Applications of Laser Plasma Interactions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Eliezer, Shalom

出品人:

页数:293

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 169.44

装帧:

isbn号码:9780849376047

丛书系列:

图书标签:

• 激光等离子体相互作用
• 激光物理
• 等离子体物理
• 应用物理
• 材料科学
• 表面处理
• 薄膜技术
• 激光加工
• 等离子体诊断
• 高能物理

书名：《先进光子学与量子器件：从理论基础到前沿应用》 内容提要： 本书旨在系统梳理和深入探讨当代光子学和量子信息科学领域的核心理论、关键技术以及新兴应用。本书结构严谨，内容涵盖从基础物理原理到尖端工程实现的广阔范围，特别侧重于如何利用光与物质的精密相互作用，设计和制造下一代光电子和量子器件。全书分为四个主要部分，共计十六章，为研究人员、高级工程师和高年级研究生提供了一份详实的参考指南。 --- 第一部分：光子学基础理论与材料科学（Theoretical Photonics and Material Science Foundations） 本部分奠定了理解现代光子器件所需的光学和材料科学基础。 第一章：经典电磁波理论在光子学中的应用 本章详细回顾了麦克斯韦方程组在介质中的求解，重点讨论了平面波、球面波的传播特性，以及边界条件下的反射与折射定律。随后，深入分析了光在周期性结构中的布拉格散射和布拉格反射现象，为后续的超材料和光子晶体章节做铺垫。本章还引入了波导理论的基础，包括光纤中的模式分析（单模与多模）以及有效折射率的概念。 第二章：半导体光学与能带结构工程 本章聚焦于半导体材料的光学性质。详细阐述了晶体结构、能带理论（价带、导带、禁带宽度）及其对光吸收和光发射的影响。探讨了直接带隙和间接带隙半导体的区别及其在发光二极管（LED）和激光器中的应用原理。本章深入讨论了量子限制效应——例如在量子阱、量子线和量子点结构中，能带结构如何通过尺寸效应被精确调控，这是现代光电器件性能提升的关键。 第三章：非线性光学基础 非线性光学是实现光信号处理和高次谐波产生的基础。本章系统介绍了二阶非线性效应（如倍频、和频产生）和三阶非线性效应（如自相位调制、克尔效应）。重点讲解了准相位匹配（QPM）技术，阐述了周期性极化材料如何克服相位失配问题，极大地提高了频率转换的效率。本章还涵盖了光孤子在光纤通信中的重要性及其稳定性分析。 第四章：先进光子晶体与超材料设计 本章是器件结构创新的核心。光子晶体部分详细介绍了其能带结构（Photonic Band Gap, PBG）的计算方法，以及如何利用PBG来限制和引导光流，实现高Q值谐振腔和完美反射镜的设计。超材料部分则关注于对材料有效介电常数和磁导率的负值设计，探讨了实现超分辨成像（亚波长成像）和隐身器件的理论基础，包括负折射率材料的等效电路模型。 --- 第二部分：光电子与集成光路器件（Optoelectronics and Integrated Circuits） 本部分关注将光学功能集成到微电子平台上的关键技术和器件。 第五章：半导体激光器原理与进展 从基本的光放大机理（受激发射）出发，本章详细分析了分布反馈（DFB）激光器、垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结构、阈值电流密度计算和温度特性。特别讨论了量子级联激光器（QCL）的工作原理，它允许在光刻胶区域内产生多级跃迁，实现波长覆盖中红外和太赫兹波段。 第六章：光调制器与探测器技术 本章探讨了如何将电信号高效转换为光信号，以及如何将光信号高效转换为电信号。重点介绍了基于马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和电光效应（如Pockels效应）的外部调制器，以及高速调制器的设计挑战。