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出版者:Nova Science Pub Inc

作者:Arkin, William T. (EDT)

出品人:

页数:230

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:HRD

isbn号码:9781594548598

丛书系列:

图书标签:

Lasers
Electro-Optics
Optical Physics
Photonics
Laser Technology
Optical Engineering
Nonlinear Optics
Fiber Optics
Optical Materials
Quantum Optics

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具体描述

探索光子学前沿：光电技术与材料的深度解析图书名称：光电科学新进展：从基础理论到尖端应用图书简介：本书旨在为光电子学、光学工程、材料科学以及相关领域的科研人员、高级工程师和研究生提供一个全面、深入且与时俱进的知识平台。它系统地梳理了近年来在光与物质相互作用、新型光电材料、先进光学器件以及前沿光电系统设计方面取得的突破性进展，力求在理论深度与工程实践之间搭建起坚实的桥梁。本书的叙述风格严谨而不失启发性，注重概念的清晰阐述和关键技术的剖析，避免了对既有成熟技术的重复介绍，而是聚焦于那些正在重塑行业格局的“新话题”。全书分为五大部分，共十六章，内容涵盖了当前光电领域最受关注和最具潜力的新兴方向。 --- 第一部分：超快光学与非线性现象的新疆域本部分重点探讨了在超短脉冲激光与物质相互作用、高次谐波产生（HHG）以及新型非线性介质设计方面的最新研究成果。第一章：飞秒与阿秒脉冲的产生与操控本章深入分析了先进的光学频率梳技术（Optical Frequency Combs）在超快光谱学中的应用扩展，尤其关注如何利用拓扑绝缘体和二维材料实现更稳定、更高重复频率的飞秒激光器设计。同时，详细阐述了阿秒脉冲在实时观测电子动力学中的关键作用，包括其在 attosecond streaking 和 reconstruction of attosecond harmonic beating (RABBIT) 等技术中的最新优化方案。讨论了相干控制理论在引导非线性过程中的最新进展，特别是如何通过精确调控激光场的电场形状来选择性激发特定的量子态。第二章：新颖的非线性光学材料与超材料本章聚焦于超越传统晶体材料的非线性响应。详细介绍了具有高二阶或三阶非线性系数的二维过渡金属硫化物（TMDs，如 $ ext{MoS}_2, ext{WSe}_2$）的制备、表征及其在频率转换中的潜力。深入剖析了负折射率材料（Metamaterials）和超表面（Metasurfaces）在增强局部电磁场强度、实现超低阈值非线性效应方面的最新设计原理和制造工艺，特别是其在片上集成非线性光学元件中的应用前景。 --- 第二部分：光子集成与量子光学前沿本部分关注将复杂光学功能微型化、集成化的最新趋势，以及量子信息处理在光电系统中的实际部署。第三章：硅光子学的高级异质集成技术本章不再局限于基础的硅基波导结构，而是侧重于如何实现不同材料（如 III-V族半导体、铌酸锂）与硅平台的高效、低损耗集成。详细探讨了键合技术（Bonding Techniques）和异质材料的直接生长技术在激光器、调制器和探测器集成中的最新突破。重点分析了如何利用硅光子平台实现高调制带宽的相干光通信系统，包括对噪声抑制和色散补偿的先进方法。第四章：集成光量子计算架构本章深入探讨了基于集成光子芯片的量子计算平台。讨论了单光子源（如量子点、缺陷中心）在片上集成中的耦合效率优化策略。详细分析了线性光学量子计算（LOQC）的最新拓扑结构，包括如何利用 Mach-Zehnder 干涉仪阵列实现高保真度的量子门操作。此外，还涵盖了量子存储器与光子电路接口技术的最新进展。第五章：拓扑光子学与无损传输本章介绍了拓扑理论在光波导设计中的应用，重点阐述了如何设计具有拓扑保护的边缘态，以实现对缺陷和散射的免疫能力。详细分析了光子晶体和非厄米系统在产生拓扑非互易传输中的作用，以及这些结构在构建抗干扰光通信和传感网络中的潜在价值。 --- 第三部分：先进光电探测与成像技术本部分聚焦于如何突破传统探测器的性能瓶颈，实现更高灵敏度、更宽光谱范围和更高空间分辨率的成像与测量。第六章：超灵敏光电探测器的创新设计本章侧重于量子极限附近的探测技术。详细介绍了基于单光子雪崩二极管（SPAD）阵列的先进读出电路设计，以及如何通过噪声抑制算法提高其信噪比。特别关注了新型低维材料（如钙钛矿、量子点）在红外和太赫兹波段光电探测中的应用，分析了它们在高效率光电转换方面的机理优势。第七章：计算成像与深度学习的融合本章探讨了如何利用计算方法显著提升传统光学系统的能力。详细介绍了压缩感知（Compressed Sensing）在低光照或高动态范围成像中的具体实现，以及基于深度卷积神经网络（CNN）的盲反卷积和散射介质成像算法。重点展示了如何利用深度学习模型进行光谱信息的高效重建和三维场景的实时建模。第八章：太赫兹波段的光电生成与检测本章针对太赫兹（THz）波段的“真空区”问题，探讨了基于超快激光泵浦的等离子体发射源和基于光电导天线（PCDA）的优化。着重分析了利用光电导材料的表面等离激元共振来增强太赫兹辐射效率的方法，以及在成像和光谱学中解决探测器带宽限制的最新策略。 --- 第四部分：新型光电材料与能源转化本部分探讨了在光电能量转换和存储领域中，新材料带来的革命性潜力。第九章：高性能光伏器件的界面工程本章不再关注传统的硅电池，而是深入研究钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性和效率瓶颈。详细剖析了界面缺陷钝化技术，特别是新型有机/无机混合钝化剂对电荷迁移率和长期稳定性的影响。讨论了串联电池结构中中间层材料的选择与优化，以实现超过理论极限的光电转换效率。第十章：光催化与人工光合作用的新型催化剂本章关注如何利用太阳能驱动化学反应。系统介绍了基于半导体纳米结构（如 $ ext{g-C}_3 ext{N}_4$ 复合材料、量子点）的可见光催化剂设计原理。重点讨论了如何通过表面等离激元共振效应增强光吸收和电荷分离效率，以优化 $ ext{CO}_2$ 还原和水分解制氢的反应路径。第十一章：电致发光器件的效率极限探索本章分析了新一代有机发光二极管（OLED）和量子点发光二极管（QLED）的设计。重点探讨了热激活延迟荧光（TADF）材料和超荧光（Hyperfluorescence）机制如何突破传统斯托克斯限制，实现接近100%的内量子效率。讨论了如何通过精确控制电荷注入层和传输层的能级结构来减少能量损失。 --- 第五部分：光场调控与精密测量本部分关注如何对光场进行几何和物理特性的极端操控，以及这些技术在精密测量中的应用。第十二章：可编程光场调控的实时性挑战本章深入研究了基于空间光调制器（SLM）和可编程光超表面（LCSMs）的实时光场塑造技术。讨论了如何设计高效的驱动算法和硬件架构，以实现每秒数千帧的相位和振幅调制。应用案例包括实时全息显示和动态聚焦光学镊子。第十三章：微纳尺度下的光场表征本章介绍了突破衍射极限的光场近场成像技术。详细阐述了散射近场扫描光学显微镜（s-SNOM）在高空间分辨率下分析材料的介电常数和表面等离激元分布的最新进展。同时，讨论了基于拉曼散射和四波混频的非线性光谱技术如何用于表征微纳结构的光谱响应。第十四章：新型量子计量学与传感本章关注利用量子特性提高测量精度。重点介绍了基于纠缠光子对的超灵敏度干涉测量技术，及其在引力波探测和精密重力测量中的应用潜力。详细分析了利用金刚石色心（NV Centers）实现高灵敏度、高空间分辨率的磁场和温度传感的技术细节，尤其是在生物医学成像中的应用。第十五章：光子学中的人工智能辅助设计（AI-Assisted Photonics Design）本章探讨了生成对抗网络（GANs）和强化学习在加速复杂光电器件（如宽带完美吸收体、多功能超表面）参数优化中的应用。分析了如何利用数据驱动的方法快速收敛到传统迭代方法难以达到的最优解空间。第十六章：光场在生物组织中的深度穿透与成像本章关注解决生物光子学中的核心难题：光在散射介质中的传播问题。详细介绍了散射补偿算法，如时间门控成像和基于深度学习的去卷积方法。探讨了在近红外和可见光窗口利用新型荧光探针实现深层组织高对比度活体成像的新策略。 --- 本书的每一章节均由领域内的资深专家撰写或审阅，确保了内容的权威性和前瞻性。它不是一本基础教材的简单更新，而是对那些正在构建未来光电子世界的“新议题”的深度聚焦与系统梳理。