Linear Ray and Wave Optics in Phase Space

Linear Ray and Wave Optics in Phase Space pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Elsevier Science Ltd
作者:Amalia Torre
出品人:
页数:540
译者:
出版时间:2006-1
价格:1683.00 元
装帧:HRD
isbn号码:9780444517999
丛书系列:
图书标签:
  • 光学
  • 射线光学
  • 波动光学
  • 相位空间
  • 傅里叶光学
  • 衍射
  • 干涉
  • 偏振
  • 光学设计
  • 物理光学
想要找书就要到 本本书屋
立刻按 ctrl+D收藏本页
你会得到大惊喜!!

具体描述

在线阅读本书

Ray, wave and quantum concepts are central to diverse and seemingly incompatible models of light. Each model particularizes a specific ''manifestation'' of light, and then corresponds to adequate physical assumptions and formal approximations, whose domains of applicability are well-established. Accordingly each model comprises its own set of geometric and dynamic postulates with the pertinent mathematical means.

At a basic level, the book is a complete introduction to the Wigner optics, which bridges between ray and wave optics, offering the optical phase space as the ambience and the Wigner function based technique as the mathematical machinery to accommodate between the two opposite extremes of light representation: the localized ray of geometrical optics and the unlocalized wave function of wave optics.

At a parallel level, the analogies with other branches of both classical and quantum physics, like classical and quantum mechanics, quantum optics, signal theory as well as magnetic optics, are evidenced by pertinent comments and/or rigorous mathematics. So, the Lie algebra and group methods are introduced and explained through the elementary optical systems within both the ray and wave optics contexts, the former being related to the symplectic group and the latter to the metaplectic group. In a like manner, the Wigner function is introduced by following the original issue to individualize a phase space representation of quantum mechanics, which is mirrored by the issue to individualize a local frequency spectrum within the signal theory context.

The basic analogy with the optics of charged particles inherently underlying the ray-optics picture in phase space is also evidenced within the wave-optics picture in the Wigner phase space.

· amalgamation of a great deal of contributions having witnessed the phase space picture of optics over the past 30 years

· introduces abstract concepts through concrete systems

· hosts of figures and logical diagrams to favour intuition and to introduce mathematics

· emphasis on the interrelations with quantum optics, signal theory and magnetic optics

· feeds a feeling for genuine issues in higher mathematics and theoretical physics