在探测器方面，分析了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的性能参数（量子效率、响应速度），并讨论了高灵敏度单光子探测器的技术路线。 第七章：硅基光子集成技术（Silicon Photonics） 硅光子学是当前信息技术领域的研究热点。本章深入探讨了在CMOS工艺兼容的硅衬底上制造高质量光波导、耦合器、分束器和环形谐振器的方法。详细分析了硅光子芯片中关键的电光调制器——载流子耗尽型调制器的工作机制，以及其速度和能效的限制因素。本章也涵盖了光电集成（PIC）中光子与电子器件的耦合封装挑战。 第八章：光纤通信与波分复用技术 本章侧重于高速、大容量光通信系统。详细阐述了色散补偿（正色散与负色散）的原理和实践，以及非线性效应（如四波混频FWM）对多通道系统的影响。重点讲解了密集波分复用（DWDM）系统的关键组件，如高选择性滤光片和灵活光通道选择开关（ROADMs）的设计与控制。 --- 第三部分：量子信息与量子光学前沿（Quantum Information and Advanced Quantum Optics） 本部分转向利用光子作为信息载体的量子领域。 第九章：量子光学基础与单光子源 本章建立量子光学的理论框架，包括光子的量子概念、量子场论的初步介绍、相干态、压缩态的描述。着重讨论了制备高质量单光子源的实验技术，包括自发参量下转换（SPDC）、自发四波混频（SFWM）在高强度激光驱动下的实现，以及固态系统（如缺陷中心）作为单光子源的优势与局限。 第十章：量子纠缠的生成与表征 量子纠缠是量子信息处理的核心资源。本章深入探讨了贝尔态的制备、GHZ态的生成，以及如何利用量子态层析（Quantum State Tomography, QST）技术来完整表征多光子量子态。讨论了纠缠光子源的空间和偏振纠缠的实验实现方法。 第十一章：量子计算与量子网络中的光子 本章聚焦于基于光子的量子计算模型，特别是线性光学量子计算（LOQC）的理论基础，包括测量诱导遥控（MBQC）的实现路径。同时，详细分析了光子在构建远距离量子网络中的作用，包括纠缠分发、量子中继器的基本概念和实现所需的光学存储单元的要求。 第第十二章：光场操控与精密测量 本章介绍如何利用光场精确探测和操纵量子系统。内容包括阿秒脉冲的产生原理（高次谐波的产生机制与控制），以及其在超快动力学研究中的应用。在精密测量方面，阐述了利用压缩态光提高标准量子极限（SQL）以下噪声的激光干涉测量技术（如LIGO的升级方案）。 --- 第四部分：交叉学科应用与工程挑战（Interdisciplinary Applications and Engineering Hurdles） 本部分将理论与技术应用于实际场景，并探讨工程实现中的瓶颈。 第十三章：生物医学光子学与成像 本章探讨了光在生命科学中的应用。详细介绍了一种称为“双光子激发荧光显微镜（2PEF）”的技术，解释了其如何利用非线性吸收原理实现深度穿透和减少光漂白。此外，还涵盖了光学相干断层扫描（OCT）的技术细节，以及光声成像（PAI）中光热转换和声波探测的耦合机制。 第十四章：先进传感与环境监测 本章关注光纤传感器和基于微腔的光谱传感技术。讨论了光纤布拉格光栅（FBG）传感器在应力、温度和化学品检测中的应用，其原理基于波长漂移。此外，深入分析了高精度气体传感中，利用微纳腔结构增强光与目标分子相互作用的增强机制。 第十五章：光伏与能源转换器件 本章讨论了光电子技术在可再生能源领域的应用。详细分析了晶体硅太阳能电池的效率极限（Shockley-Queisser极限），以及如何通过薄膜技术和钙钛矿材料来突破传统限制。重点讨论了光伏器件中的光捕获策略（如表面等离子激元增强和纹理化技术）。 第十六章：工程挑战、封装与可靠性 本章是全书的收官之章，侧重于从实验室到实际应用的转化。讨论了高密度光子集成电路中的热管理问题（热光效应的影响），高带宽光互连中的串扰与噪声控制，以及大规模光电子阵列的精密对准和封装技术。最后，对未来光电子器件在能效、集成度方面的发展趋势进行了展望。

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