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出版者:Wiley-Interscience

作者:Leung Tsang

出品人:

页数:445

译者:

出版时间:July 17, 2000

价格:$142.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471387992

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深入探索：光子散射在介质中的复杂行为 图书名称：《介质中光散射的动力学与应用》 内容简介 本书聚焦于电磁波在复杂介质，尤其是具有显著尺寸效应和非均匀性的材料内部传播和散射的深刻物理机制。本书旨在提供一个全面且深入的理论框架，用以理解和量化光子在多尺度结构中经历的多次散射、相干与非相干过程，并探讨这些现象在先进材料科学、成像技术以及辐射传输领域的关键应用。 第一部分：基础理论与散射机制的重构 本书的开篇部分，我们首先系统回顾了描述电磁波与物质相互作用的基本方程，侧重于麦克斯韦方程组在非均匀介质中的数值求解策略。我们详细阐述了米氏散射（Mie Scattering）理论在描述球形粒子散射中的精确性和局限性，并将其拓展至更具挑战性的非球形颗粒和偶极子阵列。 随后，本书引入了描述微观散射事件的丁格尔-珀塞尔（T-matrix）方法的最新进展。与传统的解析方法不同，T-matrix方法能够精确处理任意形状、任意尺寸分布的散射体，为理解复杂环境下的光场分布提供了强大的工具。我们不仅探讨了单次散射的截面和方向函数，更将重点放在多次散射理论（Multiple Scattering Theory）上。 在多次散射的框架下，本书深入讨论了扩散近似（Diffusion Approximation）的适用范围和修正模型，例如考虑了光子飞行时间效应的早期散射（Ballistic and Snake Photons）理论。我们详细分析了光子输运方程（Radiative Transfer Equation, RTE）的玻尔兹曼形式，并讨论了如何利用离散坐标法（Discrete Ordinates Method, DOM）和蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）来求解该方程，特别是当介质吸收和各向异性散射显著时。 第二部分：结构化介质中的光场操控 本书的第二部分将理论分析应用于结构复杂、具有特定功能性的介质系统。我们专门开辟章节探讨随机介质（Random Media）中的光传播，特别是局域化现象（Localization of Light）。我们从相干叠加的角度，解释了在强散射和弱耗散条件下，光波如何因干涉而停止有效扩散，并探讨了实现弱局域化（Weak Localization of Mono-directional Light, WLML）的实验判据。 接着，我们转向结构色与光子晶体（Photonic Crystals）。本书从布洛赫定理出发，详细推导了光子能带结构与光子带隙的形成机理。我们通过计算不同维度（1D、2D、3D）光子晶体对特定频率电磁波的阻挡特性，展示了如何通过精细调控介质的周期性结构来精确控制光的路径和能量分布。 一个核心章节聚焦于各向异性散射在生物组织、气溶胶等自然介质中的作用。我们采用修正的各向异性参数（g-factor）来量化前向散射的强度，并讨论了如何利用偏振信息来区分单次和多次散射光，这对于深层组织的光学成像至关重要。我们展示了如何将电磁场与物质的电导率、磁导率和非线性响应联系起来，建立起散射强度与介质本征电磁参数之间的桥梁。 第三部分：先进模拟技术与前沿应用 本书的最后部分着重于将理论模型转化为可操作的计算工具，并展示其在解决实际工程问题中的能力。 在计算方法方面，我们深入探讨了时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）和有限元法（Finite Element Method, FEM）在处理复杂边界条件和非均匀介质中的优势与劣势。我们特别强调了非厄米光学（Non-Hermitian Optics）在描述包含增益或损耗的散射系统中的重要性，包括对完美吸收体（Perfect Absorbers）和拓扑绝缘体中散射行为的分析。 应用层面，本书涵盖了以下几个关键领域： 1. 遥感与大气光学： 散射模型在预测卫星遥感信号衰减、分析云层和气溶胶光学厚度中的作用。我们详细讨论了如何结合拉曼散射和瑞利散射来反演大气成分。 2. 光学成像与层析： 利用多次散射理论来补偿生物组织中的像差和模糊效应，例如在扩散光学断层扫描（DOT）中的时间分辨技术。 3. 材料表征： 利用小角X射线散射（SAXS）和中角散射（SANS）的数据反演纳米颗粒的尺寸、形状和聚集态结构。 本书内容结构严谨，理论推导细致入微，同时辅以大量的算例和图表说明，力求为研究生、研究人员和高级工程师提供一个理解和掌握电磁波在复杂环境中散射行为的权威参考。它不仅是理论的汇编，更是连接基础物理与前沿应用实践的桥梁。

