Crystal and Multilayer Optics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:SPIE-International Society for Optical Engine

作者:MacRander, A.T.

出品人:

页数:376

译者:

出版时间:1998-12

价格:USD 80.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819429032

丛书系列:

图书标签:

• 光学
• 晶体光学
• 多层膜
• 薄膜光学
• 光干涉
• 光衍射
• 光学设计
• 光学材料
• 光学薄膜
• 纳米光学

光之晶体与层叠幻象：探索精密光学世界的奥秘 在人类文明的长河中，光学始终扮演着举足轻重的角色。从古代哲学家对光线的思考，到现代科学家对光子行为的深入剖析，光学的发展不仅拓展了我们认识世界的视野，更驱动了无数技术的革新，深刻地改变着我们的生活方式。本书《晶体与多层光学》正是这样一部旨在揭示精密光学世界中两大关键领域的力作，它将带领读者深入探索晶体材料在光学领域的独特应用，以及多层膜结构如何巧妙地操控光线的传播与反射。 本书的出发点，是认识到晶体材料所蕴含的非凡光学特性。天然存在的晶体，如水晶、石英，以及人工合成的晶体，如铌酸锂、周期性极化铌酸锂（PPLN），它们在原子排列上的高度有序性，赋予了它们与普通非晶材料截然不同的光学行为。这种有序性导致了各向异性，意味着光在晶体中传播时，其速度、振幅、偏振等会随着传播方向和偏振态的不同而发生显著变化。本书将首先从晶体结构与光学性质的基础理论出发，系统阐述双折射、旋光性、电光效应、非线性光学效应等核心概念。我们将深入剖析这些效应产生的物理机制，例如，在双折射现象中，晶体如何将入射光分解为寻常光和非寻常光，它们在晶体中以不同的折射率传播，从而在出射时产生分离。我们还会探讨如何利用这些效应来设计和制造各类光学元件，如波片（phase plates）、偏振器（polarizers）、电光调制器（electro-optic modulators）等。例如，波片便是利用晶体的双折射特性，使不同偏振方向的光获得不同的相位延迟，从而实现对光线偏振态的精确控制，这在液晶显示器、光学测量等领域有着广泛的应用。 特别地，本书将对晶体在非线性光学领域的应用给予浓墨重彩的介绍。随着激光技术的飞速发展，高强度、高相干性的激光束为探索物质的非线性光学响应提供了可能。晶体材料，尤其是那些具有高非线性光学系数的晶体，能够显著地改变其光学性质，产生诸如二次谐波产生（Second Harmonic Generation, SHG）、三次谐波产生（Third Harmonic Generation, THG）、光学参量振荡（Optical Parametric Oscillation, OPO）等现象。我们将详细阐述这些非线性光学过程的理论基础，包括光场与物质相互作用的微观机制，以及如何通过选择合适的晶体材料和泵浦光条件来优化非线性光学转换效率。例如，通过PPLN晶体进行SHG，可以将近红外激光转化为可见光，实现激光的“变色”，这对于激光雷达、光谱分析、以及激光冷却原子等应用至关重要。本书还将探讨如何设计和制造用于实现OPO的晶体结构，OPO能够产生不同频率的光，为激光频率调谐提供了强大的手段，在光谱学、量子信息等前沿领域具有不可估量的价值。 除了晶体材料，本书的另一核心主题是多层膜光学。在现代光学器件的设计与制造中，多层膜结构的应用无处不在，从照相机的镜头镀膜，到光通信中的滤波器，再到天文望远镜的反射镜，多层膜技术都发挥着不可或缺的作用。多层膜是指由两种或多种具有不同折射率的薄膜材料，按照精确设计的厚度和顺序堆叠而成的结构。通过对不同材料的折射率和膜层厚度的精巧设计，可以极大地调控光的反射、透射、吸收等特性，实现各种复杂的光学功能。 