具体描述
好的，这是一份关于一本名为《现代光学与光子学基础》的图书简介，内容力求详实、专业，且不包含任何关于“电子线路”相关知识的描述： --- 现代光学与光子学基础 导言：光的奥秘与新时代的驱动力 自古以来，光以其独特的波动性和粒子性，一直是人类认识世界和探索自然界的核心对象之一。进入二十一世纪，随着超快激光技术、精密传感以及信息传输速率的飞速增长，我们正处于一个由光驱动的全新技术革命的黎明——光子学时代。 《现代光学与光子学基础》是一本深度剖析光与物质相互作用基本规律，并系统介绍当代光电子器件与前沿应用技术的权威性教材与参考著作。本书旨在为物理学、光学工程、电子信息、材料科学等领域的学生、研究人员及工程师提供一套完整、严谨且与时俱进的知识体系。我们摒视碎片化的知识点堆砌，致力于构建从经典光学到量子光学的逻辑严密的理论框架。 全书内容横跨电磁波理论的电磁场基础，直至光通信、量子信息等尖端领域，内容覆盖面广，理论深度适中，兼顾了基础物理原理的阐述与现代工程应用的结合。 第一部分：经典光学——波动性的基石 本部分奠定了理解所有光现象的理论基础，重点聚焦于光作为电磁波的传播特性和几何光学原理的适用边界。 第一章：电磁场与光波导基础 本章从麦克斯韦方程组出发，详细推导了电磁波在理想介质、各向异性介质（如晶体）中的传播方程。重点分析了平面波的性质、坡印廷矢量与能量流密度，为理解光在波导和光纤中的传输奠定了坚实的电磁理论基础。我们深入探讨了光在不同折射率界面上的反射与折射，包括全反射现象及其在棱镜和光纤中的应用。 第二章：几何光学与成像理论 尽管是基础内容，但几何光学是理解复杂光学系统设计（如相机、望远镜和显微镜）的关键。本章系统阐述了费马原理，并利用惠更斯-菲涅耳原理引入了波动光学。重点内容包括光线矩阵（ABCD矩阵）在多层光学系统分析中的应用，以及色差、像差（球差、彗差、像散等）的量化描述与校正方法。对于场曲和畸变等非理想像差，本书也给出了详细的数学模型和几何约束分析。 第三章：干涉与衍射——波动性的直接体现 这是波动光学最核心的部分。本章详尽分析了相干光叠加的原理。从杨氏双缝实验的定量分析出发，过渡到迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等经典仪器的原理与应用，重点讨论了光程差与相位差对干涉条纹的影响。在衍射部分，本书详细推导了菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的数学公式，并特别关注了衍射光栅在光谱分析中的高分辨率特性，以及圆孔衍射在空间分辨率限制中的作用。 第二部分：物理光学与光束传播 本部分从更精细的角度审视光的空间分布和演化过程，引入了傅里叶光学和光束整形的概念。 第四章：傅里叶光学与全息术 傅里叶光学是连接角域和空间域的桥梁。本章将衍射和成像过程统一在傅里叶变换的框架下进行分析，阐述了光学系统传输函数（OTF）的概念，这对于理解图像处理和光学滤波至关重要。随后，本书详细介绍了全息记录与再现的基本原理，包括数字全息技术及其在三维成像中的潜力。 第五章：光的偏振态与应用 光的偏振性是电磁波的重要属性。本章系统介绍了自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的数学描述，运用琼斯矩阵和穆勒矩阵对偏振态的演变进行精确计算。深入探讨了双折射材料（如波片）的工作原理，并讨论了偏振在液晶显示（LCD）、光学传感和应力分析中的实际应用。 第六章：光束传播与散射理论 本章关注光束在自由空间和复杂介质中的传播特性。重点分析了高斯光束的场分布、束腰定义以及傍轴传播特性，这是激光系统设计的基础。此外，本书也涉及了瑞利散射和米氏散射的理论，解释了天空呈现蓝色的物理机制，并讨论了光在粗糙表面上的散射特性，这对于遥感和表面形貌测量至关重要。 第三部分：光与物质的相互作用及量子光子学 本部分是全书的重点和难点，它将理论物理的深度与现代光电器件的工程实践紧密结合起来。 第七章：光与物质的相互作用：吸收、发射与增益 本章从量子力学的角度解释了原子、分子能级结构与光的相互作用。详细阐述了爱因斯坦的自发辐射、受激辐射和吸收系数，建立了激光器核心——受激发射的理论基础。对辐射的线型函数、能级寿命和粒子数反转的条件进行了严格的推导和分析。 第八章：激光原理与技术 作为现代光子学的核心，激光器的工作原理被详尽解析。内容涵盖谐振腔的稳定性判据（$g_1g_2$因子）、纵模和横模结构（TEM模式）。本书详细介绍了不同类型激光器（如半导体激光器、光纤激光器、固体激光器）的工作特性、效率和功率限制，并特别关注了超快脉冲的产生机制，如锁模技术。 第九章：半导体光电子学与器件 本章聚焦于现代信息技术和能源技术的基础——半导体光电器件。深入分析了半导体PN结在光照下的载流子行为，详细介绍了光电二极管（探测器）、光电导探测器的工作原理、响应速度和量子效率。随后，重点解析了半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）的载流子注入、复合效率和光输出功率的限制因素，并探讨了高功率和高效率器件的设计策略。 第四部分：前沿应用与新兴领域 本部分将前述理论知识应用于当今最具活力的光子学研究方向。 第十章：光纤通信与集成光子学 光纤作为光信息传输的载体，其特性决定了通信速率的上限。本章分析了单模光纤和多模光纤的模场分布、有效折射率和数值孔径。核心内容包括色散（材料色散、结构色散）的量化计算及其对超高速通信系统的影响，以及光纤损耗的机制分析。随后，本书引入了集成光子学（PICs）的概念，讨论了波导、耦合器、调制器和光开关等基本集成元件的设计与制造挑战。 第十一章：非线性光学现象 当光场强度足够大时，介质的极化率不再是线性的，非线性光学效应开始显现。本章详细介绍了二次谐波产生（SHG）、参量放大（OPA）和自相位调制（SPM）等基本过程。这些现象是产生新波长光源和实现超快光谱学工具的关键。 第十二章：光学测量与传感技术 本章展示了光学如何作为一种高灵敏度的非接触测量工具。内容涵盖了干涉测量（如Fizeau干涉仪、PZT驱动的相位调制）、光纤传感器（如基于布拉格光栅的传感原理）以及激光多普勒测速仪等。重点分析了测量中的噪声源和提高信噪比的设计技巧。 结语：展望光子学的未来 《现代光学与光子学基础》不仅是一本教科书，更是一张通往未来光技术世界的路线图。通过对这些基本原理的深入掌握，读者将有能力理解并参与到量子计算、生物成像、先进制造和下一代通信网络等前沿领域的创新与发展之中。本书期望激发读者对光这一基本自然现象的无限好奇心，并将其转化为解决复杂工程问题的强大工具。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 onlinetoolsland.com All Rights Reserved. 本本书屋 版权所有