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出版者:Brooks Cole

作者:Donald L. Pavia

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2008-03-12

价格:USD 219.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780495114789

丛书系列:

图书标签:

• 波谱
• TextBook
• 光谱学
• 分子光谱
• 原子光谱
• 紫外可见光谱
• 红外光谱
• 核磁共振
• 质谱
• 分析化学
• 物理化学
• 化学分析

好的，这是一本名为《光电效应基础与应用》的图书简介，内容详尽，不涉及任何光谱学内容。 --- 图书简介：《光电效应基础与应用》 探索光与物质相互作用的微观世界 第一部分：光电效应的物理基础 (The Physical Basis of the Photoelectric Effect) 本书深入剖析了光电效应这一物理现象的理论基础、历史发展及其在现代物理学中的核心地位。我们不仅追溯了爱因斯坦提出光量子假说的关键性一步，更系统地阐述了经典电磁波理论在解释该现象时的局限性，从而引出能量量子化的必要性。 1.1 历史脉络与实验观测： 本章详细回顾了19世纪末至20世纪初，赫兹、列纳德等科学家对光照射金属表面产生电流现象的系统性研究。我们将精确地重构早期实验装置的设计思路，并着重分析关键实验结果——光电流的强度与频率的依赖关系、截止电压的概念，以及光照强度对光电流大小的影响，但与频率无关的观测事实。通过对比经典物理学对这些现象的预测（如认为光强度决定电子发射速率，频率无关），清晰地揭示了经典理论的“紫外灾难”式困境。 1.2 爱因斯坦的量子解释与能量守恒： 核心章节聚焦于爱因斯坦在1905年对光电效应的革命性解释。我们构建了光子（Photon）的概念模型，将其描述为携带离散能量 $E = h u$ 的粒子。详细推导了著名的光电效应方程：$E_k = h u - Phi$，其中 $E_k$ 是发射电子的最大初动能，$ u$ 是入射光的频率，$h$ 是普朗克常数，$Phi$ 是功函数。本书将对功函数 $Phi$ 这一材料固有的内在属性进行深入探讨，解释它如何表征从材料表面挣脱一个电子所需的最小能量。 1.3 实验验证与普朗克常数的精确测定： 为巩固理论理解，本部分将介绍一套经典的光电效应实验方案，旨在通过测量截止电压 $V_c$ 与入射光频率 $ u$ 之间的线性关系，精确地确定普朗克常数 $h$ 的值。我们将详细分析实验误差来源，包括电子的初始动能分布、表面接触电位差等，并指导读者如何运用最小二乘法对实验数据进行拟合，从而获得高精度的 $h$ 值。这部分内容对于培养学生的实验数据处理能力至关重要。 第二部分：光电效应的半导体应用 (Semiconductor Applications of the Photoelectric Effect) 光电效应不仅是基础物理学的基石，更是现代光电子技术的核心驱动力。本部分将焦点转移到半导体材料中光生载流子的产生与输运机制。 2.1 半导体能带理论与光吸收： 在进入具体器件应用之前，我们首先需要建立扎实的半导体物理基础。本章系统回顾了晶体结构、晶格振动（声子）、以及电子在周期性势场中的能带结构（价带、导带和禁带宽度 $E_g$）。重点阐述了光吸收的条件：入射光子的能量必须大于或等于半导体的禁带宽度 ($h u geq E_g$)。我们将分析直接带隙和间接带隙材料在光吸收过程中的区别，以及这如何影响材料的光电转换效率。 2.2 光电导现象与探测器原理： 光电导（Photoconductivity）是光电效应在半导体宏观尺度上的体现。本节详细描述了光照在半导体内部产生的电子-空穴对（Electron-Hole Pairs, EHPs）的生成率、复合机制（辐射复合与非辐射复合）以及载流子的寿命和迁移率。我们将介绍光电导增益（Photoconductive Gain）的概念，并分析热载流子效应和陷阱态对探测器响应速度的影响。 2.3 光伏效应与太阳能电池的物理模型： 光伏效应（Photovoltaic Effect）是光生载流子在内建电场作用下分离的宏观体现，是太阳能电池的工作原理。本章将详细解析 $p-n$ 结的结构、费米能级、空间电荷区以及内建电势的形成。我们将构建理想太阳能电池的电路模型，推导其输出电压、短路电流和最大功率点，并引入关键性能指标，如光电转换效率 $eta$、开路电压 $V_{oc}$ 和填充因子 $FF$。对不同材料（如晶体硅、薄膜材料）的异质结结构如何优化性能也将进行案例分析。 第三部分：先进光电探测与成像技术 (Advanced Photodetectors and Imaging Technologies) 本部分关注高灵敏度、高速度光电探测器的设计、制造与前沿应用。 3.1 性能指标与噪声分析： 任何高精度光电器件的开发都离不开对性能的量化描述。本章系统梳理了光电探测器的关键参数：量子效率（Internal and External Quantum Efficiency）、响应时间（Rise/Fall Time）、暗电流（Dark Current）和信噪比（SNR）。尤其重要的是，我们将深入探讨噪声的物理起源，包括散粒噪声（Shot Noise，来源于光子或载流子的随机到达）、热噪声（Thermal Noise，电阻产生的Johnson-Nyquist噪声）以及 $1/f$ 噪声，为设计低噪声放大电路提供理论指导。 3.2 几种关键光电器件的结构与机制： 我们将详细剖析当前应用最广泛的几类基于光电效应的器件： 光电二极管 (Photodiode)： 区分PIN结构与雪崩光电二极管（APD）。重点阐述APD中倍增机制的物理过程及其带来的高增益特性，同时分析倍增过程中的额外噪声。 光电倍增管 (PMT)： 介绍光电阴极、打拿极链的结构，以及二次电子发射的物理机理，用于超弱光信号的探测。 图像传感器 (Image Sensors)： 深入比较电荷耦合器件（CCD）和有源像素传感器（CMOS Active Pixel Sensors, APS）的工作原理。分析电荷在CCD中的转移过程和APS中光子到数字信号转换的架构差异，以及它们在读取噪声和动态范围上的权衡。 3.3 前沿应用：高能物理与生物医学成像： 本书的最后一部分将展示光电效应在尖端科技领域的实际体现。在高能物理中，我们将探讨快闪烁体探测器与高速光电倍增管阵列如何用于粒子束流的监测和时间分辨测量。在生物医学成像领域，我们将介绍光纤内窥镜、光声成像（Photoacoustic Imaging）中如何利用光电效应将光信号转换为可测量的电信号，以及荧光寿命成像技术（FLIM）对光生载流子寿命的利用。 通过对光电效应从基本原理到尖端应用的全面覆盖，本书旨在为物理学、电子工程、材料科学及相关领域的学生和研究人员提供一个坚实、深入且实用的知识体系。阅读完本书，读者将能熟练掌握光与物质相互作用的量子机制，并能设计、优化和理解各类现代光电器件。

