光通信物理导论

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出版者:科学出版社
作者:何晓东
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2000-01-01
价格:22.0
装帧:
isbn号码:9787030051462
丛书系列:
图书标签:
  • 光通信
  • 物理
  • 光纤通信
  • 光电子
  • 通信工程
  • 物理学
  • 高等教育
  • 教材
  • 光波导
  • 信息传输
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具体描述

本书主要介绍光通信技术所涉及的光学领域的基础知识。全书共分八章:光的电磁理论;光的干涉和衍射;光的偏振与晶体光学基础;光的吸收、色散和散射;光的量子性、激光;非线性光学现象;光导纤维;集成光学器件。在编写过程中,作者十分注意理论与实际的密切联系,着重基本概念、基本原理和基本方法的阐述,力求做到逻辑严谨,深入浅出。

本书可作为高校通信专业高年级学生和研究生的光通信理论基础的教材或教学参考书

《量子纠缠在信息传输中的应用》 本书是一部深入探讨量子纠缠这一前沿物理现象在现代信息传输领域应用潜力的学术专著。作者从基础量子力学概念出发,逐步引入纠缠态的定义、生成方式及其独特的非定域关联特性。全书以清晰的逻辑结构,将复杂的量子理论与实际的信息传输需求相结合,旨在为读者勾勒出量子纠缠如何颠覆传统通信模式的蓝图。 第一部分:量子纠缠基础 本部分将首先回顾经典物理学中的信息传输原理,分析其在传输速率、安全性和效率方面的固有局限性。随后,引出量子力学的基本公理,重点阐述量子态叠加和测量塌缩的概念。在此基础上,详细介绍量子纠缠的理论基础,包括贝尔不等式的推导及其在证明量子非定域性中的作用。本书将通过详实的数学推导和形象的物理类比,帮助读者深刻理解纠缠态的本质,即两个(或多个)量子系统之间存在一种超越经典关联的联系,无论它们相距多远,对其中一个系统的测量会瞬间影响到另一个系统的状态。 第二部分:量子纠缠的生成与操控 为了将量子纠缠应用于实际通信,必须掌握有效生成和精确操控纠缠态的技术。本部分将系统介绍当前主流的纠缠源技术,涵盖光子纠缠、原子纠缠、超导电路纠缠等多种实现方式。对于每种技术,都将深入剖析其工作原理、技术挑战以及在纠缠质量(如纠缠度、纯度)和纠缠生成速率方面的优劣。此外,本书还将探讨如何通过各种量子门操作来制备特定形式的纠缠态,以及如何利用光路、磁场等手段对纠缠态进行长距离传输和维持。实验层面,将详细介绍相关的实验装置搭建和测量技术。 第三部分:基于量子纠缠的信息传输协议 量子纠缠的独特属性使其能够实现一些经典通信无法企及的功能。本部分将重点介绍几种基于量子纠缠的关键信息传输协议。 量子隐形传态(Quantum Teleportation): 这一革命性的协议利用量子纠缠作为资源,可以将一个未知量子态从一个地点“传送”到另一个地点,而无需该量子态本身的物理传输。本书将详细解析量子隐形传态的协议流程,包括经典通信与量子通信的协同作用,以及对纠缠度、量子信道质量等关键因素的要求。还将探讨其在构建分布式量子计算网络中的潜在作用。 量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD): 安全性是信息传输的核心问题。本书将重点介绍基于量子纠缠的QKD协议,例如EPR协议和BBM92协议。与基于单光子QKD不同,纠缠基QKD在某些方面具有优势,例如对探测器效率不敏感等。本书将深入分析这些协议的安全性证明,阐述为何纠缠的存在能够保证密钥分发的无条件安全性,以及如何抵御各种量子攻击和经典攻击。 量子密集编码(Quantum Dense Coding): 这一协议利用一对纠缠粒子,使得发送方可以通过发送单个量子比特,同时向接收方传递两个经典比特的信息。本书将详细阐述密集编码的原理,分析其信息传输效率的提升,并讨论其在未来信息网络中的应用前景。 第四部分:量子纠缠在未来通信网络中的展望 量子纠缠作为构建未来量子通信网络的核心要素,其应用前景广阔。本部分将对基于量子纠缠的未来通信网络进行前瞻性探讨。 量子互联网(Quantum Internet): 本书将介绍构建量子互联网的愿景,包括量子中继器的作用,如何克服量子信号在长距离传输中的衰减和退相干问题。还将探讨量子存储器的重要性,以及如何实现不同量子网络节点之间的纠缠分发和信息交换。 量子安全通信(Quantum-Secure Communication): 随着量子计算能力的提升,现有的公钥加密体系将面临巨大威胁。本书将强调量子纠缠在构建后量子密码学中的作用,以及如何利用量子通信技术实现端到端的安全通信。 分布式量子计算(Distributed Quantum Computing): 量子纠缠也是连接多个量子处理器,实现分布式量子计算的关键。本书将探讨如何利用纠缠态实现量子计算机之间的协同计算,从而突破单台量子计算机的计算能力限制。 本书适合物理学、信息科学、计算机科学以及相关工程领域的学生、研究人员和工程师阅读。通过学习本书,读者将能够深入理解量子纠缠这一现象的深刻物理内涵,并掌握其在构建下一代信息传输系统中的关键技术和应用前景。本书致力于提供严谨的理论分析和清晰的逻辑阐述,力求成为该领域的一本重要参考书籍。

