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出版者:CRC-Press

作者:Rolf E. Hummel

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-02-24

价格:USD 144.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849324840

丛书系列:

图书标签:

• 光学性质
• 光学
• 材料科学
• 物理学
• 工程学
• 手册
• 参考书
• 光学材料
• 光物理学
• 光学设计

《光谱学与材料科学前沿探析》 图书简介 本书旨在为光谱学、材料科学及其交叉领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前最尖端的理论进展、实验技术创新以及在基础研究和实际应用中取得的突破性成果。本书内容组织严谨，从宏观现象的描述深入到微观机制的解析，内容涵盖了从基础物理原理到复杂工程系统的广泛议题。 第一部分：先进光谱学理论与方法论的革新 本部分着重探讨了传统光谱学方法在面对复杂体系时的局限性，并详细阐述了应对这些挑战所发展出的新理论框架和数据处理技术。 第一章：高维光谱的理论基础与信息熵编码 本章首先回顾了线性与非线性光谱学的基本原理，重点引入了二维（2D）和多维（nD）电子和振动光谱的数学建模。我们详细分析了时间分辨技术（如飞秒激光光谱）如何揭示超快动力学过程中的能量转移、相干性维持与退相干机制。核心内容在于信息论在光谱解析中的应用，探讨如何利用光谱信号中的信息熵来量化系统的复杂度和自由度。针对复杂分子簇或凝聚态体系，本章提出了新的谱学信号去卷积算法，该算法结合了贝叶斯推断和机器学习中的稀疏表示理论，以区分重叠的吸收和发射峰，并精确重建瞬态能级结构。特别地，本章深入探讨了非绝热耦合理论在解析光诱导化学反应中的过渡态动力学中的作用，为理解光化学过程提供了强有力的理论工具。 第二章：X射线与中子散射的同步辐射技术发展 随着同步辐射光源和散裂中子源的不断升级，本章聚焦于高能光子和中子在结构表征中的前沿应用。内容涵盖了超快X射线衍射（XRD）在捕捉晶体结构相变过程中的时间分辨率限制与突破，以及X射线吸收精细结构（XAFS）在确定低浓度催化剂活性位点几何构型上的优势。针对材料科学中的关键问题——缺陷工程，本章详细介绍了X射线光电子能谱（XPS）与深度剖析技术（如受激离子分析）的结合，以实现材料表面到体相的元素价态与化学环境的无缝衔接。此外，对中子非弹性散射（INS）在研究低能激发态（如声子、磁振子）方面的独特优势进行了深入探讨，特别是在氢化物储能材料中的应用案例分析。 第二部分：功能材料的光响应性与结构调控 第二部分将理论分析与材料设计紧密结合，探讨了如何通过精确的结构工程来优化材料对光能的吸收、转换和发射特性。 第三章：新型光电转换材料的界面物理 本章聚焦于有机-无机杂化钙钛矿、量子点以及二维材料在光伏和光电探测领域的最新进展。重点分析了光生载流子在异质结界面的分离效率和传输机制。详细讨论了表面缺陷钝化策略如何有效抑制载流子复合，并利用时间分辨光电导谱（TRPC）技术定量评估了陷阱态的密度和寿命。在钙钛矿领域，本章探讨了卤素/阳离子混合结构对晶体质量和稳定性（特别是湿度稳定性）的影响，提出了基于分子工程学设计的界面修饰层，以构建高效、长寿命的光电器件。此外，对等离激元增强光吸收的理论模型进行了深入梳理，探讨了纳米结构（如金属/半导体纳米复合材料）对拓宽光谱响应范围的贡献。 第四章：光与物质相互作用的非线性响应 本章转向材料对强光场的响应，这是理解高功率激光应用和光开关技术的基础。核心内容是高次谐波产生（HHG）和光致双光子吸收（TPA）的理论建模。本章详细分析了在飞秒脉冲激光作用下，介质中的电子的“轨道工程”，即如何通过控制激光场的波形和偏振态来定向控制产出谐波的频率和相位。在生物医学成像和材料加工方面，本章深入探讨了高非线性折射率材料的设计原理，特别是如何利用D-π-A（给体-桥链-受体）有机分子结构来最大化其二阶和三阶非线性光学系数。针对光限幅应用，本章比较了不同结构下材料的饱和吸收特性，并提出了基于拓扑绝缘体和拓扑半金属的光限幅器件设计方案。 第三部分：环境与生物体系的先进光学传感 本部分关注于利用光谱学原理开发高灵敏度、高选择性的传感技术，用于环境监测和生命科学研究。 第五章：表面增强拉曼散射（SERS）的局域场增强机理 SERS作为一种超灵敏的分子识别技术，是本章的焦点。本章深入剖析了“热点”的产生机制，即在纳米级粗糙表面或金属纳米颗粒间隙中电磁场局域增强的定量描述。本章对比了银、金和贵金属合金在不同激发波长下的增强因子差异，并引入了有限元法（FEM）模拟来精确预测特定纳米结构（如纳米棱柱、星形颗粒）的局域表面等离激元共振（LSPR）特性。在实际应用方面，本章详细介绍了SERS在痕量污染物检测（如农药残留、环境激素）和快速生物标志物筛查中的“指纹区”特征谱分析方法，并讨论了如何通过构建三维多孔SERS基底来提高检测的重现性和空间均匀性。 第六章：活体成像与生物光子学的前沿技术 本章关注于开发能够穿透深层组织、具有高对比度和低光毒性的成像技术。核心内容包括多光子荧光显微技术（MPM）在活体动物模型中的应用，特别是二次谐波产生（SHG）成像在检测非中心对称的生物结构（如胶原纤维、肌球蛋白）中的独特价值。本章详细阐述了光声成像（PAI）的物理基础，即光热效应引起的超声波发射，并讨论了如何通过光谱解耦技术实现组织内不同分子探针（如血红蛋白、黑色素）的独立定量成像。此外，本章还介绍了光动力疗法（PDT）中新型光敏剂的分子设计原则，重点在于优化其单线态氧生成量子产率（ΦΔ）和近红外区域的光吸收效率，以实现更深层、更精准的肿瘤靶向治疗。 总结 本书汇集了光学、物理、化学和工程学领域的最新研究成果，旨在构建一个跨学科的知识平台。读者将不仅掌握尖端的光谱探测手段，更能理解如何将这些工具应用于解决当前材料科学和生命科学中最具挑战性的问题。全书强调理论的严谨性和实验的可操作性，是相关领域专业人士不可或缺的参考资料。

