Optical Propagation in Linear Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Oxford Univ Pr

作者:Thomas, Michael E.

出品人:

页数:578

译者:

出版时间:2005-7

价格:$ 140.69

装帧:HRD

isbn号码:9780195091618

丛书系列:

图书标签:

• 光学传播
• 线性介质
• 光学物理
• 电磁波
• 波动光学
• 光线追踪
• 菲涅尔衍射
• 夫琅和费衍射
• 光传播理论
• 光学设计

空间光场调控与应用：理论基础与前沿探索 本书深入探讨了光波在复杂介质中传播的物理机制、控制方法及其在现代光学工程中的前沿应用。 聚焦于如何精确地塑形、引导和操控光束的相位、振幅和偏振分布，以实现对光能量的精准分配和信息的高效传输。本书旨在为光学、物理学、电子工程及相关领域的研究人员和高年级本科生提供一个全面而深入的理论框架和实践指导。 --- 第一部分：空间光场调控的理论基石 本部分系统梳理了描述光场分布和演化的核心理论工具，为后续的调控技术奠定坚实的数学和物理基础。 第一章：波动光学与傅里叶变换基础 本章从麦克斯韦方程组出发，推导了亥姆霍兹方程，作为描述单色光场的核心偏微分方程。重点阐述了光波的复振幅表示法，特别是其在二维和三维空间中的分布特性。 光场复表示与惠更斯-菲涅耳原理： 详细分析了用复相位和复振幅描述波前的演化，并通过积分形式的菲涅耳近似和夫琅禾费近似，建立了光场远场和近场衍射的解析关系。 傅里叶光学核心概念： 将空间光场的传播视为一种线性系统中的信号处理过程。深入剖析了傅里叶变换在描述衍射、聚焦和成像中的作用，包括物方空间与频域（傅里叶空间）之间的映射关系。讨论了衍射极限、空间频率截止以及点扩散函数（PSF）的物理意义。 角谱传播理论： 介绍了角谱法作为描述任意平面波分解和传播的精确工具。通过对波场进行不同角度平面波的叠加，可以精确模拟光束在非均匀介质中的传播路径，为模拟复杂边界条件下的光场行为提供了强大的分析手段。 第二章：光束整形与经典模型 本章聚焦于几种具有特定、易于描述的解析解的光束模型，这些模型构成了理解更复杂光场特性的基础。 高斯光束的精确分析： 全面阐述了TEM$_{00}$高斯光束的腰斑半径、束腰位置、束腰半径随传播距离的变化规律（$w(z)$），以及其波前曲率半径的精确计算。讨论了光束的M$^2$因子及其在非理想光束质量评估中的应用。 拉盖尔-高斯（LG）与赫尔姆霍兹-高斯（HG）光束： 详细分析了具有特定轨道角动量（OAM）潜力的拉盖尔-高斯光束，其相位奇点和螺旋相位分布。对比讨论了在直角坐标系下更易于描述的赫尔姆霍兹-高斯光束，并展示了它们之间的相互转换关系。 贝塞尔光束与非衍射特性： 探讨了理想贝塞尔光束的生成原理，即通过环形光阑或特定相位板实现。重点分析了其“非衍射”的特性，即光强分布在一定距离内保持不变，并讨论了有限能量贝塞尔光束（“准”贝塞尔光束）的实际实现和局限性。 --- 第二部分：空间光场主动与被动调控技术 本部分转向实际工程中用于改变光场空间结构的关键器件和方法，侧重于如何利用材料或器件实现对光场分布的实时或静态控制。 第三章：基于相位函数的空间光调制技术 相位调控是现代光场塑形的核心。本章详述了利用可编程器件实现复杂相位分布的原理和应用。 空间光调制器（SLM）原理： 深入介绍液晶（LCoS/SLM）和微机电系统（MEMS）型空间光调制器的驱动原理、像素结构、响应时间及其相位调制能力。