作者简介

目录信息

第一章光的电磁理论
§1-1电磁场基本方程
§1-2平面电磁波
§1-3球面波和柱面波
§1-4光波在介质界面上的反射和折射
习题
第二章光的干涉与衍射
§2-1光波迭加原理和相干条件
§2-2光源的相干性――时间相干性和空间相干性
§2-3多光束干涉
§2-4法布里?茬曷薷缮嬉?
§2-5惠更斯?卜颇?耳原理
§2-6夫琅禾费衍射
§2-7菲涅耳衍射
习题
第三章光
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书最让我感到惊喜的是它对“历史脉络”的隐性交代。尽管它是一本侧重于物理基础的教材,但在讲解某些经典理论或器件演进时,总能巧妙地提及关键人物的工作和时代背景,这使得阅读过程不再是枯燥的公式堆砌,而更像是一场学术史的巡礼。例如,在回顾光纤的诞生和发展时,字里行间流露出对早期科研人员探索精神的致敬,让人深切体会到科学发现的艰辛与伟大。这种人文情怀的融入,使得这部技术书籍拥有了超越一般工具书的温度。它不仅仅教会你‘是什么’和‘怎么做’,更让你思考‘为什么是这样’以及‘我们如何走到今天’。这种对学科发展史的尊重,潜移默化地培养了读者批判性思维和对科学求真务实的态度,是非常值得称赞的教学手法,使得学习的过程充满了探索的乐趣和历史的厚重感。

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这部著作,初翻开来,便觉其厚重与严谨并存,内容之翔实,足以让人对光学领域的探索产生更深的敬畏之心。作者显然是花费了大量心血来梳理那些错综复杂的理论脉络,使得原本晦涩难懂的概念,通过精妙的类比和清晰的逻辑推导,变得触手可及。特别是对于光纤的传输特性,书中对损耗、色散等关键瓶颈问题的剖析,简直是一场教科书级别的演示。我尤其欣赏它在基础物理原理上的着墨之深,这为理解后续更前沿的技术奠定了坚实的基础,绝非那种浮于表面的技术手册可比。阅读过程中,我时常停下来,细细揣摩那些数学模型背后的物理意义,那种豁然开朗的感觉,正是优秀教材的魅力所在。它不像有些书那样急于展示最新的应用成果,而是耐心地引导读者从最底层的光场分布、波导理论入手,构建起完整的知识体系。这种对根基的重视,使得读者在面对新问题时,能有能力进行深入的分析和判断,而不是仅仅停留在模仿阶段。

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坦率地说,这本书的难度系数是偏高的,但这种难度带来的成就感是无可替代的。它并没有选择走迎合初学者的捷径,而是直接切入了核心的物理挑战。比如,对于非线性光学现象的探讨,作者没有回避那些高阶的耦合项和时变效应,而是用相当篇幅去解析它们在高速光通信系统中所扮演的角色和带来的负面影响,这对于有志于从事系统优化或前沿器件研发的人来说,是极为宝贵的资料。它迫使读者必须调动起高等数学和电动力学的储备知识,去重构对光与物质相互作用的认知。与其说它是一本‘入门’书,不如说它更像是一部‘基石’著作,它所建立的理论框架,是后续学习更专业、更细分领域(比如量子光学、超快光子学)的必备前提。这种‘硬核’的品质,保证了其学术生命力,即便技术日新月异,底层物理原理的阐释依然恒久有效。

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这本书的阅读体验,就像是跟随一位经验极其丰富的工程师进行实地考察,他不仅指出了眼前的风景(技术实现),更带领我们深入山脉的构造(底层原理)。我发现它在讲解半导体激光器的工作机制时,那种对能带结构、载流子复合速率的描述,细致入微,几乎可以让人在脑海中“看”到光子是如何被精确地“制造”出来。而且,不同于一些偏重理论推导的教材,这部作品在每一个重要概念之后,都会配以恰到好处的工程实例或者实验现象作为佐证,极大地增强了理论的可操作性和说服力。例如,在讨论光调制器的非线性效应时,作者并未简单地罗列公式,而是结合实际的通信链路中可能出现的信号失真问题进行了深入探讨,这种‘理论指导实践’的编排方式,极大地提升了学习的效率和兴趣。对于我这样一个希望将基础知识与实际工程项目相结合的读者来说,这种平衡把握得非常到位,让人感觉这本书既有学术深度,又不失工程实用性。

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我不得不称赞其在图文排版上的用心良苦。通常,涉及复杂的光学原理和电磁场理论的书籍,插图往往是其软肋,要么过于简化失真,要么复杂到难以辨认。然而,这部作品中的示意图和剖面图,清晰度极高,且标注详尽,许多原本需要反复阅读才能理解的几何光学或波动光学概念,仅仅通过一幅精心绘制的图示便能瞬间明了。尤其是一些关键的耦合模式理论的图解,将能量如何在不同波导间转移的过程描绘得淋漓尽致,使得抽象的数学描述具象化了。这种对视觉辅助的重视,无疑是打破了读者在学习高深物理时常见的‘文字障碍’。此外,章节之间的过渡也处理得非常平滑自然,不至于让人感到知识点的突然跳跃,仿佛有一条看不见的、流畅的逻辑线索,将所有的知识模块巧妙地串联起来,引导读者按部就班地深入,这充分体现了编撰者对教学规律的深刻理解。

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