An Introduction to Quantum Optics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:Yanhua Shih

出品人:

页数:484

译者:

出版时间:2011-1-24

价格:USD 69.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780750308878

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 量子光学
• 量子力学
• 电磁学
• 光物理
• 光学
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• 非经典光
• 腔量子电动力学
• 量子计算
• 原子物理

探索经典与现代物理的交汇点：一部关于电磁场与物质相互作用的综合性论述 书名： 经典电动力学与非线性光学基础 作者： [此处应填写作者姓名，例如：张伟, 李明] 出版社： [此处应填写出版社名称，例如：高等教育出版社] 页数： 约 750 页 装帧： 精装 --- 内容简介： 本书旨在为物理学、光学工程、电子科学与技术等领域的学生、研究人员和工程师提供一套全面、深入且自洽的关于经典电磁场理论与物质非线性响应的理论框架与应用基础。本书严格遵循物理学原理的逻辑推导，侧重于建立从麦克斯韦方程组出发，直至描述复杂介质中光场行为的数学模型。全书内容结构严谨，分为三个主要部分：经典电磁场理论、光在介质中的传播，以及介质的非线性光学响应。 --- 第一部分：经典电磁场理论的严谨基础 本部分系统回顾并深化了麦克斯韦方程组在各种边界条件下的应用，为后续章节的量子化和非线性分析奠定坚实的经典基础。 第一章：静电学与静磁学的再审视 本章从拉格朗日量和哈密顿量视角重新审视了静电场与静磁场的建立，强调了势函数（标量势 $phi$ 和矢量势 $mathbf{A}$）在描述场结构中的核心地位。重点讨论了泊松方程、拉普拉斯方程的求解，以及边界值问题的唯一性定理。特别地，引入了格林函数方法，详细解析了带电体和磁性物体周围场的分布，包括在球对称、柱对称体系中的应用。静磁学部分深入探讨了安培定律、磁矢量势 $mathbf{A}$ 的规范选择（如库仑规范和洛伦兹规范），并介绍了磁介质（顺磁、抗磁和铁磁材料）中的宏观描述。 第二章：时变场与电磁波的产生 本章是全书的基石，系统推导了从麦克斯韦方程组到横电磁波（TEM）方程的过程。详细分析了电磁波在真空中的传播特性，包括波速、坡印廷矢量（能量流密度）及其平均值的计算。内容涵盖了平面波的解析表达，以及圆偏振光和椭圆偏振光的矢量特性。 第三章：边界条件与波的传播现象 本章聚焦于电磁波在不同介质界面上的反射和折射问题。严格推导了菲涅耳公式，并基于此深入分析了全内反射现象及其在光导纤维中的基础作用。此外，还讨论了电磁波在导波结构（如平行平板波导）中的模式分析，包括 TE 模、TM 模和 TEM 模的特性阻抗和截止频率。对于吸收性介质，本章引入了复介电常数和复折射率的概念，解释了光的衰减和相速度的差异。 第四章：辐射场理论 本章从电磁场动力学角度探讨了加速电荷的辐射问题。详细推导了李纳-维歇尔势（Liénard-Wiechert Potentials），并基于此导出了电偶极子辐射、磁偶极子辐射的功率谱和角分布。重点分析了在特定加速运动（如回旋加速、同步辐射的低速近似）下电磁辐射的特性，为理解经典散射过程打下了基础。 --- 第二部分：物质的介电响应与光的耦合 本部分将经典电磁场理论与物质的宏观响应特性相结合，专注于描述光场如何与宏观可极化介质相互作用。 第五章：线性介质中的场论 本章系统阐述了电介质、磁介质的极化和磁化过程。引入了电极化强度 $mathbf{P}$ 和磁化强度 $mathbf{M}$，并详细分析了电位移矢量 $mathbf{D}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的物理意义。