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出版者:

作者:Rogers, Alan

出品人:

页数:488

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 103.90

装帧:

isbn号码:9780849338366

丛书系列:

图书标签:

• 光子学
• 光学
• 激光
• 光电子学
• 光学工程
• 物理学
• 材料科学
• 传感器
• 通信
• 纳米光子学

现代光学基础与前沿应用：从理论基石到尖端技术 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的光学知识体系，涵盖了从经典光学原理到现代光子学核心概念的过渡，并重点探讨了当前光电技术领域最具影响力的前沿应用。本书内容设计兼顾理论的严谨性与工程实践的指导性，力求成为光学、电子工程、物理学以及材料科学等相关专业师生和科研人员的权威参考手册。 --- 第一部分：光学基础与电磁波理论的深化 本部分旨在夯实读者对光本质的理解，并建立连接经典电磁学与现代光学之间的桥梁。我们不满足于对光波动性的简单描述，而是深入探究其在复杂介质中的传播特性。 第一章：电磁场理论在光学中的回归与拓展 本章首先回顾麦克斯韦方程组在真空及各向同性介质中的形式，并着重阐述光的电磁波本质。重点讨论了坡印廷矢量（Poynting Vector）在描述光能流密度中的关键作用，以及电磁波的界面反射与折射（基于菲涅耳公式的详细推导），引入了斯托克斯参量（Stokes Parameters）来量化光的偏振态，并详细分析了圆偏振光和椭圆偏振光的物理图像。 第二章：几何光学与成像系统的解析 虽然现代光学偏重波动性，但几何光学在宏观系统设计中仍是不可或缺的工具。本章系统梳理了光线追踪、反射定律和折射定律，并在此基础上，详细分析了透镜系统的矩阵光学（Ray Transfer Matrix Method, ABCD Matrix），这为设计复杂的多镜片系统提供了高效的数学工具。我们深入探讨了像差理论，区分了一阶像差（如慧差、像散）和高阶像差的成因及校正方法，并介绍了衍射极限对成像分辨率的根本制约。 第三章：经典衍射理论与傅里叶光学基础 本章是连接几何光学与波动光学的关键。详细阐述了惠更斯-菲涅耳原理，并利用菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的积分形式，推导出单缝、圆孔等常见孔径的强度分布。随后，引入傅里叶变换作为描述衍射过程的核心数学工具，阐明了傅里叶光学在分析空间频率和光学系统（如透镜作为傅里叶变换器）中的应用，为后续的全息术和相干成像奠定基础。 --- 第二部分：量子光学与光物质相互作用 本部分从微观角度审视光与物质的相互作用，这是理解激光、光通信和量子光学现象的基础。 第四章：光子的概念与量子电动力学（QED）的初步引入 本章从黑体辐射和光电效应出发，确立了光的光子概念。在此基础上，系统性地介绍了光与原子/分子的能级结构，包括吸收、自发辐射和受激辐射的微观机制。本章详细讲解了爱因斯坦的A、B系数，并从统计力学角度阐述了它们之间的关系，这是理解激光增益的理论基石。 第五章：激光器原理与关键技术 激光是现代光子学的心脏。本章深入剖析了激光振荡条件，包括阈值增益和光学谐振腔的设计。我们详细分析了不同类型的谐振腔（如平面-平面、共焦腔）的稳定性和纵模结构。随后，系统探讨了增益介质的分类（固体、气体、半导体），并侧重分析了半导体激光器的结构、效率瓶颈及温度依赖性。此外，本章还包含了锁模技术（如被动锁模）的原理，用以产生超短脉冲。 第六章：非线性光学效应的物理机制 随着高功率激光的普及，非线性光学成为不可或缺的研究领域。本章详细阐述了介质极化强度与电场强度的非线性关系，引入了二阶和三阶非线性极化率 $chi^{(2)}$ 和 $chi^{(3)}$。重点讨论了倍频（SHG）、和频产生（SFG）的相位匹配技术（如准相位匹配QPM），以及自相位调制（SPM）和克尔效应在超快光学中的重要性。 --- 第三部分：先进光子学与信息技术应用 本部分关注如何将基础理论转化为实际的工程系统，涵盖了现代光电子学和信息科学中的核心技术。 第七章：光纤传输与导波光学 光纤通信是信息时代的支柱。本章首先讨论了全内反射原理，并详细分析了光纤的模式理论，区分了单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）。核心内容聚焦于光纤中的损耗机制（吸收与散射，特别是瑞利散射），以及色散（群速色散与材料色散）对信号带宽的限制。为应对色散，本章详细介绍了色散补偿技术（如使用色散补偿光纤DCF）。 第八章：光电子器件与调制技术 本章探讨了光信号的产生、调制与探测。详细分析了光电二极管（PIN和雪崩光电二极管APD）的工作原理、响应速度及量子效率。在调制方面，侧重于电光效应（如铌酸锂调制器）和光场调制（如马赫-曾德尔调制器），并介绍了直接调制与外调制方案在不同通信系统中的优劣。 第九章：现代成像、传感与计量技术 本部分展示了光学的实际应用广度。系统介绍了干涉测量学的基本原理，如迈克尔逊干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪，强调了其在精密位移测量中的应用。在成像方面，深入探讨了全息记录与再现的理论基础，以及数字全息显微镜（DHM）的工作流程。同时，对光学相干层析成像（OCT）的原理、时间域与频域OCT进行了详尽的介绍，揭示了其在生物医学成像中的巨大潜力。 --- 总结与展望 本书的结构安排遵循了从基础理论（电磁场、几何）到核心技术（激光、非线性），再到系统集成与应用（光纤、传感）的逻辑路径。我们致力于提供一套严密、连贯且能反映当前研究热点的知识框架，帮助读者构建扎实的理论基础，从而能够驾驭未来光子学领域面临的挑战与机遇。本书的深度和广度确保了其不仅是课堂教学的有力辅助，更是科研工作者在进行光电子器件设计、高速光通信系统构建和前沿光学实验规划时，值得信赖的案头工具书。

