Introduction to the Theory of Coherence and Polarization of Light pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Emil Wolf

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2007-10-22

价格:USD 67.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521822114

丛书系列:

图书标签:

• 技术科学
• 光学
• 偏振
• 相干性
• 电磁波
• 光物理
• 量子光学
• 经典光学
• 波动光学
• 光学理论
• 光传播

光波的内在秩序与表现：一场关于相干性与偏振的探索 本书旨在深入剖析光波作为一种电磁波所呈现的两种核心内在属性：相干性与偏振。我们将带领读者踏上一段严谨的理论旅程，揭示这些看似抽象的物理概念如何在微观世界中运作，以及它们如何在宏观观测中 manifest，对我们理解和操控光线至关重要。 第一部分：相干性——光波的统一性与和谐之舞 相干性是描述光波在时域和空域上相互关联程度的关键物理量。理解相干性，就如同理解一群士兵在行进时是否步伐一致，音乐家演奏时是否合拍。 1.1 光的波动性基础回顾： 在深入相干性之前，我们将简要回顾光的波动理论，包括麦克斯韦方程组的精髓，以及其预言的光作为横电磁波的本质。我们将强调光波的振幅、频率（或波长）和相位等基本参数，为后续相干性的讨论奠定基础。 1.2 相干性的定义与度量： 本章将正式引入相干性的概念。我们将区分时间相干性和空间相干性。时间相干性描述了光波在时间上的持续性和稳定性，即一个光波在不同时刻其相位之间是否存在固定的关系。我们将引入自相关函数来量化时间相干性，并讨论相干长度和相干时间这两个重要参数，它们分别代表了光波在空间和时间上保持相干性的有效范围。 空间相干性则关注光波在空间不同点上的相位关联。一个具有高空间相干性的光源，其不同空间位置的光波之间具有稳定的相位关系。我们将探讨互相关函数如何度量空间相干性，并引入相干宽度的概念。 1.3 相干性的来源： 理解相干性的来源对于掌握其物理本质至关重要。我们将分析不同类型的光源，如热光源（例如白炽灯）和相干光源（例如激光）。热光源通常产生的是非相干光，其原子在随机时刻发射光子，导致光波的相位在不同时间、不同空间点上都是随机的。 激光，作为一种高度相干的光源，其产生机制将是本章的重点。我们将探讨受激辐射的概念，以及激光腔的谐振作用如何放大并筛选出具有特定频率和相位的光，从而产生高度的时间和空间相干性。 1.4 相干性在光学现象中的体现： 相干性是许多经典光学干涉现象的先决条件。我们将深入探讨杨氏双缝干涉实验，详细分析在不同相干性条件下，干涉条纹的清晰度和可见度如何变化。从完全相干到完全非相干，干涉条纹的演变过程将清晰地展现相干性的物理意义。 此外，迈克尔逊干涉仪和惠更斯-菲涅耳原理的讨论也将进一步阐述相干性在光波叠加和衍射中的作用。我们将展示，只有当参与叠加的光波具有足够的相干性时，才能观测到清晰的干涉或衍射图样。 1.5 相干性测量技术： 为了验证理论，掌握测量相干性的实验技术是必不可少的。我们将介绍干涉测量法，例如使用双缝或多缝装置来测量空间相干性，以及使用延迟线来测量时间相干性。 第二部分：偏振——光波的振动方向与方向性之谜 偏振是描述光波电场矢量振动方向的物理属性。正如声波有不同的传播方向，光波的振动方向也并非随意，它蕴含着丰富的物理信息。 