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当我第一次翻开这本大部头时，立刻被它那种几乎囊括了所有已知光学现象的广度所震撼。它不仅仅停留在基础的电磁波理论层面，而是深入到了介观尺度下材料与光相互作用的各个角落。比如，关于表面等离子激元共振（SPR）的章节，我期待能看到一些关于纳米结构设计和增强效应的最新进展，结果发现它居然详尽地追溯了早期电子振荡理论的演变过程，甚至细致讨论了不同金属薄膜形貌对局域场强的影响，这种历史脉络的梳理，让读者能清晰地看到当前研究是如何一步步建立起来的，而不是孤立地看待某一个尖端技术。这种对基础理论的深度挖掘，使得它不像市面上很多只关注“热点应用”的教材，而是真正致力于构建一个完整的知识体系，让人感觉自己像是从地基开始搭建一座知识的高塔，而不是直接跳到屋顶去观景。

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这本书的装帧设计真的太棒了，封面那种哑光的质感，拿在手里沉甸甸的，一看就是精心制作的学术专著。我注意到纸张的选取也非常考究，印刷的清晰度和色彩还原度都达到了一个很高的水准，这对于需要频繁查阅图表和光谱数据的读者来说简直是福音。特别是那些复杂的函数曲线和晶格结构图，每一个细节都处理得极其到位，完全没有出现模糊或者油墨不匀的情况。内页的排版布局也十分合理，留白适中，使得即使是长篇的理论推导也不会让人感到视觉疲劳。唯一可能需要适应的是，它那种非常传统的、德式严谨的章节结构，开篇往往是冗长但极其详尽的背景回顾，这对于那些只想快速找到特定公式的人来说，可能需要多花点时间去适应它的叙事节奏。不过，一旦沉浸进去，你会发现这种详尽的铺垫为理解后续的复杂概念打下了极其坚实的基础，它不是那种为了追求速度而牺牲深度的“快餐式”资料，而更像是一部值得细细品味的工艺品。

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这本书的难度曲线非常陡峭，但同时，它也提供了一种无与伦比的知识密度。我花了好几天时间才啃完关于非线性光学效应的那几章，尤其是高次谐波产生那部分，作者没有回避那些复杂的张量分析和群论应用，甚至在脚注中还引用了早期俄国学派的一些经典论述，这对于科班出身的研究生来说是极好的参考，因为它迫使你必须重新审视自己对基础数学工具的掌握程度。但坦白说，对于刚刚接触这方面的本科生，或者希望快速入门的工程师而言，直接面对这些章节可能会感到窒息。它更像是一本“终极参考手册”而不是“入门导读”。你需要一个非常扎实的微积分和线性代数背景才能真正驾驭里面的大部分内容，否则，那些复杂的符号和积分变换只会成为阻碍理解的迷宫，让你的学习进度缓慢得令人沮丧。

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这本书的价值，我认为更多地体现在其作为“知识锚点”的作用上。在如今信息爆炸的时代，新论文层出不穷，新的术语和概念每天都在涌现，很容易让人迷失在碎片化的信息流中。而拥有这样一本内容全面、逻辑自洽的经典参考书至关重要。每当我遇到一个似曾相识但又不太确定的概念，或者需要快速回顾某一经典理论的精确表述时，我总能在这本书中找到稳定和权威的答案。它的深度确保了其内容不会轻易过时，即使在后来的研究中出现了革命性的突破，这本书提供的底层原理依然是理解这些突破的基石。它更像是一位沉稳的导师，在你快速奔跑时，提醒你停下来，审视脚下的土地是否坚实，而不是一味地追逐地平线上转瞬即逝的光影。

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阅读过程中，我发现作者在处理不同学科交叉点时展现了惊人的洞察力。比如，在讨论光子晶体时，它巧妙地将固态物理中的布洛赫定理与麦克斯韦方程组在周期性介质中的解法进行了深度融合，并且没有简单地停留在理论推导上，而是紧接着分析了布拉格反射在高维结构中的具体表现形式。更令人赞叹的是，它还穿插了实验技术方面的讨论，简要介绍了倒易空间中的测量方法，这使得理论与实践之间形成了一个闭环。这种多维度的叙事方式极大地拓宽了我的思路，让我开始思考如何将传统光学与凝聚态物理的工具更紧密地结合起来解决当前面临的挑战。虽然有些章节的连接略显跳跃，但整体上，它成功地展示了光学作为一门中心科学的交叉性魅力。

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