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这本书的结构设计非常合理，从基础概念到高级技术，再到应用案例，层层递进，循序渐进。我认为，对于任何想要深入了解光谱学的人来说，这本书都是一个非常理想的起点。书中对于“量子化”的概念的解释，非常到位。它不像一些教材那样只是简单地提出“能量是量子化的”，而是通过结合一些经典的实验，比如光电效应，来生动地展示量子化在解释实验现象中的必要性。 我特别欣赏书中对“非线性光谱学”的介绍。这部分内容虽然相对较少，但却为我打开了一个新的视野。它让我了解到，在强光场作用下，物质的响应不再是线性的，从而可以产生一些传统线性光谱学无法观测到的现象，例如多光子吸收和次谐波产生。书中对这些现象的简单介绍，虽然没有深入到复杂的理论推导，但足以引起我对这一前沿领域的兴趣，并促使我进一步去探索。

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《光谱学导论》的语言风格非常学术化，但又不失清晰和易懂。它避免了使用过于晦涩的术语，并且在引入新概念时，都会提供详细的定义和解释。书中对“态密度”的概念进行了非常细致的阐述，并将其与光谱的强度联系起来。作者解释了为什么在某些能量范围内，会观察到更强的光谱信号，这通常是因为在这个能量范围内，存在更多的可激发态。 我被书中对“自旋”和“轨道角动量”在原子光谱中的作用的讲解所吸引。虽然这是一个比较精细的方面，但作者通过引入“塞曼效应”和“斯塔克效应”等现象，形象地展示了外部磁场和电场如何影响原子能级，进而改变其光谱特征。这些内容让我对原子结构有了更深层次的理解，也让我意识到，光谱学不仅仅是关于光与物质的相互作用，更是理解原子和分子内部结构的有力工具。

