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出版者:电子工业

作者:华柏兴

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:2008-2

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787121053498

丛书系列:

图书标签:

• 电子电路
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• 实践

现代光学导论 内容提要： 本书旨在为物理、工程以及相关专业学生提供一个全面而深入的现代光学基础知识体系。它不仅仅是传统几何光学和物理光学的简单叠加，更着重于光与物质相互作用的前沿领域，以及现代光学在技术应用中的核心原理。全书共分为十二章，结构清晰，逻辑严谨，内容涵盖了从基础的光的性质到最新的量子光学进展。 第一章：电磁波理论基础与光的本质 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在真空及介质中的应用，特别是平面电磁波的传播特性。详细阐述了光的电磁波本质，包括波的矢量特性、能量密度和能流密度（坡印廷矢量）。引入了光的偏振态的概念，区分了线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，并介绍了琼斯矩阵（Jones Matrix）在描述偏振态变化中的应用。本章为后续所有光学现象的深入理解奠定了坚实的理论基础。 第二章：几何光学与光线追迹 几何光学作为光学分析的宏观工具，在本章中得到系统性介绍。内容包括费马原理、光线的反射与折射定律。重点探讨了平面和球面的反射定律，并详细推导了薄透镜成像的基本公式。通过对多面棱镜和简单光学系统的分析，解释了像差的产生原因，如球差、色差等。本章引入了计算机辅助设计（CAD）中常用的光线追迹算法，使读者能通过数值方法模拟复杂的光路系统。 第三章：波动光学基础——干涉现象 本章是波动光学的核心起点，专注于光波的叠加原理。详细分析了双缝干涉（杨氏干涉）、薄膜干涉（如肥皂泡、牛顿环）的形成机理和条纹特点。深入探讨了相干光的条件，包括空间相干性和时间相干性。引入了傅里叶变换与干涉图样的关系，为后续的衍射分析做好铺垫。对迈克尔逊干涉仪的工作原理和在精密测量中的应用进行了详尽阐述。 第四章：光的衍射现象 衍射是光波绕过障碍物或孔径后偏离直线传播的现象。本章从惠更斯-菲涅耳原理出发，系统分析了夫琅禾费衍射（Fraunhofer Diffraction）和菲涅耳衍射（Fresnel Diffraction）。对单缝、圆孔、多缝（光栅）的衍射图样进行了数学推导和物理图像的解读。重点讨论了光栅在光谱分析中的应用，包括其色散率和分辨本领。 第五章：偏振光学与液晶显示 本章深入研究了光的偏振特性。除了基础的马吕斯定律和布儒斯特角，还详细分析了双折射现象，包括单轴晶体和双轴晶体中的光线传播。重点介绍了波片（Quarter-Wave Plate, Half-Wave Plate）的工作原理及其在控制光波偏振态中的作用。最后，将偏振理论应用于现代显示技术，详细剖析了液晶显示器（LCD）的工作原理，包括扭曲向列（TN）和垂直排列（VA）模式。 第六章：光的传播与介质相互作用 本章关注光在复杂介质中的传播行为。讨论了介质的电磁响应函数、色散关系（柯西公式和阿贝数）以及吸收、散射现象。对瑞利散射和米氏散射的物理机制进行了区分和对比，解释了天空呈蓝色的原因。此外，还引入了非线性光学的基础概念，如克尔效应和泡克尔斯效应的初步概述。 第七章：傅里叶光学与信息处理 傅里叶光学是连接波动光学和信息科学的桥梁。本章利用傅里叶变换的数学工具，将衍射和成像过程视为光学系统的输入（物光）到输出（像光）的卷积过程。详细讲解了光学系统的点扩散函数（PSF）和传递函数（OTF/MTF）。通过傅里叶变换的性质，解释了空间滤波（如高通、低通滤波）在图像增强和噪声去除中的作用。 第八章：激光原理与技术 激光（受激辐射光放大）是现代光学技术的基石。本章系统介绍了受激辐射、粒子数反转、激光的产生机制（吸收、自发辐射、受激辐射）。详细分析了激光器的组成要素：增益介质、泵浦源、谐振腔（腔模分析）。重点讨论了不同类型的激光器（如He-Ne、半导体激光器）的工作特性，并介绍了激光束的特性，如单色性、方向性和相干性。 第九章：非线性光学导论 本章深入探讨了光场强度足够高时，介质的极化强度与光场强度之间不再是线性关系的情况。详细推导了二阶非线性效应，如二次谐波产生（SHG）和参量下转换（OPO）。讨论了三阶非线性效应，例如自相位调制和克尔透镜效应。这些非线性现象是超快光学和高功率激光技术的核心。 第十章：光纤通信与导波光学 光纤作为现代信息高速公路的基础，在本章中得到全面解析。从电磁波在波导中的传播理论出发，推导了介质波导（光纤）的导波模式，如$ ext{TE}$、$ ext{TM}$和$ ext{HE}$模式。详细分析了阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的特性，包括数值孔径（NA）和模场直径（MFD）。讨论了光纤中的损耗、色散（模间色散、材料色散）及其对信息传输速率的影响。 第十一章：现代光学成像与计量 本章聚焦于高分辨率成像技术和精密测量方法。详细介绍了显微镜成像（如明场、暗场、相差显微镜）的分辨率极限和成像过程。引入了全息术的基本原理，解释了记录和再现三维像的过程。在计量学方面，重点阐述了利用干涉原理实现的精密位移测量（如激光测距）和形貌分析技术。 第十二章：量子光学基础 本章将光学引入量子力学的框架。讨论了光的量子特性——光子及其能量、动量。介绍了量子电动力学（QED）的初步概念，特别是光与原子能级间的相互作用。对量子噪声、光子统计（泊松分布、压缩态光）进行了初步的介绍，为理解量子信息科学中的光学应用打下基础。 适用对象： 本书适合大学高年级本科生和研究生作为核心教材或参考书使用，尤其适合光电子技术、通信工程、精密仪器、物理学等专业的学习者。配套习题与实验指导（选配）将帮助读者巩固理论知识，提升实际动手能力。本书的编写风格力求清晰、严谨，注重物理图像的建立，同时兼顾工程应用的需求。

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