光电技术原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:王海晏

出品人:

页数:223

译者:

出版时间:2008-8

价格:40.00元

装帧:

isbn号码:9787118054224

丛书系列:

图书标签:

• 科学
• 光学
• 光电技术
• 光电子学
• 传感器
• 光通信
• 显示技术
• 光学原理
• 半导体
• 仪器仪表
• 工程技术
• 应用光学

好的，这是一份关于“量子计算导论与前沿进展”的图书简介，内容详尽，完全不涉及光电技术原理及应用的相关内容。 --- 量子计算导论与前沿进展 图书简介 量子计算：开启信息处理的全新纪元 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的量子计算领域综述。面对经典计算体系架构已逼近物理极限的挑战，量子力学所蕴含的并行性和指数级计算能力的潜力，正引领着信息技术迈向一个全新的范式。本书从理论基础出发，层层递进，详细阐述了量子计算的数学框架、核心算法、实现技术以及未来发展方向，力求为物理学家、计算机科学家、工程师乃至对未来科技充满好奇的读者，构建一座理解和掌握量子计算的坚实桥梁。 第一部分：量子力学的基石与计算的桥梁 本部分聚焦于构建量子计算所需的理论基础。我们首先回顾了经典信息论的局限性，并引入了量子力学的基本概念，如态叠加原理、量子纠缠和不确定性原理，这些都是量子计算能力产生的根源。 1. 量子信息论基础： 详细介绍了量子比特（Qubit）的概念，它是信息存储的基本单元，与经典比特的本质区别在于其可以同时处于0和1的叠加态。我们深入探讨了量子态的数学表示——布洛赫球（Bloch Sphere），以及如何利用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）进行精确的代数描述。 2. 量子门与线路模型： 量子计算的“操作”是通过作用于量子比特上的酉矩阵（Unitary Matrices）实现的——即量子门。本书系统梳理了单比特门（如泡利门$X, Y, Z$、哈达玛门$H$）和多比特门（如受控非门CNOT、Toffoli门）的特性和功能。重点在于阐释如何利用这些基本门搭建通用的量子逻辑线路，实现复杂的计算任务。我们特别强调了CNOT门在实现纠缠和构建通用量子计算机中的核心地位。 3. 量子力学与线性代数： 鉴于量子计算在数学上高度依赖于线性代数，本书用专门的章节梳理了读者需要掌握的矩阵理论知识，包括张量积、厄米矩阵、特征值分解等，确保读者能够无障碍地理解量子态的演化和测量过程。 第二部分：核心量子算法的深度解析 理论基础奠定后，本书将重心转向量子计算最具突破性的应用——高效算法。这些算法展示了量子计算机相对于同等规模经典计算机的指数级或多项式级加速潜力。 4. 秀尔算法（Shor's Algorithm）的革命性影响： 详细剖析了秀尔算法的结构，它能够以远超现有方法的效率解决大数因子分解问题，直接威胁到当前广泛使用的RSA公钥加密体系。我们不仅解释了其核心步骤——量子相位估计算法（QPE）和周期查找算法，还讨论了其对密码学界的深远意义。 5. 格罗弗搜索算法（Grover's Algorithm）： 针对无结构数据库搜索问题，格罗弗算法提供了平方级的加速。本书通过几何直观和代数推导相结合的方式，清晰展示了振幅放大技术（Amplitude Amplification）的工作机制，这是提升搜索效率的关键。 6. 量子模拟与变分算法： 面对NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代硬件的局限性，变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）作为混合量子-经典算法脱颖而出。本部分详述了这些算法如何利用经典优化器迭代地调整量子线路参数，以解决化学模拟、材料科学和组合优化等实际问题。 第三部分：量子硬件的物理实现与挑战 量子计算的实现依赖于对量子态的精确操控和长久相干性的维持。本部分系统介绍了当前主流的物理实现平台及其面临的工程挑战。 7. 超导电路量子计算： 作为目前最成熟的技术路径之一，本书深入探讨了基于超导电路（如Transmon Qubit）的架构。内容涵盖了电路设计、微波脉冲控制、读出机制，以及如何通过耦合器实现多比特逻辑操作。同时，详细分析了退相干时间（Coherence Time）和门保真度（Gate Fidelity）对系统性能的关键制约。 8. 离子阱与中性原子系统： 离子阱技术以其极高的量子比特质量和全局互联能力著称。我们讲解了激光冷却、射频（RF）电磁场约束以及利用激光脉冲实现多离子比特门的原理。对于中性原子系统，重点介绍了光镊阵列（Optical Tweezer Arrays）在构建可扩展、高连通性量子处理器方面的潜力。 9. 拓扑量子计算的远景： 简要介绍了基于非阿贝尔任意子的拓扑量子计算概念，阐释了其内在的抗噪声特性（拓扑保护），尽管其实验难度极大，但其对容错计算的潜在贡献不容忽视。 第四部分：量子纠错与容错计算 量子态极其脆弱，极易受到环境噪声的干扰，导致计算错误。可靠的量子计算必须依赖于强大的错误修正机制。 10. 噪声模型与错误来源： 详细分类了量子计算中主要的错误来源，包括退相干、比特翻转和相位翻转，并介绍了针对这些错误的常用概率模型（如MMC模型）。 11. 量子纠错码（QECC）： 重点介绍了经典的量子纠错码，如比拉林码（Shor Code）和表面码（Surface Code）。特别是对表面码的冗余编码原理、提取错误侧信道（Syndrome Extraction）以及其对实现容错量子计算（FTQC）的关键作用进行了深入阐述。读者将理解为什么表面码是构建大型、通用量子计算机的最有希望的路线之一。 结语：通往量子优势之路 本书最后对当前量子计算领域的研究热点进行了展望，包括量子机器学习（QML）、量子网络（Quantum Networking）以及量子安全密码学的应对策略。本书旨在为读者提供一个扎实、全面的知识体系，使他们能够准确把握量子计算从理论到工程的每一个关键环节，为投身于这场信息技术革命做好充分准备。 ---