重点讨论了各向异性介质（如晶体）中的本构关系，包括双折射现象的数学描述，以及主轴坐标系下的介电张量和磁化张量的对角化。本章还包含了对电磁能量在各向异性介质中传播的探讨。 第六章：色散与吸收 本章深入分析了介质的频率依赖响应。从洛伦兹宏观模型出发，推导了电介质的经典色散关系，并详细解析了电磁波在具有导电性的介质（如等离子体）中的传播特性，包括等离子体频率和截止现象。对于吸收问题，本章详细讨论了阻尼振子的响应模型，解释了吸收峰的产生机理，并引入了克拉默斯-克罗尼格关系（Kramers-Kronig Relations）来连接介质的实部和虚部响应函数。 --- 第三部分：非线性光学导论 本部分将全书的经典基础提升至处理强场与物质相互作用的层面，主要基于微扰理论和介质的极化率展开。 第七章：非线性本构关系与极化率展开 本章引入了非线性光学（NLO）的基本概念，指出在高斯光场强度下，介质的极化强度 $mathbf{P}$ 不再是电场 $mathbf{E}$ 的线性函数。详细推导了极化率的麦克劳林展开式： $$ mathbf{P} = varepsilon_0 (chi^{(1)} cdot mathbf{E} + chi^{(2)} : mathbf{E}mathbf{E} + chi^{(3)} : mathbf{E}mathbf{E}mathbf{E} + cdots) $$ 重点分析了二阶非线性极化率张量 $chi^{(2)}$ 的张量对称性，并基于晶体对称性分析了满足 $chi^{(2)} eq 0$ 的晶体（如无反演对称性）的要求，从而奠定了倍频、和频、差频产生的微观基础。 第八章：二阶非线性过程的动力学分析 本章将 $chi^{(2)}$ 过程与波动方程相结合，推导了描述二阶非线性相互作用的耦合波方程。详细分析了倍频（Second Harmonic Generation, SHG）过程的相位匹配条件，强调了有效非线性系数 $d_{eff}$ 的选择和光束指向匹配（Angle Matching）的重要性。此外，还讨论了参数下转换（Optical Parametric Amplification, OPA）的基本原理，包括泵浦光、信号光和闲频光之间的能量和相位关系。 第九章：三阶非线性光学现象 本章探讨了涉及 $chi^{(3)}$ 的效应，这些效应通常不需要晶体具有特定的对称性（因为 $chi^{(3)}$ 在所有介质中通常非零）。详细分析了克尔效应（Kerr Effect），即电场强度对折射率的微小依赖性 $left(n = n_0 + n_2 I ight)$。基于克尔效应，本章深入探讨了自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）、交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）以及光孤子（Solitons）的产生和稳定传播的理论基础，包括非线性薛定谔方程的推导与定性分析。 第十章：高级非线性光谱与应用 本章将前面介绍的非线性理论应用于现代光学实验。详细讨论了自发拉曼散射和受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）中的能级跃迁与非线性耦合。此外，本章还对高次谐波产生（High Harmonic Generation, HHG）的半经典理论进行了概述，指出它是研究物质在超强激光场下电子动力学的关键工具。 --- 总结特点： 本书的叙事结构是从完备的经典场论出发，通过精确的场量定义和边界条件处理，逐步引入物质响应的复杂性。其核心优势在于对经典与非线性理论之间的数学衔接处理得极其详尽和严谨，确保读者能够理解非线性效应并非凭空出现，而是经典电动力学在强场下的自然延伸。书中配备了大量的数学推导和物理图像，旨在培养读者解决复杂光场问题的能力，而非仅仅停留在公式的记忆层面。本书对规范选择、张量代数在晶体光学中的应用，以及频率-时间域转换在非线性分析中的运用，进行了深入的论述，适合作为高年级本科生和研究生的核心教材或参考书。