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读完《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书，我深感其在学术严谨性和内容前沿性上的卓越表现。作为一名在材料科学领域从事光学纳米结构研究的博士后，我对电磁波与微纳米尺度物质相互作用的理解至关重要。这本书详细阐述了等离激元共振散射、表面等离激元激发的散射过程，以及如何通过调控纳米结构的几何形状、尺寸和材料成分来精确控制散射光的波长、强度和方向。我尤其欣赏书中关于非对称纳米结构（如棒状、碟状纳米颗粒）的散射理论分析，作者通过解析和数值模拟，清晰地展示了如何利用偶极、四极等高阶多极模式的激发来产生定向散射和强烈的拉曼散射增强效应。书中还深入探讨了光子晶体和超表面等结构的光散射特性，以及如何利用这些结构来实现光子的局域化、高效散射和全息成像。这些内容对我设计新型光学传感器、纳米激光器和光学信息处理器件具有直接的指导意义。此外，书中对基于散射测量的材料表征技术，如暗场散射光谱（Dark-field Scattering Spectroscopy）和共焦拉曼显微镜（Confocal Raman Microscopy），也有详尽的介绍。它不仅帮助我理解了背后的物理原理，更给了我进行实验设计和数据分析的宝贵参考。这本书无疑是我在纳米光学散射领域研究道路上不可或缺的助手。

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当我第一次翻开《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书时，就被其内容的深度和广度所震撼。这本书不仅仅是一本教材，更像是一部电磁波散射领域的百科全书。书中涵盖了从经典散射理论到现代数值方法，再到一些前沿研究方向的广泛内容。我尤其对书中关于非球形粒子散射的章节印象深刻。作者详细地介绍了针对不同形状和介电常数的粒子，如何选择和应用合适的散射理论模型，例如使用T矩阵方法来处理复杂形状的目标，或者利用偶极子近似来估算小粒子的散射特性。书中对这些方法的数学推导清晰明了，并且通过大量的仿真结果进行验证，让我能够直观地看到不同模型对散射强度的影响。此外，书中还对多重散射现象进行了深入的探讨，这对于理解光在复杂介质中的传播，例如云、雾、生物组织等，至关重要。作者通过构建级联散射模型和蒙特卡洛模拟方法，展示了如何量化和预测多重散射的效应。书中还探讨了干涉效应在散射过程中的作用，例如相干散射和非相干散射的区别，以及如何利用干涉效应来设计新型光学器件。这本书的作者显然在该领域有着深厚的积累，其知识的渊博和讲解的透彻，都让我受益匪浅。我相信，即使是经验丰富的研究者，也能从中获得新的启发。

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作为一名对天体物理学领域充满热情的天文爱好者，我一直对宇宙中各种天体现象背后的物理机制感到好奇，《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书恰好满足了我探索的渴望。书中对星际尘埃散射、星系际介质中光散射以及恒星光度计探测中光散射的详细阐述，让我对宇宙的奥秘有了更深的认识。我尤其对书中关于星际尘埃散射特性的讨论印象深刻。作者通过模拟和理论分析，解释了为什么不同大小和成分的尘埃颗粒会对不同波长的光产生不同的散射效应，以及这些散射如何影响我们观测到的恒星光谱。书中还深入探讨了行星环的散射特性，例如土星环中冰粒的散射如何形成我们看到的壮丽景象。此外，书中还介绍了如何利用散射效应来探测系外行星的大气成分，例如通过分析系外行星凌星时恒星光的散射变化来推断其大气组成。书中还涉及到一些关于宇宙微波背景辐射（CMB）散射的章节，这让我初步了解了宇宙早期信息是如何被保留和探测到的。这本书以一种引人入胜的方式，将高深的物理理论与宏伟的宇宙现象联系起来，让我深刻感受到了科学的魅力。