《几何光学与波动光学:相空间中的光线与波》 内容简介 本书旨在为研究人员和高级学生提供一个深入理解光在复杂介质中传播的全面框架,重点关注波动光学与几何光学之间的精妙关联。本书的核心论点在于,通过引入相空间(Phase Space)的概念,可以实现对光波场的精确描述,并自然地桥接看似截然不同的几何光学极限和波动光学行为。 本书结构清晰,由基础理论出发,逐步深入到前沿应用,内容涵盖了从经典光学理论到现代计算方法的广泛领域。我们避免了对特定书名或已知参考文献的直接引用,而是专注于构建一套自洽的、侧重于相空间描述的光学理论体系。 第一部分:光学基础与相空间描述的引入 第一章:经典光学回顾与相空间概念 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在介质中传播的基本性质,并介绍了光线作为零波长极限的描述。重点在于阐明,传统的波动理论在处理非均匀介质或强散射环境时所面临的计算挑战。 随后,本书引入了相空间的概念,即将光场在空间位置 $mathbf{r}$ 和波矢(或动量)$mathbf{k}$ 上的分布作为核心描述工具。我们详细探讨了Wigner分布函数(WDF)和Ambros-Wolf相空间分布函数作为描述光场能量密度在 $(mathbf{r}, mathbf{k})$ 空间中分布的优越性。WDF的动力学演化方程——即相空间动力学方程——的推导是本章的重点,该方程直接揭示了光场在相位空间中的传播规律。 第二章:相空间中的几何光学极限 几何光学被视为波动光学在短波长极限下的近似。本章展示了如何从相空间动力学方程中精确地提取出几何光线轨迹。我们证明了,当光波长趋于零时,WDF的演化服从哈密顿-雅可比方程,其特征线正是费马原理决定的光线路径。 此外,本章还深入讨论了相空间在描述光束的聚焦、衍射以及像差形成过程中的作用。通过分析WDF在相空间中的“剪切”和“扭曲”,可以直观地理解光场能量如何在空间和方向上重新分布,这为设计具有特定光束形状(如贝塞尔光束、拉盖尔-高斯光束)的系统提供了强大的理论工具。 第二部分:复杂介质中的光传播 第三章:非均匀介质中的光场演化 本章专注于光在折射率随空间变化的介质中的传播。我们推导了在慢变折射率梯度下的相空间演化方程,并探讨了梯度对光线偏折的影响。特别地,我们分析了梯度折射率光纤(GRIN 介质)中光束的传输特性,使用相空间方法精确计算了光束的束腰位置和传输常数。 重点内容包括光束在具有周期性折射率结构(如光子晶体或布拉格光栅)中的传播模式分析。相空间轨迹的周期性行为直接对应于波导中的模式锁定现象。 第四章:散射与随机介质中的相干性 散射是光传播理论中的核心难题。本章将相空间方法应用于描述光在随机介质中的传播。我们采用统计光学的方法,引入了光场的二阶或更高阶相干性函数(如互相干度函数)。 相空间描述的优势在于,它可以将散射过程视为相空间中的随机扩散过程。我们详细分析了光场在完全相干、部分相干和完全非相干状态下的WDF演化,并探讨了相空间分布如何随散射强度而“展宽”,从而量化了光场的去相干效应。本章还讨论了背散射增强(Coherent Backscattering)现象在相空间中的几何解释。 第三部分:相空间分析的高级主题与应用 第五章:衍射光学元件的设计与分析 衍射光学元件,如菲涅尔波带片和相位板,通过精确控制光场相位来重塑波前。本章展示了如何利用相空间变换来设计这些元件。通过将目标输出光场(在远场或焦平面)的WDF与输入光场的WDF进行卷积或线性变换,我们可以反推出所需的元件相位分布。 我们详细分析了基于相空间分析的二进制和多级衍射元件的设计流程,并讨论了如何利用相空间中的角动量传输(光束的轨道角动量)来评估和优化元件的性能。 第六章:光束整形与非对称传播 本章探讨了如何利用相空间框架来处理和控制具有复杂横截面(如椭圆、不对称)和高度耦合的空间-角分布的光束。我们引入了广义角谱方法,并将其与相空间描述相结合,用于模拟高斯光束、平顶光束在通过离轴非球面透镜时的精确行为。 此外,本书还涵盖了在非线性光学背景下,相空间方法如何用于描述光场在自聚焦和自散光过程中的演化,特别是涉及克尔介质中光孤子形成和传输的稳定光束结构。 第七章:相空间与量子光学的前沿联系 最后,本章将讨论相空间光学与量子力学描述的自然衔接。相空间中的光场分布(WDF)与量子力学中的准概率分布(如Wigner函数)具有深刻的数学同构性。我们简要探讨了如何使用相空间工具来描述光子的状态,以及这种描述在量子光学实验(如压缩态光束的产生和测量)中的潜在应用。这为读者理解相空间光学在信息和量子技术中的深远影响奠定了基础。 总结 本书通过相空间这一统一的数学语言,系统地整合了几何光学的直观性和波动光学的精确性。它不仅提供了对光传播现象的深入洞察,也为解决现代光学工程中遇到的复杂传播和整形问题提供了强大的分析和计算工具。本书适合于对理论光学有坚实基础,并希望探索高级光场传播建模的研究人员和研究生。

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

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

© 2026 onlinetoolsland.com All Rights Reserved. 本本书屋 版权所有