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我是一个对实验操作比较感兴趣的读者，这本书在连接理论与实验方面做得堪称典范。通常理论书读完后，总感觉缺少一个把书本知识转化为实际可操作方案的桥梁，但这本书似乎预见到了读者的这种需求。书中对实验装置的介绍，比如各种光源（LED、半导体激光器、光纤激光器）的特性对比，以及它们在不同应用场景下的优劣权衡，分析得极其到位。更令人称道的是，它探讨了测量误差的来源和如何通过优化系统参数来提高测量精度。这种实战导向的内容，远比那些只有理想化模型的描述要实用得多。读完后，我感觉自己好像多了一个经验丰富的技术顾问在身边指导，能立刻在脑海中勾勒出搭建一个光电系统所需的关键模块和潜在的陷阱，这对于任何从事光电子集成的初学者来说，都是无价的财富。

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与其他同类书籍相比，这部作品在探讨光与物质相互作用的非线性效应部分，展现了极其深刻且富有洞察力的见解。作者并未将这些高级主题视为洪水猛兽，而是通过一系列精心挑选的案例，将这些高阶物理现象融入到实际的工程挑战中去阐述。我特别喜欢它讨论的诸如自相位调制和四波混频等现象时所采取的“效果导向”的论述方式——先描述这些非线性现象在光通信或超快激光中会产生什么影响（好的或坏的），然后再深入探究其背后的物理机制。这种倒推式的学习路径，极大地增强了学习的内在驱动力，让人不再仅仅为学习理论而学习理论，而是带着解决实际问题的目标去探索。这种前瞻性和应用性的结合，使得这本书在众多偏向基础理论的教材中脱颖而出，成为了一本真正能够引导读者进行创新性思考的宝典。

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这本书的排版和图示设计，简直是视觉体验上的享受。在这个信息爆炸的时代，一个好的可视化呈现能让晦涩的内容瞬间变得生动起来。我特别欣赏作者在解释复杂光场分布或能量传输路径时所采用的插图。这些图表不是那种从别处简单复制粘贴的低质量图片，而是专门为阐释某个特定概念而精心绘制的。它们的色彩运用、标注的清晰度都达到了专业水准。例如，在讲解光束的横向和纵向模式时，书中的三维立体图解，使得原本抽象的“本征模式”概念立刻具象化了。这种对细节的极致追求，反映出作者对知识传播的责任感，它有效地减轻了阅读的认知负荷，让我的注意力能更集中于核心的物理思想本身，而不是在努力解析模糊的图示上浪费精力。

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说实话，这本书的深度和广度都超出了我的预期，但最让我印象深刻的是它在数学严谨性和可读性之间找到的那个微妙平衡点。很多技术书籍要么过于数学化，把人绕晕在微积分里出不来，要么又过于科普化，流于表面，关键的物理机制解释不清。但《Essentials of Photonics》在这方面做得非常巧妙。它不会跳过必要的推导，但所有的公式推导都像是被精心“梳理”过一样，每一步的逻辑链条都异常清晰，让人能够顺畅地跟上作者的思路。比如在讨论衍射极限和成像原理时，作者并没有直接抛出复杂的傅里叶变换，而是先从波动光学的基础概念入手，一步步构建起概念的堡垒，直到最后的数学表述，每一步都有其坚实的物理依据。这种层层递进的结构，极大地降低了自学者的门槛，同时也保证了内容的学术价值，完全可以作为研究生阶段深入研究的参考资料，而不是仅仅应付考试的工具书。

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这本书简直是光学领域的一股清流，读起来完全没有枯燥的教科书味儿。我一直觉得光子学这块知识点繁多，概念抽象，但作者的叙事方式非常生活化，仿佛在和一个经验丰富的工程师面对面交流。特别是关于光纤通信的章节，那些复杂的传输损耗和模式耦合问题，居然被他用非常直观的类比解释得明明白白。我记得以前看其他教材时，光在不同介质中的传播特性总是让我头疼，但这里作者引入了“能量流”和“信息密度”的概念，一下子就把物理图像建立起来了。而且，书中对现代光电子器件的介绍，比如量子点激光器和超材料的应用，更新速度非常快，很多前沿技术都能找到扎实的理论基础支撑，这一点对于想跟上行业发展步伐的工程师来说，太重要了。相比于那些只停留在麦克斯韦方程组的推导上，这本书更注重“工具性”和“应用前景”，让人读完后不光知道“是什么”，更明白“怎么用”和“未来会怎样”，是一种非常面向实践的知识构建。

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