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《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书，以其精炼的语言和严谨的逻辑，为我这个在声学领域工作的研究者提供了一个跨学科的视角。虽然我的主要研究对象是声波，但电磁波的散射理论与声波的散射在基本原理上有着许多共通之处。我被书中对于不同散射理论方法的解析所吸引，例如惠更斯原理、费涅尔衍射以及夫琅禾费衍射等，这些原理同样适用于声波的传播和散射。书中对球形粒子和非球形粒子散射的深入分析，以及对共振散射和表面散射机制的阐释，都为我理解和模拟复杂声学场景下的声波散射提供了有益的启示。我尤其欣赏书中关于散射截面（CS）计算的章节，这对于我评估不同形状和尺寸物体对声波的阻碍作用至关重要。书中还涉及了一些关于多重散射效应的讨论，这在模拟声波在复杂声学环境中的传播，例如在密林、多层建筑中，具有重要的参考价值。此外，书中还介绍了一些与实际应用相关的章节，例如雷达散射、目标探测等，这让我能够将学到的散射理论知识与实际工程问题联系起来。这本书的跨学科性，让我看到了不同物理领域之间知识迁移的可能性，也激发了我对声学散射理论进行更深入的探索。

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《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书以其系统性的知识体系和丰富的案例研究，让我对大气物理学中电磁波散射的应用有了更深刻的理解。作为一名大气科学的研究生，我经常需要分析雷达、激光雷达等探测设备在大气中观测到的散射信号，并从中反演出大气成分、粒子特性等信息。这本书详细讲解了不同类型的大气粒子（如水滴、冰晶、气溶胶等）对电磁波的散射特性，包括瑞利散射、米氏散射以及相函数、消光效率等关键参数的计算。我特别欣赏书中关于激光雷达（Lidar）方程的推导和应用，它清晰地展示了如何通过测量回波信号来反演出大气中粒子浓度、尺度分布以及气溶胶光学厚度等重要参数。书中还深入探讨了云和雾的散射特性，包括不同云型和雾的微物理结构对雷达和激光雷达回波的影响，这对于改善大气探测模型的准确性至关重要。此外，书中还讨论了大气传输中多重散射效应的影响，以及如何通过近似方法来处理这些复杂的散射过程。书中还涉及了如降水测量、云物理研究以及大气污染物遥感等实际应用案例，这些都极大地拓宽了我的视野，并激发了我对相关研究的兴趣。这本书的理论深度和应用价值，都让我感到非常受益。

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我是一位在光学工程领域工作的研究员，日常工作中经常需要处理与光散射相关的设计和模拟问题。长期以来，我一直在寻找一本能够系统性梳理电磁波散射理论，并兼顾理论深度与实际应用的教材，《Scattering of Electromagnetic Waves》无疑是其中的佼佼者。这本书的结构设计非常合理，从最基础的电磁场理论讲起，层层递进，直到深入到高级的散射理论和数值方法。书中对各种散射机制的解析，如共振散射、表面散射、体散射等，都进行了非常细致的讲解。我尤其欣赏书中对于不同散射理论方法的比较和评价，作者并没有一味地强调某种方法的优越性，而是根据不同的应用场景，分析了各种方法的适用范围、优缺点以及计算复杂度。例如，在讨论数值模拟方法时，书中对有限元方法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）以及矩量法（MoM）等主流方法的原理、实现细节以及各自的优劣进行了深入的剖析，并辅以了具体的算例。这对于我进行数值模拟前的模型选择和算法设计提供了极大的帮助。此外，书中还涉及到了一些前沿的研究方向，例如非线性散射、多重散射等，这为我拓展研究思路提供了宝贵的启发。虽然书中包含大量的数学公式和推导，但作者的讲解清晰且逻辑严谨，配合书中提供的丰富插图和表格，使得复杂的理论概念能够被清晰地理解。总而言之，这本书对于任何希望深入理解和应用电磁波散射理论的工程师和研究人员来说，都是一本不可或缺的宝藏。

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《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书的出版，对于我这样的遥感技术研究者来说，简直是雪中送炭。我们工作的核心就是理解和解析地物表面的电磁波散射特性，并将其应用于地物分类、地形测绘等任务。这本书为我们提供了坚实的理论基础和丰富的分析工具。书中对于各种地物表面散射模型的详细阐述，让我能够更准确地理解不同地物的雷达回波特性。例如，书中对粗糙表面散射的建模，从物理光学方法到基尔霍夫近似，再到小斜率近似，每一个模型都进行了详细的推导和物理意义的解释，并给出了相应的应用实例。我尤其关注书中关于极化散射的章节，它详细讲解了不同地物表面的极化散射矩阵，以及如何利用极化信息来区分不同的地物类型，例如森林、水体、农田等。书中还深入探讨了电磁波与植被、土壤、水体等不同介质相互作用的散射机制，这对于理解多光谱和高光谱遥感数据中的散射现象至关重要。书中还涉及了如合成孔径雷达（SAR）等先进遥感技术的散射模型，以及如何利用散射模型来优化SAR图像的处理和解译。这本书的理论深度和实际应用价值，都让我感到非常惊叹。我将把它作为我研究的必备工具书，并从中汲取更多的灵感。