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一本名为《光谱学导论》的书籍，在我手中沉甸甸的，散发着知识特有的油墨香。我是一名对基础科学充满好奇的本科生，虽然涉足光谱学领域的时间不长，但这本书的出现，无疑为我打开了一扇通往微观世界奇妙景象的大门。在阅读这本书之前，我对光谱学的认识仅限于高中化学课上提及的光谱线，那种将原子“指纹”显现出来的神秘感一直吸引着我。然而，随着翻阅这本书，我逐渐意识到光谱学远不止于此，它是一门连接物质结构、性质与光相互作用的桥梁，其应用之广泛，几乎渗透到我们生活的方方面面，从天体物理学的星系成分分析，到医学影像的疾病诊断，再到环境监测的污染物追踪，无不闪耀着光谱学的智慧光芒。 我尤其被书中对不同光谱技术的分类和阐述所吸引。从最初的吸收光谱和发射光谱，到后来更加精细的拉曼光谱、红外光谱、质谱等等，每一种技术都像一把独特的钥匙，能够解锁物质世界的不同奥秘。书中没有直接给出大量的复杂的数学公式，而是通过清晰的图示和生动的比喻，将抽象的光与物质的相互作用过程具象化。例如，在解释吸收光谱时，作者巧妙地将电子的跃迁比作攀登不同高度的台阶，只有能量恰好匹配的“光子”才能被“吸收”，从而跃迁到更高的能级。这种深入浅出的讲解方式，极大地降低了学习门槛，让我这个初学者也能逐渐领会其中精髓。

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这本书的深度恰到好处，它既能够为初学者提供坚实的基础，也能够为有一定基础的读者提供更深入的思考。书中对“朗伯-比尔定律”的讲解，非常经典。作者不仅给出了公式，还深入探讨了该定律的适用范围和局限性，以及在实际应用中可能遇到的偏差，例如样品不均匀性或散射效应。这种严谨的学术态度，让我对科学知识有了更深刻的认识。 我非常喜欢书中对于“荧光”和“磷光”的区分。它们都是原子或分子在受激发后发出光的过程，但其机理和发光时间却有显著差异。书中通过解释“单线态”和“三线态”能级，以及它们之间的跃迁过程，让我清晰地理解了这两种现象的区别。这种对细微之处的精妙解释，体现了作者深厚的专业功底和对教学的热情。

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阅读《光谱学导论》的过程，是一次智力上的冒险，充满了发现的惊喜。书中对电磁波谱的全面梳理，从紫外可见光到红外、微波，再到X射线和伽马射线，展现了光的多样性及其在不同波段与物质相互作用的独特性。作者并没有将这些波段孤立地介绍，而是将它们有机地联系起来，展示了它们在光谱学研究中的互补性。例如，紫外可见光谱常用于分析共轭体系和过渡金属配合物，而红外光谱则更擅长研究分子振动和官能团，它们各自提供了关于物质的独特信息，结合起来则能提供更全面的认识。 我印象深刻的是书中关于色散和衍射的讲解。作者用通俗易懂的语言解释了棱镜和光栅如何将复色光分解成单色光，这是许多光谱仪的核心原理。书中还讨论了不同类型的光谱仪，如多通道光谱仪和扫描式光谱仪，以及它们各自的优缺点。这种对仪器原理的深入剖析，让我明白了一个光谱图的背后，蕴含着多少精巧的工程设计和物理原理。它让我不仅仅满足于看到结果，更想要理解过程。

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《光谱学导论》提供了一个非常全面的视角来理解光谱学，它不仅仅关注于特定技术，更着重于贯穿整个学科的通用原理。书中对于“能量守恒”和“动量守恒”在光谱学过程中的体现，进行了非常细致的讲解。例如，在解释光与物质相互作用时，书中明确指出，在吸收或发射过程中，光子携带的能量会转移到原子或分子中，或者反之，原子或分子中的能量会以光子的形式释放出来，这些过程都严格遵循能量守恒定律。 我发现，书中对“反馈机制”的讨论也很有启发性。在某些光谱技术中，需要通过不断调整参数来优化实验条件，以获得最佳的光谱信号。书中通过一些例子，展示了如何利用计算机辅助的反馈系统来实现这一过程，例如，在扫描光谱仪中，仪器会自动根据探测器的信号强度来调整扫描速度或探测时间。这种对实验优化过程的深入讲解，让我体会到科学研究的严谨性和精益求精。