2.1 电磁波的偏振： 回顾电磁波的横波特性，我们将强调光波的电场矢量始终垂直于传播方向。偏振即是指在垂直于传播方向的平面内，电场矢量的振动方向。 2.2 偏振的类型： 本章将系统性地介绍不同类型的偏振状态。 线偏振（平面偏振）： 电场矢量始终沿一个固定方向振动。我们将讨论如何描述线偏振的方向，以及其在日常生活中和技术应用中的例子，如偏振太阳镜。 圆偏振： 电场矢量的末端在垂直于传播方向的平面内描绘出一个圆。我们将区分左旋圆偏振和右旋圆偏振，并讨论其与线偏振的关系，例如线偏振可以看作是两个方向相同但相位差90度的圆偏振的叠加。 椭圆偏振： 电场矢量的末端描绘出一个椭圆。这是最普遍的偏振状态，线偏振和圆偏振可以看作是椭圆偏振的特例。我们将引入椭圆的长短轴和偏振角等参数来描述椭圆偏振。 自然光（非偏振光）： 光波的电场矢量振动方向在垂直于传播方向的平面内是随机且快速变化的。我们将讨论自然光是如何形成的，例如来自热光源的非偏振光。 2.3 偏振的产生： 光波是如何获得特定偏振状态的？本章将深入探讨产生偏振的各种物理机制。 反射与折射（斯涅尔定律与布儒斯特角）： 当光从一种介质射入另一种介质时，反射光和折射光都会产生不同程度的偏振。我们将详细讨论布儒斯特角（Brewster's angle），在这一特定入射角下，反射光将获得完全的线偏振。 散射（瑞利散射）： 光与微小粒子相互作用时发生的散射，如大气层中的阳光散射，也会导致光的偏振。我们将解释为何晴朗天空中的光是部分偏振的。 双折射晶体： 某些晶体（如方解石）具有各向异性的光学性质，它们可以将入射的自然光分成两束具有不同偏振方向和折射率的光，即寻常光和非常光。我们将讨论双折射现象及其在偏振器件（如波片）中的应用。 透振器（偏振片）： 偏振片是一种能够选择性地透射特定偏振方向的光的材料。我们将介绍其工作原理，以及如何利用偏振片来获得线偏振光、测量偏振状态，以及实现光的衰减。 2.4 偏振的测量与分析： 如何量化和分析光的偏振状态？我们将介绍斯托克斯参数（Stokes parameters）这一描述偏振状态的数学工具。斯托克斯参数能够完整地描述光的偏振度、偏振角以及其他相关信息。 我们将介绍偏振计（polarimeter）等实验仪器，它们能够利用斯托克斯参数或通过其他方式测量光的偏振状态。 2.5 偏振在光学现象与技术中的应用： 偏振不仅仅是基础物理概念，它在众多科学和技术领域有着广泛的应用。 偏振光学器件： 除了偏振片和波片，我们还将介绍液晶显示器（LCD）的工作原理，它巧妙地利用了液晶材料的光学各向异性和偏振片的组合来控制光的透射，从而实现图像的显示。 应力分析： 在透明材料中施加应力会引起其折射率的变化，从而改变光的偏振状态。通过观察材料在偏振光下的图像，可以有效地分析材料的应力分布。 生物光学： 许多生物分子和结构（如DNA、蛋白质、细胞膜）具有光学各向异性，它们能够影响光的偏振。这使得偏振光学成为研究生物材料和过程的有力工具，例如圆二色谱（CD）。 遥感与成像： 偏振信息能够提供普通强度成像无法获得的目标信息，例如区分不同材质的表面、探测水下物体等。 光学测量与检测： 偏振在干涉仪、传感器等精密光学测量设备中扮演着重要角色。 总结 本书通过对相干性和偏振这两个核心概念的深入探讨，旨在构建读者对光波内在属性的全面理解。我们将从基础理论出发，逐步深入到相关的实验现象和广泛的应用。希望本书能够启发读者对光学的兴趣，并为进一步探索更复杂的量子光学和光信息科学打下坚实的基础。我们将努力呈现一个清晰、逻辑严谨的学习路径，让读者能够从容应对光波的复杂性，并从中发现其无穷的魅力。

