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出版者:Wiley-IEEE Press

作者:Jean G. Van Bladel

出品人:

页数:1176

译者:

出版时间:2007-6-4

价格:USD 209.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471263883

丛书系列:The IEEE Press Series on Electromagnetic Wave Theory

图书标签:

• 微波
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• 电磁场
• 电磁学
• 麦克斯韦方程
• 电动力学
• 物理学
• 工程电磁学
• 电磁兼容性
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《光影交织的宇宙：现代光学与量子物理前沿探索》 导言：从经典到微观的视角跃迁 本书旨在为读者构建一个跨越经典光学与前沿量子物理的宏大知识图景。我们摒弃了对电磁场理论的直接阐述，而是聚焦于光——这一电磁现象的具象化载体——在不同尺度下的行为及其引发的深刻物理学革命。全书结构设计旨在引导读者从宏观可感知的波动光学，逐步深入到微观世界中光子与物质相互作用的量子机制，最终触及当前物理学研究中最激动人心的交叉领域。我们将详尽探讨光如何成为我们理解物质本质、构建尖端技术（如量子计算和精密测量）的基石。 第一部分：光学的辉煌遗产与现代重塑 第一章：波动光学的新诠释：超越衍射与干涉的边界 本章将回顾波动光学的核心概念，如干涉（从杨氏双缝实验到数字全息记录）、衍射（从菲涅耳到夫琅和费的精确描述）和偏振。然而，重点将放在现代光学如何利用这些经典原理实现突破。我们将深入研究超分辨成像技术，解析如何通过消除或利用点扩散函数（PSF）的限制，突破阿贝衍射极限，实现对活细胞内部纳米结构的实时观测。讨论将涵盖STED（受激发射损耗）显微镜的工作原理，以及近年来兴起的计算光学方法（如计算全息和光场成像）如何利用算法来重建复杂的光场信息，从而实现对三维光场信息的全方位捕获，这已远超传统几何光学的范畴。 第二章：非线性光学：物质的响应与频率的魔术 非线性光学是理解光与物质在强光作用下复杂耦合行为的关键。本章将详细剖析二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）以及参量下转换（SPDC）的物理机制。我们将着重探讨如何利用晶体材料的非线性特性来精确地“裁剪”光的频率，例如，将红外激光转化为可见光或紫外光，这在光谱学和激光加工中至关重要。此外，我们将介绍超快激光技术在非线性光学中的应用，特别是飞秒激光脉冲如何与材料相互作用，引发阿秒级别的电子动力学响应，为研究化学反应的瞬时过程提供了前所未有的工具。 第三部分：量子光学的基石与信息编码 第三章：光子的本性：从波粒二象性到单光子源 本部分是通往量子世界的大门。我们不再将光视为连续的电磁波，而是聚焦于其离散的能量量子——光子。本章将从爱因斯坦的光电效应回顾出发，阐述量子力学如何彻底改变了我们对光描述的范式。核心内容将围绕单光子源的制备与表征展开。我们将详细分析基于量子点（Quantum Dots）、色心（Color Centers，如金刚石中的NV色心）以及半导体腔结构（如微腔QED）的单光子发射技术，探讨如何实现高亮度、高纯度和高时间分辨的单光子流。理解这些源的性质，是构建任何可扩展量子信息系统的先决条件。 第四章：量子态的操纵：纠缠光的生成与应用 量子纠缠是量子信息科学的灵魂。本章将聚焦于如何生成和利用光子的量子纠缠态。SPDC过程是生成双光子纠缠态的主要途径，我们将深入探讨空间、偏振和频率维度的纠缠特性。随后，我们将探讨纠缠光在量子密钥分发（QKD）中的应用，例如利用BB84协议和基于纠缠的Ekert91协议，展示如何实现理论上绝对安全的通信。此外，本章还会涉及量子隐形传态（Quantum Teleportation）的实验实现，尽管传输的不是物质本身，但展示了量子信息传递的潜力。 第三部分：前沿交叉领域：光与物质的极致耦合 第五章：腔量子电动力学（Cavity QED）：限制光子，放大相互作用 当光子被限制在一个微小的光学谐振腔内时，其与原子或人工原子（如超导电路中的量子比特）的相互作用会被极大地增强和调控。本章将详细阐述腔QED的基本原理，包括Purcell效应和光场与物质的“强耦合”区域。我们将重点关注固态腔QED系统，特别是利用高品质因子（Q值）的微腔来研究单个原子在受控环境下的激发和退激发过程。这些研究不仅深化了我们对基本光物质相互作用的理解，也为构建高效的固态量子存储器和光控量子比特提供了物理基础。 第六章：拓扑光子学与时间晶体：新颖的物理范式 本章展望了光学与拓扑物理的融合。我们将介绍拓扑绝缘体在光子晶体和超材料中的类比实现，探讨如何利用拓扑保护的边缘态来引导光流，使其对缺陷和散射具有极强的鲁棒性。这预示着构建抗损耗的片上光子电路的可能性。最后，本章将触及时间晶体的概念——一类在时间维度上自发破缺离散时间平移对称性的物质系统。我们将分析如何通过周期性驱动的激光场与量子系统（如离子阱或固态自旋）相互作用，诱导出稳定的、周期性重复的非平衡态，这代表了超越传统热力学平衡态的物理前沿探索。 结论：光子学时代的展望 本书通过对波动光学、非线性现象、单光子源的精确制备以及量子纠缠态的深度剖析，全面展现了光在现代物理学中的核心地位。我们强调，对光的深入理解不仅是理论上的突破，更是实现下一代信息技术和精密测量的驱动力。未来的光子学将更加依赖于对量子态的精细控制和对光场与物质相互作用的极致调控，为人类探索未知世界提供更强大的工具。

