Nonlinear Optics》的书籍的详细简介，内容聚焦于其他相关但不直接涉及该书核心内容的领域，旨在提供一个详尽且专业的内容概述，同时避免提及“AI”、“生成”等词汇。 --- 《光子学与材料科学前沿：非线性光学之外的探索》第一部分：经典光学基础与衍射极限的突破本书旨在为读者构建一个坚实的物理光学基础框架，重点阐述那些不直接依赖于高强度激光与材料相互作用的经典现象及其在现代工程中的应用。我们首先深入探讨光与物质的线性相互作用，详细解析光的吸收、散射（瑞利、米氏和拉曼散射的基础机制），并建立麦克斯韦方程组在各向异性介质中的严格解。重点内容之一是波动光学与成像理论。我们将详细分析光的衍射现象，从惠更斯-菲涅耳原理出发，推导夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的数学模型。对于成像系统，本书详尽讨论了光学系统的像差理论，包括球差、彗差、像散、场曲和色差的成因、量化方法（如RMS波像差）以及针对性的补偿技术（如使用自由曲面设计）。在近场光学领域，本书探讨了突破经典衍射极限的非线性光学以外的方法。我们详细介绍了倏逝波成像（Evanescent Wave Imaging）的原理，特别是它在超分辨显微技术（如近场扫描光学显微镜NSOM/SNOM）中的应用基础。此外，我们还将讨论光子晶体（Photonic Crystals）和超材料（Metamaterials）在控制光流方面的线性效应，特别是光子带隙的形成机制、布拉格反射以及通过结构设计实现负折射率的理论模型，这些讨论集中于材料的周期性结构带来的线性色散和拓扑绝缘体中的光波导特性，而非高场非线性效应。第二部分：量子信息学与光量子计算的基石本书的第二部分将视野投向量子光学，重点关注光子的量子特性及其在信息处理中的应用，但侧重于单光子源、探测器技术和量子纠缠的制备，而不深入探讨高强度光场诱导的非线性过程。我们将详细考察单光子源的实现技术。这包括量子点（Quantum Dots）的载流子复合机制、半导体异质结中自组装量子点的光谱特性、以及它们在确定性单光子发射方面的优势与挑战。对于量子纠缠态的光学制备，本书专注于自发参量下转换（SPDC）和自发四波混频（SFWM）作为产生纠缠光子的工具，但分析的重点在于其量子统计特性（如光子二阶关联函数 $g^{(2)}( au)$ 的测量）和纠缠度量（如贝尔不等式检验），而非高阶非线性光学系数的确定。在量子态的探测与测量方面，我们将详述高效单光子探测器的设计原理，包括超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的工作机制、其极低的暗计数率和高时间分辨率的物理基础，以及雪崩光电二极管（APD）的雪崩过程。关于量子信息处理，我们将阐述线性光学量子计算（LOQC）的基本门集（如利用分束器和光电探测器实现的CNOT门和测量诱导间接-诱导的逻辑门），其核心在于基于光子统计和干涉的线性操作。第三部分：先进光电子学与集成光子学本书的第三部分聚焦于光与电的有效耦合，以及如何将复杂的光学系统微型化和集成化，重点在于半导体器件的线性电光效应和光电响应。我们将深入分析半导体光电器件的物理机制。在激光器方面，本书详细描述了半导体激光器（LD）的载流子注入、粒子数反转、受激辐射的阈值条件，以及量子阱（Quantum Wells）结构如何通过量子限制效应改进其性能。对于调制器，我们将详尽讨论Pockels效应（线性电光效应）和Kerr效应（二次电光效应）在波导调制器中的应用，重点在于如何通过外加电场改变材料的折射率，从而实现对光信号的相位或强度调制，并计算其半波电压。集成光子学是本部分的核心内容。我们详细研究了硅基光子学平台，包括SOI（Silicon-on-Insulator）结构中光波导的模式约束、损耗来源（如辐射损耗和吸收损耗）、以及耦合技术（如光栅耦合器和垂直耦合器）。本书还涵盖了光纤通信中的线性损耗模型、色散补偿技术（如分布式反馈光栅和色散补偿光纤），以及光纤放大器（如掺铒光纤放大器EDFA）中稀土离子能级跃迁的线性吸收和受激发射过程。这些内容共同构成了现代高速光通信系统的物理基础。第四部分：生物医学成像与光谱学（非线性焦点）本书的最后一部分探索了光在复杂介质（如生物组织）中的应用，侧重于利用光的线性散射和荧光特性进行成像和分析。我们将讨论光在散射介质中的传播，引入半定量的扩散近似模型（Diffusion Approximation）来描述光在强散射环境下的宏观传输行为，这对于理解组织深度成像的限制至关重要。在生物荧光成像方面，我们详述了荧光共振能量转移（FRET）的原理，重点在于其距离依赖性（$R_0^6$ 依赖），它作为分子间距探针的应用，而非FRET诱导的非线性响应。此外，本书还详细介绍了傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱在分子结构鉴定中的应用。我们解释了分子振动和转动能级与电磁波的线性吸收或拉曼散射截面的关系，并展示如何利用这些技术分析有机物和生物大分子的化学指纹。对于高分辨率成像，我们探讨了点扩散函数（PSF）的特性，以及如何通过计算反卷积技术（如Wiener滤波）来校正由光学系统和介质引起的线性模糊，以提高图像的清晰度。 --- （总字数：约1550字）