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这本书的语言风格，坦率地说，是极其专业和严谨的，它毫不避讳地使用了大量技术术语，这对于那些已经具备一定物理学背景的读者来说，无疑是一种高效的交流方式。作者的语气始终保持着一种冷静的、近乎客观的陈述，几乎没有多余的修饰或煽情的语句，所有的论证都基于无可辩驳的数学逻辑和已被验证的物理模型。这种风格有效地避免了将复杂概念简单化或庸俗化的倾向，确保了知识的纯粹性。然而，这也意味着对于完全的物理门外汉来说，这本书的门槛可能会略高，需要读者提前做好功课，至少需要熟悉高等数学和经典电磁学的基本框架。但正是这种不妥协的严谨性，使得这本书能够成为一个可靠的知识参照物，当你在面对一些含糊不清的二手资料时，随时可以翻阅此书，寻找最精确的定义和最可靠的推导过程。

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这本书最让我感到惊喜和赞赏的一点，在于它对“历史脉络”和“哲学思考”的穿插把握，虽然内容核心是硬核的理论推导，但作者在关键的理论发展节点上，总会简要回顾相关的历史背景和科学思想的演变，这极大地丰富了阅读体验。它不仅仅是在告诉你“是什么”，更在引导你去思考“为什么是这样”以及“过去的人们是如何一步步摸索到这个结论的”。例如，在讨论到某些特定的光场叠加原理时，作者会穿插引用早期科学家们在面对观测到的现象时所经历的困惑与突破，这种叙事手法让冰冷的物理定律变得有了温度和人情味。它提醒读者，科学的进步并非一蹴而就，而是充满了不断的试错与顿悟，这种对科学精神的尊重，潜移默化中感染着读者，使得学习过程不再仅仅是知识的灌输，更像是一场对人类智慧探索历程的追溯与致敬。

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我得说，这本书在理论的深度和广度上都达到了一个令人敬佩的水平，它远远超出了许多入门或中级教材的范畴，更像是面向专业研究人员的参考宝典。它并没有满足于仅仅介绍现象，而是深入挖掘了背后的物理机制，特别是对“相干性”这一概念的剖析，简直是达到了教科书级别的深度。书中对各种先进的实验技术和现代测量方法也有着相当详尽的阐述，这使得理论知识能够迅速与前沿的实验验证对接起来，展现了理论的实践价值。我特别留意了其中关于非线性光学响应的章节，作者对傅里叶变换的灵活运用，展现了其对数学物理工具的炉火纯青的掌控，这对于希望从事先进光学器件设计或基础物理研究的读者来说，是无价的财富。总而言之，这本书的知识密度极高，每读一页都需要反复咀嚼和思考，它要求读者拿出足够的专注力，回报的也将是扎实的理论功底。

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这本书的叙事逻辑之严密，简直就像一套经过千锤百炼的精密仪器，每一个章节的过渡都显得那么自然而然，没有任何生硬的跳跃感。作者似乎深谙初学者从直观概念到抽象理论之间的鸿沟，他总能巧妙地架设起一座座坚实的桥梁。开篇对于经典光学基础的回顾，并非简单的重复，而是带着一种俯瞰全局的视角，为后续的复杂建模打下了坚实的地基。随后的章节，从基础的矢量演算，逐步攀升至更深层次的统计物理在光场描述中的应用，每一步的推进都如同剥洋葱般，层层递进，清晰揭示了现象背后的本质规律。我发现，即便是一些被公认为晦涩难懂的数学工具，在这里也被赋予了清晰的物理意义，不再是孤立的符号堆砌，而是成为了理解光线复杂行为的有力武器。这种渐进式的引导，极大地降低了学习曲线的陡峭程度，让读者在感到被挑战的同时，又始终保有“我能掌握”的信心。

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这本书的装帧和印刷质量简直令人惊叹，纸张的触感温润而厚实，油墨的散发着一种古典的沉稳气息，翻阅之间，仿佛能感受到作者在打磨这些理论时的匠心独运。封面设计简约而不失深度，那深邃的靛蓝色背景上点缀着的几缕光线纹理，恰到好处地暗示了书中探讨的核心主题——光线的微妙行为。我尤其欣赏它在排版上的考究，字体选择清晰易读，行距和字距的把握恰到好处，即便是面对那些复杂的数学推导和公式，阅读起来也不会感到丝毫的压迫感，这对于需要长时间浸淫在物理理论中的读者来说，无疑是一种极大的慰藉。我可以想象，在某个静谧的午后，一杯清茶伴着这本书，光线透过窗棂洒在书页上，阅读的过程本身就成为了一种与知识对话的仪式，这种对物理美学的尊重，在如今许多快餐式的技术手册中是极为罕见的体验。它不仅仅是一本教科书，更像是一件精美的工艺品，值得被珍藏在书架的最显眼处，供人时时摩挲品味。

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新东西不是太多 Wolf的书读起来总是不如Goodman的流畅。

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