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这本《Electromagnetic Fields》简直是一场思想的盛宴！我拿到这本书的时候，原本只是抱着学习基本原理的打算，没想到它像一个引人入胜的侦探故事，层层剥开电磁世界的奥秘。作者的叙述方式极其生动，仿佛能亲眼看到电荷的跳跃、磁场的涌动。书中对麦克斯韦方程组的阐释，我以前总是觉得高深莫测，但通过这本书的讲解，我竟然能理解它们在描述光波传播、电磁感应等现象中的关键作用。特别是其中关于电磁波的衍射和干涉的章节，作者巧妙地运用了许多直观的类比，让我不再是死记硬背公式，而是真正体会到了波动的精妙之处。读到后来，我甚至开始主动去思考，书中提到的那些理论在现代科技，比如通信技术、医疗成像等领域是如何应用的。这本书让我对物理学，尤其是电磁学，产生了前所未有的敬畏和好奇心。它不仅仅是一本教科书，更像是一扇窗户，让我窥见了宇宙运行的深层逻辑。我强烈推荐给任何对科学充满热情，渴望深入理解我们所处世界运作方式的读者。

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我必须说，《Electromagnetic Fields》这本书的理论深度和严谨性着实令人惊叹。每一章都建立在前一章的基础上，逻辑链条清晰得如同精密的齿轮咬合。我最欣赏的是作者在推导复杂公式时的细致入微，他没有简单地丢出一堆数学表达式，而是逐一解释了每一个符号的含义，每一步推导的物理意义。这对于我这种需要反复消化才能理解概念的学生来说，简直是福音。书中涵盖的范围非常广，从静电场、静磁场的基础，到变化的电磁场、电磁波的传播，再到更高级的边界条件和介质中的电磁现象，都讲解得面面俱到。我尤其喜欢它在解决实际问题方面的应用，例如分析导波管的模式，计算天线的辐射特性等，这些章节让我看到了理论在工程实践中的巨大价值。虽然这本书的阅读需要一定的数学基础，但作者的努力让原本枯燥的公式变得富有生命力。它就像一位经验丰富的向导，带着你一步一步攀登电磁学的巍峨高峰，让你在征服每一处艰难险阻后，都能获得成就感和对知识更深的领悟。

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我近期在研读《Electromagnetic Fields》这本书，其内容之丰富和系统性让我印象深刻。作者在讲解电磁现象的起源和演变方面做得非常出色，从电荷的性质出发，逐步构建起完整的电磁场理论框架。书中对各种电磁场的数学描述，包括其矢量特性和积分形式，都进行了详细的阐述，并辅以大量的图示和实例，大大降低了理解的难度。我尤其关注书中关于电磁势的引入及其在解决复杂问题时的优势，作者通过引入标量势和矢量势，将原本复杂的矢量微分方程转化为更易于求解的标量和矢量方程，这对于初学者来说无疑是一个巨大的帮助。此外，书中对于电磁场的边界条件和在不同介质中的行为的分析，也为理解实际工程应用中的电磁兼容性问题提供了坚实的基础。虽然书中涉及的数学工具较为精深，但作者的讲解循序渐进，为读者提供了一个清晰的学习路径，让我能够在掌握基础理论的同时，逐步提升分析和解决复杂电磁问题的能力。

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《Electromagnetic Fields》这本书绝对是一本值得反复推敲的经典之作。它的价值不仅在于对电磁学基本原理的深入剖析，更在于它所展现出的科学思维的严谨与优雅。我特别欣赏书中关于电磁场能量守恒和动量守恒的讨论，这部分内容让我对电磁场的物理本质有了更深层次的理解，认识到电磁场本身就是一种能量和动量的载体。书中对于不同坐标系下电磁场方程的推导和转化，也清晰地展示了物理规律的普适性和数学描述的灵活性。此外，作者在讲解电磁波的传播时，不仅关注了其在真空中的情况，还详细探讨了在介质中的传播特性，包括吸收、散射和色散等现象，这些都是理解现实世界中各种电磁现象至关重要的知识点。我还在阅读关于电磁散射理论的部分，它对于雷达散射截面（RCS）等概念的解释，为理解目标探测和隐身技术提供了理论基础。这本书让我深刻体会到，电磁学是连接微观粒子世界与宏观物理现象的一座关键桥梁，其应用领域之广泛，几乎渗透到现代科技的每一个角落。

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坦白讲，《Electromagnetic Fields》这本书的阅读体验，与其说是学习，不如说是一场奇妙的探险。作者的写作风格非常具有个人色彩，他时不时会插入一些历史轶事，或者对某个物理学家思想的独到见解，这使得原本严肃的科学内容顿时变得鲜活起来。比如，当他讲到法拉第的感应实验时，我感觉自己仿佛置身于那个实验室，亲眼见证了电磁感应现象的发现。书中对于一些概念的解释，比如“位矢”和“矢势”在描述电磁场中的作用，作者用了非常形象的比喻，让我一下子就抓住了重点，不再被抽象的数学符号所困扰。我特别喜欢书中关于电磁辐射的章节，作者将它与实际生活中的许多现象联系起来，比如收音机的工作原理，手机信号的传输，甚至光合作用的过程，都或多或少与电磁辐射有关。这种联系让人觉得科学无处不在，而且充满魅力。这本书让我对电磁学产生了新的认识，它不仅仅是课本上的公式和定理，更是构成我们现代世界运转的核心驱动力之一。

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