本书将首先介绍多层膜光学的基础理论，包括光的干涉、衍射以及薄膜光学方程。我们将详细讲解“薄膜干涉”的原理，即当光在多层薄膜的界面上发生多次反射和透射时，不同路径的光会发生干涉，从而导致透射光和反射光的强度和相位的变化。基于此，我们将深入探讨多种关键的多层膜光学应用，例如： 减反射膜（Anti-reflection coatings, AR coatings）： 通过精确设计多层膜的折射率和厚度，可以显著降低光学表面的反射率，提高透光率。这对于相机镜头、显微镜物镜、望远镜等光学仪器至关重要，可以减少眩光和重影，获得更清晰的图像。我们将解析单层和多层减反射膜的设计原理，并介绍如何根据不同的入射光波长和角度进行优化。 高反射膜（High-reflection coatings, HR coatings）： 相反，高反射膜旨在最大化特定波长范围内的反射率。这在激光器腔镜、光学测量设备的反射镜、以及太阳能电池中都有着广泛应用。本书将阐述如何设计由高折射率和低折射率材料交替构成的多层结构，以实现近乎100%的反射率。 介质反射镜（Dielectric mirrors）： 介质反射镜是高反射膜的一种特殊形式，通常由大量的介质薄膜层构成，能够在宽光谱范围内实现极高的反射率，并且损耗极低。我们将深入探讨周期性介质堆栈的设计，以及其在激光器、光学干涉仪等精密光学系统中的核心作用。 光学滤波器（Optical filters）： 多层膜技术是实现各种光学滤波功能的核心。本书将详细介绍不同类型的光学滤波器，包括： 带通滤波器（Bandpass filters）： 只允许特定波长范围内的光通过，而阻挡其他波长的光。它们在光谱分析、光学通信、医学成像等领域扮演着至关重要的角色。 带阻滤波器（Band-stop filters / Notch filters）： 阻挡特定波长范围内的光，而允许其他波长的光通过。这对于消除特定光源的干扰，或者保护传感器免受特定波长光的损伤非常有用。 长通滤波器（Longpass filters）： 允许长于某一特定波长的光通过，而阻挡短于该波长的光。 短通滤波器（Shortpass filters）： 允许短于某一特定波长的光通过，而阻挡长于该波长的光。 我们将深入解析这些滤波器的工作原理，并通过多层膜设计方程，指导读者如何根据实际需求设计出性能优异的光学滤波器。 在探讨多层膜设计时，本书将引入先进的计算方法和仿真工具，帮助读者理解薄膜的演化过程以及其对光学性能的影响。我们将详细阐述“精细法”（thin-film matrix method）等数值计算技术，它能够高效地模拟多层膜结构的光学响应，并为优化设计提供指导。此外，我们还将讨论实际制造过程中可能遇到的挑战，如薄膜的应力、界面粗糙度、以及材料选择等因素对最终光学性能的影响。 本书的另一大特色在于，将晶体光学与多层膜光学紧密结合，探讨它们的协同效应。例如，我们可以将多层膜技术应用于晶体器件的表面，例如，在非线性晶体表面设计减反射膜以提高泵浦光的耦合效率，或设计用于特定波长光的透射/反射特性，以优化非线性光学过程的输出。反之，晶体的各向异性光学特性也可以被纳入到多层膜的设计中，例如，利用具有双折射特性的晶体薄膜来构建更复杂的光学功能。 本书的语言力求严谨而清晰，旨在服务于光学领域的专业研究人员、工程师、以及对精密光学感兴趣的广大读者。它不仅会提供丰富的理论知识，还会穿插大量实际案例和工程应用，使读者能够深刻理解理论与实践的紧密联系。从基础的光学原理出发，逐步深入到复杂的光学器件设计与性能分析，本书的目标是为读者构建一个全面而深刻的精密光学知识体系。无论您是致力于开发下一代激光器，还是正在设计先进的光学仪器，亦或是仅仅对光学的奇妙世界充满好奇，《晶体与多层光学》都将是您不可或缺的参考指南，带您遨游于光之晶体与层叠幻象构筑的精密光学宇宙。

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