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这本书的魅力在于它能够将看似晦涩的物理概念，转化为生动有趣的知识。我尤其喜欢书中对于“选择定则”的解释，它就像一个无形的门卫，决定了哪些跃迁是允许发生的，哪些是不允许的。作者通过类比，将这些抽象的量子力学规则变得易于理解。书中还详细介绍了不同类型的跃迁，如电子跃迁、振动跃迁和转动跃迁，以及它们在不同光谱技术中的体现。 我发现，书中对于各种光谱技术的应用案例的选取非常具有代表性。从分析土壤中的重金属离子，到检测食品中的添加剂，再到研究古代文物，光谱学的应用无处不在。这些案例的介绍，让我看到了光谱学在解决现实问题中的强大力量，也激发了我将其应用于未来研究的兴趣。书中并没有简单地罗列这些应用，而是对每个案例背后的原理进行了深入的探讨，让我能够理解为什么某种光谱技术适用于解决特定的问题。

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《光谱学导论》不仅仅局限于对现有光谱技术的介绍，它还对一些新兴的光谱学技术和发展趋势进行了展望。这让我意识到，光谱学是一个不断发展和创新的领域，充满了无限的可能性。书中对“超快光谱学”和“单分子光谱学”等前沿领域的讨论，让我对未来的研究方向充满了憧憬。这些技术能够捕捉到极快的化学反应过程和单个分子的行为，为我们理解微观世界的动态变化提供了前所未有的手段。 我非常欣赏书中对于不同光谱技术之间相互补充性的强调。例如，在分析复杂样品时，单一的光谱技术可能不足以提供足够的信息，而结合使用多种光谱技术，如同时进行质谱和红外光谱分析，则能够获得更全面、更准确的结论。书中通过一些综合性案例，展示了如何利用不同光谱技术的优势，协同解决复杂的分析难题。这种“多角度”的分析思路，是我在学习光谱学过程中学到的宝贵经验。

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这本书的叙事方式非常引人入胜，它并非枯燥的知识堆砌，而是充满了探索的乐趣。在介绍不同光谱技术时，作者常常会穿插一些历史故事和科学家的趣闻轶事，让学习过程变得更加生动有趣。例如，在讲述关于“黑体辐射”的经典实验时，书中详细介绍了普朗克是如何通过引入“量子”概念来解决这个问题的，以及这对于整个物理学革命的意义。这种历史的视角，让我更加理解了科学的发展并非一蹴而就，而是充满了曲折和突破。 我特别赞赏书中对于“分辨率”和“灵敏度”这两个关键概念的深入阐述。作者用清晰的比喻解释了这两个概念的含义，以及它们在选择光谱仪器时所起到的重要作用。例如，高分辨率的光谱仪能够区分非常接近的谱线，这对于研究同位素或精细能级结构至关重要；而高灵敏度的仪器则能够检测到非常微弱的信号，这对于分析痕量物质或进行低激发能的光谱分析非常关键。书中还讨论了如何在分辨率和灵敏度之间进行权衡，这对于实际的实验设计具有重要的指导意义。

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这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师，引导我一步步探索光谱学的奥秘。它并没有满足于简单地罗列概念和公式，而是深入探讨了每种光谱技术背后的物理原理。例如，在介绍拉曼光谱时，书中详细阐述了分子振动和光子散射的非弹性过程，并解释了为什么拉曼散射信号如此微弱，以及如何通过优化实验条件和使用更灵敏的探测器来克服这一挑战。作者的叙述逻辑严谨，层层递进，即使是对于我这样初次接触这些概念的读者，也能在理解前一个概念的基础上，轻松过渡到下一个。 我特别欣赏书中对于实验设计的考量。它不仅讲解了如何解读光谱数据，还对如何获得高质量的光谱数据提出了建议。从光源的选择、样品制备，到探测器的灵敏度和分辨率，每一个环节都至关重要。书中通过列举一些典型的实验案例，让我更加直观地了解了实际操作中的注意事项和可能遇到的问题。例如，在分析有机化合物的红外光谱时，书中强调了溶剂选择的重要性，以及如何通过对比不同溶剂下的光谱来排除溶剂的干扰。这种实践性的指导，让我对光谱学的实际应用有了更深刻的认识。

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真心不错~

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Chem325

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Title: Introduction to Spectroscopy, by Donald L. Pavia, Gary M. Lampman, George S. Kriz Fourth Edition, Brooks/Cole,Thomson Learning, 2001; Classification: Year 4, Semester 1, CBC311.

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真心不错~

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Title: Introduction to Spectroscopy, by Donald L. Pavia, Gary M. Lampman, George S. Kriz Fourth Edition, Brooks/Cole,Thomson Learning, 2001; Classification: Year 4, Semester 1, CBC311.