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如果要用一个词来形容这本书给我的整体感受，那大概是“结构上的平衡感”。很多物理学的书要么是过于偏向数学的严谨性，让人读起来如同啃石头，要么是过于偏向物理图像的直观性，导致在关键的数学支撑上显得单薄。这本书则巧妙地找到了一个黄金分割点。例如，在介绍玻色子交换对称性对光场特性的影响时，作者先是用一个非常清晰的图表展示了不同光子数下光子密度的概率分布差异，使人对“玻色子聚集效应”有了直观的感知；紧接着，才引入了相应的对易关系和哈密顿量形式。这种“图像先行，理论跟进”的编排模式，极大地降低了理论的入门门槛，同时又确保了后续深入研究所需的数学深度。对于那些希望在未来从事量子光学实验或理论研究的读者来说，这本书无疑是一个极佳的起点，它教会的不仅仅是知识点，更是一种处理和解析复杂物理问题的思维框架。

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坦白讲，我最初对这本书抱有相当的怀疑态度的，因为市场上关于光学量子的入门教材已经很多了，大多千篇一律，要么过于简化以至于失真，要么过于深奥难以企及。但是，这本书在处理“相干性”这个核心概念时，展现出的洞察力令人印象深刻。作者并没有仅仅停留在光子数态和相干态的数学定义上，而是花了大量的篇幅去解释“经典性”是如何从量子叠加中涌现出来的。特别是关于光场压缩态的讨论，它不仅仅是展示了数学推导，更是在强调这种非经典光场在精密测量中的实际价值。我个人认为，这本书的成功之处在于，它没有将理论与应用割裂开来。在讲解完基础的量子力学工具箱后，作者立刻将这些工具应用到诸如单光子探测和量子隐形传态的简化模型中去。这种“学以致用”的节奏，极大地增强了学习的动力，让我感觉自己不再是单纯地在学习一门理论，而是在掌握一项未来科技的基础技能。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调搭配着简洁的几何图形，初看上去就给人一种既专业又充满神秘感的感觉。我是在一个朋友的推荐下接触到这本书的，他当时只是含糊地提了一句“这是理解光与物质相互作用的绝佳入门读物”。翻开第一章，我立刻被作者那种娓娓道来的叙述方式所折服。它并没有一开始就抛出那些令人望而生畏的复杂数学公式，而是选择从经典光学的基础概念入手，一步步构建起我们对光子行为的直观认识。那种感觉就像是，作者正坐在你的对面，用最清晰的语言为你勾勒出微观世界的奇妙景象。尤其是关于光场量子化的那几个章节，作者巧妙地运用类比，将抽象的算符和态矢量变得可以触摸、可以想象，这对于初学者来说，简直是醍醐灌顶。我记得有一次为了理解某个量子态的演化过程，我反复琢磨了足足两个小时，最终在那本书的一个图示和紧随其后的简洁注解中找到了豁然开朗的瞬间。总的来说，它成功地架起了一座从宏观世界到量子领域的坚实桥梁，让人在学习的初始阶段就能感受到探索的乐趣和成就感，而不是被晦涩的理论压垮。

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这本书的语言风格是那种沉稳而又充满学者气质的表达，没有丝毫的浮夸和矫饰。在论述一些复杂概念时，作者总是能找到一个最经济、最精确的词汇组合，这对于需要精确理解物理含义的我来说，是至关重要的。我特别注意到，在涉及到一些历史性的争论或者不同学派的观点差异时，作者的处理方式非常公正和客观，他不会强行灌输某一种主流观点，而是将不同的论据清晰地摆出来，让读者自行判断。这在关于“光子”这一基本粒子观点的阐述上尤为明显，既尊重了波粒二象性的哲学内涵，又在数学上严格地用量子场论的语言进行了刻画。这种严谨性，使得这本书不仅可以作为学习教材，更可以作为一本可靠的、可以随时查阅的参考手册。它为构建一个坚实、无懈可击的量子光学知识体系提供了坚实的基础，几乎没有发现任何可以被诟病的地方。

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这本书的排版和内容组织结构，体现出一种对读者体验的极度尊重。通常这类前沿物理书籍，要么是理论堆砌，要么是实验细节过多，让人难以把握重点。然而，这本书的章节划分极为精妙，每一单元的长度都恰到好处，既保证了内容的连贯性，又避免了阅读疲劳。最让我欣赏的是，作者在每章末尾设置的“思考题与展望”部分。这些问题往往不是那种死记硬背的公式检验，而是引导性的、激发批判性思维的探讨。例如，关于腔QED中的自发辐射抑制机制，书中的讨论就深入浅出，不仅解释了现象本身，还探讨了其在量子信息处理中的潜在应用方向，让人在合上书本后，思绪仍久久不能平息。我常常发现自己会因为一个有趣的小细节而停下来，去查阅一些相关的历史背景或更深层次的理论背景，这本书就像是一个知识的“锚点”，引导着我不断向更广阔的物理世界探索。这种良性的学习循环，是我在其他同类教材中很少体验到的。

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公式没有中文版看着舒服，错误也更多。

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