讨论了相位延迟与驱动电压的非线性关系，以及如何通过校准实现精确的相位图加载。 衍射光学元件（DOE）设计与制造： 介绍了用于实现特定光场分布（如平顶光束、多焦点阵列）的静态相位元件。讨论了优化方法，包括迭代算法（如Gerchberg-Saxton算法）和梯度下降法，用于将所需的振幅分布转换为最佳的相位分布。 计算全息术（CGH）： 阐述了如何基于傅里叶光学原理，通过计算特定的干涉图（全息图）加载到SLM上，从而在目标平面重构出任意所需的三维光场分布。这包括对编码效率、计算复杂度和重建质量的优化策略。 第四章：光场捕获与光束引导：陷阱与束缚 本章关注如何利用梯度力或波导结构将光能量限制在特定区域内，实现对微粒、原子或光束自身的约束。 光镊技术： 详细分析了基于梯度力（梯度力镊）和散射力（散射力镊）的原理。通过精确设计高数值孔径（NA）物镜下高斯光束的焦点特性，实现对亚微米粒子的三维锁定。讨论了多束叠加（如离轴光束）形成更复杂的陷阱结构（如“镊子阵列”）。 光子晶体与光子带隙： 引入周期性介质对光波传播的调制效应。阐述了光子晶体的能带结构理论，重点分析了光子带隙（PBG）的形成条件，以及如何利用缺陷结构设计光波导和弯曲波束的路径，实现对光波的“囚禁”。 光纤波导的模式控制： 探讨了标准单模和多模光纤中的模式传播特性。介绍如何通过光纤的几何结构（如包层设计、微结构光纤）来控制或选择特定的模式，实现对光束的单模传输或模式整形。 --- 第三部分：光场在复杂介质中的相互作用与新兴应用 本部分探索光场与物质发生非线性或散射相互作用时的复杂行为，并展望其在先进技术中的应用。 第五章：光与物质的非线性相互作用 本章超越了线性传播的范畴，考察光场强度对介质光学性质的反馈效应。 克尔介质与自聚焦： 分析了 Kerr 效应（即折射率与光强相关的效应）。推导了非线性薛定谔方程（NLSE），这是描述高强度光脉冲在介质中（如光纤、玻璃）传播的核心方程。详细讨论了自聚焦现象和丝状传播的机制。 自相位调制（SPM）与脉冲展宽/压缩： 阐述了 SPM 如何由于光强变化导致频谱的拓宽，这对于超快激光技术中脉冲的展宽和压缩至关重要。介绍了啁啾和色散对脉冲时间结构的影响。 光场诱导的折射率变化： 讨论了热效应、光致双折射以及光致吸收等次要但重要的非线性效应，它们在光束传播过程中对光场的畸变起到的作用。 第六章：湍流、散射与动态光场重构 本章关注光场在真实、非理想环境中的传播问题，以及如何利用计算方法补偿或利用这些效应。 大气湍流的统计模型： 引入 Kolmogorov 湍流模型，用相干长度和结构常数来量化湍流对波前畸变的影响。分析了湍流导致的闪烁、波束展宽和相干性损失。 自适应光学（AO）系统： 详细描述了实时补偿湍流或系统像差的关键技术。包括波前传感器（如夏克-哈特曼传感器）的工作原理、变形镜（DM）的驱动特性以及闭环控制算法（如基于Zernike多项式展开的控制策略）。 散射介质中的光场恢复： 探讨了光波穿过强散射材料（如生物组织、浓雾）时面临的挑战。介绍了计算层析成像、时间分辨技术以及基于散射矩阵（Transmission Matrix, TM）的计算成像方法，用于从高度退相干的信号中恢复目标信息。 --- 结论与展望 本书最后部分总结了空间光场调控领域的关键挑战，并对未来发展方向进行了探讨，包括超表面（Metasurface）对传统光学元件的颠覆、复杂拓扑光场（如漩涡光束阵列）在量子信息中的潜在作用，以及在极端条件下（如高功率激光传输）对光场精确控制的新需求。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