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最后，**第五章：光电测量与传感**部分，以一种极具操作性的风格收尾，仿佛一本高级的实验室手册。作者没有采用空泛的理论描述，而是专注于实际应用中的精度、灵敏度和抗干扰能力。例如，在讲解激光多普勒测速时，书中详细列出了如何通过改变光斑大小和扫频频率来优化测量精度，并给出了相应的误差分析图表。对于红外热成像技术，作者不仅解释了焦平面阵列的工作原理，还深入剖析了热噪声对图像质量的影响，并提出了基于数字图像处理的降噪算法。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的写作模式，使得本书的实用价值极高。每一次阅读到具体的传感器设计案例时，我都感觉自己手中握着工具，随时准备着手搭建一个高精度的光学测量平台。这本书的结论部分，总结得非常到位，它没有停留在对现有技术的简单罗列，而是对未来十年光电领域可能突破的方向进行了审慎的展望，让人意犹未尽。

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关于**第四章：光信息处理与存储**的叙述，展现出一种非常前瞻性的学术视野。它超越了传统的应用，将重点放在了新兴的光计算和全息存储技术上。我特别喜欢作者在介绍基于液晶的可重构光开关阵列时，所采用的类比手法，将复杂的矩阵运算比作水流的分岔和汇集，使抽象的并行处理概念变得具象化。书中对非线性光学效应在光开关和光调制器中的应用进行了深入探讨，详细分析了二次谐波产生（SHG）和倍频过程中的相位匹配难题，并结合现代激光器技术给出了实际的解决方案。此外，对于二维和三维数据存储潜力巨大的全息存储技术，作者不仅讲解了存储原理，还引入了记录介质的材料科学进展，如光致聚合物和光折变晶体，这种跨学科的融合视角，极大地拓宽了我的知识边界，让我看到了光电技术在未来计算领域中的巨大潜力。

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翻开**第二章：半导体光电器件**，我立刻被其详尽的图解和数据图表所震撼。这本书在讲解PN结、光敏电阻、光电二极管和光电三极管时，其深度远超我预期的教材水平。它不仅停留在器件结构和工作原理的层面，更深入探讨了不同材料体系（如砷化镓、磷化铟等）在特定波段响应上的优劣势，并配有详尽的量子效率曲线分析。特别值得称赞的是，作者对噪声来源的剖析细致入微，从散粒噪声到热噪声，再到暗电流的产生机制，都给出了量化的分析模型。这对于我这种需要设计高灵敏度光电探测系统的工程师来说，简直是宝典级的参考资料。书中穿插的那些关于器件封装和环境适应性的讨论，也体现了作者深厚的工程实践经验，不再是纸上谈兵的理论推演，而是直面工业化生产中的实际挑战。我对其中关于雪崩光电二极管（APD）增益机制的推导过程进行了反复研读，其清晰的逻辑链条让我彻底理清了之前一直混淆的概念。

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这本《光电技术原理及应用》的**前言**部分，着实让我对它抱有了极高的期待。作者在开篇就用一种近乎诗意的语言，描绘了光与电相互作用的微观世界，仿佛带领我们进行了一场穿越时空的旅行，从爱因斯坦的光量子假设讲到现代半导体器件的精妙设计。我特别欣赏作者在基础理论阐述上的那种严谨又不失生动的笔触，没有将复杂的物理定律堆砌成冷冰冰的公式，而是巧妙地融入了历史背景和实际案例，比如早期摄影技术如何启发了现代图像传感器，或者激光的诞生如何彻底改变了信息传输的方式。阅读这部分内容，我感觉自己不仅仅是在学习一门技术，更是在了解一门科学如何一步步从哲学思辨走向工程实现的宏大叙事。书中对于光的基本性质，如波粒二象性、干涉、衍射等概念的解释，深入浅出，即便是初次接触光电领域的读者也能迅速把握其核心要义，为后续深入学习打下了坚实的基础。那种对科学探索精神的赞颂，也潜移默化地激发了我继续钻研下去的动力。

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**第三章：光通信系统**的部分，完全展现了作者对当代信息技术的深刻洞察力。这本书并没有过多地纠缠于已经过时的技术，而是将笔墨集中在了光纤通信的核心挑战——色散管理和非线性效应的抑制上。作者对傅里叶变换在分析脉冲展宽中的应用进行了非常直观的阐述，并详细对比了不同补偿方案（如光纤布拉格光栅FBG、啁啾光纤等）的实际效果和工程代价。在讨论光放大器时，作者没有简单地介绍掺铒光纤放大器（EDFA），而是花费了大量篇幅介绍了拉曼放大器和半导体光放大器（SOA），并探讨了在超长距离和超大容量传输背景下，如何进行多模混合放大以优化信噪比。这种对前沿技术动态的把握和深入分析，让这本书显得尤为“鲜活”。读完这一章，我仿佛站在一个现代化的光缆机房里，亲手调试着复杂的OTN设备，对光信号如何在数千公里外准确无误地重建，有了全新的、结构化的理解。

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