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我是一名在通信工程领域工作的工程师，长期以来，在设计和优化无线通信系统时，都会遇到电磁波散射带来的信号衰减和干扰问题。《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书，为我提供了一个全面而深入的视角来理解这些现象。书中关于目标散射特性的讲解，特别是对各种复杂形状和尺寸目标的散射分析，让我能够更准确地预测电磁波在Urban canyons、森林等复杂环境中的传播行为。我非常喜欢书中关于散射截面（RCS）计算方法的介绍，从解析解到数值方法，每种方法都进行了详细的讲解和优劣分析，并配以大量的仿真结果。这对于我评估不同天线布局和系统配置下的散射损耗至关重要。书中还深入探讨了多路径效应和散射引起的衰落机理，这对于设计鲁棒的通信系统，例如采用分集技术或自适应均衡技术，提供了理论依据。此外，书中关于表面粗糙度、介电常数等参数对散射特性的影响的讨论，也帮助我更好地理解和控制电磁波在不同传播环境下的行为。书中还涉及了一些关于频率选择表面（Frequency Selective Surfaces, FSS）和超材料（Metamaterials）在电磁波散射控制方面的应用，这为我设计新型吸波材料和隐身材料提供了新的思路。这本书的实用性和前沿性，都让我感到非常满意。

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这本《Scattering of Electromagnetic Waves》真是让我大开眼界。作为一名对电磁波散射现象一直充满好奇的物理学爱好者，我曾经尝试过阅读几篇相关的学术论文，但往往因为概念过于专业，公式推导复杂而屡屡受挫。这本书则以一种循序渐进的方式，将复杂的散射理论娓娓道来。作者在开篇就为我们构建了一个坚实的理论基础，从麦克斯韦方程组出发，清晰地阐述了电磁波的传播特性，并逐步引入了散射这一核心概念。我尤其欣赏书中对各种散射模型的详尽介绍，从简单的瑞利散射，到更复杂的米氏散射，再到衍射理论，每一个模型都配有直观的图示和必要的数学推导，但绝不会让你感到枯燥乏味。例如，在讲解米氏散射时，书中并没有直接抛出复杂的级数展开，而是先从物理直觉出发，解释了当散射体尺寸与波长相当时，为何需要超越瑞利散射的近似。随后，再通过分步的数学推导，展示了如何求解惠更斯原理在球形粒子上的应用，以及不同阶次的多极展开如何对应着不同的散射模式。这种“由浅入深，由易到难”的教学方法，让我这种非专业读者也能逐渐领悟其中的精髓。更让我惊喜的是，书中还探讨了散射在实际应用中的例子，比如雷达散射截面、大气遥感、以及光学微纳器件的设计等等。这些生动的案例，让我深刻理解了电磁波散射理论的强大之处，并激起了我对进一步深入研究的浓厚兴趣。虽然我还没有完全读完，但可以预见，这本书将成为我未来研究电磁散射领域的宝贵参考。

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作为一名初入研究电磁场与微波技术领域的研究生，我常常感到理论知识的庞杂和难以消化，《Scattering of Electromagnetic Waves》这本书为我打开了一扇新的大门。这本书的编排方式非常有条理，从最基础的麦克斯韦方程组出发，循序渐进地讲解了电磁波的传播、衍射以及散射等基本概念。作者在讲解过程中，非常注重物理概念的直观阐释，并辅以大量的图例来帮助读者理解。例如，在讲解汤姆森散射时，书中通过生动的动画场景模拟，形象地展示了自由电子在电磁波作用下产生的振荡，以及由此产生的二次辐射。这种“可视化”的教学方式，极大地降低了理解门槛，让我能够快速地掌握这些抽象的概念。书中对各种散射理论的推导过程也十分严谨，但同时又兼顾了数学上的简洁性，让我能够聚焦于核心的物理思想。对于我这样刚刚接触该领域的研究生来说，这本书提供了一个非常扎实的理论基础，并让我能够初步了解该领域的研究现状和发展趋势。书中还涉及了一些与实际应用相关的章节，例如目标散射特性、探测技术等，这让我对所学理论的意义有了更深的认识。我计划在接下来的学习中，反复研读这本书，并尝试其中的习题，以期能够更深入地掌握电磁波散射的精髓。

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