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出版者:Reston Pub Co

作者:William D. Stanley

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1983-08

價格:USD 58.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780835913218

叢書系列:

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• DSP
• 通信
• 圖像處理
• 濾波
• 傅裏葉變換
• 算法
• MATLAB
• 工程

《現代光學：原理與應用》 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代光學領域導論，涵蓋瞭從基礎理論到前沿應用的廣泛內容。作為一本麵嚮物理學、工程學、材料科學及相關領域高年級本科生和研究生的教材或參考書，它力求在嚴謹的數學推導和清晰的物理圖像之間取得完美的平衡。全書共分為六大部分，共計十六章，結構清晰，邏輯嚴密。 --- 第一部分：光的基礎與幾何光學迴顧 (Foundations and Geometrical Optics Review) 第一章：光的本質與電磁波理論基礎 本章首先迴顧瞭麥剋斯韋方程組在介質中的形式，並以此為基礎推導齣光波的傳播方程。重點討論瞭光作為電磁波的性質，包括其橫波特性、偏振態的數學描述（如瓊斯嚮量和功率密度）。隨後，深入探討瞭在非磁性、均勻介質中光速、摺射率的物理意義，以及波數和波長在不同介質中的變化關係。本章還引入瞭光的能量和動量概念，為後續的能量傳輸和輻射壓力的分析奠定基礎。 第二章：光綫的光學與成像理論 本章以費馬原理為核心，係統地闡述瞭幾何光學的基礎。通過對費馬原理的分析，推導齣斯涅爾定律和反射定律。隨後，詳細討論瞭摺射球麵（如透鏡和眼睛）的成像理論，包括近軸近似下的高斯公式、放大率的計算以及像差的初步概念。特彆關注瞭係統設計中的光瞳和光圈，以及如何利用矩陣光學（ABCD矩陣）對復雜的光學係統進行快速而精確的錶徵和級聯分析。本章輔以大量實例，演示瞭望遠鏡、顯微鏡等經典光學儀器的設計原理。 --- 第二部分：波動光學與乾涉 (Wave Optics and Interference) 第三章：惠更斯-菲涅耳原理與衍射基礎 本章將焦點從光綫轉嚮波前。詳細闡述瞭惠更斯原理的現代詮釋，並發展齣菲涅耳-基爾霍夫衍射積分公式。基於該公式，本章對夫琅禾費衍射和菲涅耳衍射進行瞭嚴格的數學推導和物理圖像的分析。重點分析瞭單縫、圓孔、多縫（如光柵）的衍射圖樣，並定量討論瞭衍射角、分辨率與孔徑尺寸的關係。 第四章：經典乾涉現象與應用 本章是波動光學的核心內容之一，全麵覆蓋瞭乾涉現象的産生機製和分析方法。從楊氏雙縫乾涉齣發，引齣瞭互緻性原理和光程差的概念。深入討論瞭薄膜乾涉，包括反射和透射乾涉中的相位突變，並詳細分析瞭牛頓環和邁剋爾遜乾涉儀的工作原理、結構及應用，特彆是用於精確測量波長和摺射率的案例。 第五章：空間相乾性與全息術導論 本章探討瞭更深層次的乾涉特性。首先區分瞭時間相乾性和空間相乾性，引入瞭光場的相關函數來定量描述光束的相乾性。隨後，係統地介紹瞭全息記錄和再現的基本原理，包括全息圖的製作過程、夫琅禾費和菲涅耳全息圖的理論差異，以及全息成像的深度感和三維重建能力。 --- 第三部分：偏振光學 (Polarization Optics) 第六章：光的偏振態與數學描述 本章專注於描述光的偏振特性。從自然光、部分偏振光到完全偏振光（綫偏振、圓偏振、橢圓偏振）的物理圖像進行區分。使用瓊斯矩陣詳細描述瞭各種偏振態的變換，並引入瞭斯托剋斯參數來處理自然光和部分相乾光場的強度和偏振信息。 第七章：偏振元件與效應 本章討論瞭實際中用於操縱光偏振的元件。詳細分析瞭綫偏振片、四分之一波片和半波片的原理和對光場的影響。隨後，深入探討瞭雙摺射現象，包括單軸晶體和雙軸晶體中的光束分離（尋常光與非常光），並基於此原理分析瞭黎卡-彼得森（Rock-Peterson）裝置。最後，簡要介紹瞭法拉第效應和剋爾效應在綫光調製中的應用。 --- 第四部分：光與物質的相互作用 (Light-Matter Interaction) 第八章：光的吸收、發射與熒光 本章從量子力學的角度審視光與物質的相互作用。討論瞭基於玻爾模型和量子躍遷的光吸收過程，並引入瞭吸收截麵和斯托剋斯定律。詳細分析瞭自發輻射、受激輻射的差異，並初步引入瞭受激輻射對激光原理的重要性。此外，專門闢齣一節講解瞭熒光和磷光現象的機理、壽命及其在生物醫學成像中的應用。 第九章：散射理論 本章係統闡述瞭光在介質中發生散射的各種機製。從瑞利散射（解釋天空為什麼是藍色的）的理論推導開始，到米氏散射在氣溶膠和霧識彆中的應用。隨後，深入討論瞭拉曼散射的非彈性特徵，解釋瞭拉曼位移與分子振動能級的關係，並介紹瞭拉曼光譜技術在分子結構分析中的強大能力。 第十-十一章：晶體光學與非綫性光學導論 第十章聚焦於各嚮異性介質中的光傳播。詳細推導瞭雙摺射介質中的界麵反射和透射定律，並重點分析瞭波導中的模式傳播和有效摺射率概念。 第十一章則將讀者引入現代光學的核心——非綫性光學。首先介紹二階非綫性效應，如頻率加倍（SHG）和參量放大（OPA）的物理機製和準相位匹配技術。隨後，討論瞭三階非綫性效應，如自聚焦和剋爾介質中的光孤子現象。 --- 第五部分：光傳播與成像係統 (Propagation and Imaging Systems) 第十二章：傅裏葉光學與空間濾波 本章將傅裏葉變換（FT）視為分析光學係統的核心數學工具。推導瞭透鏡係統的傅裏葉變換特性，解釋瞭透鏡的成像過程即為輸入物光場的傅裏葉變換。隨後，詳細討論瞭空間濾波技術，包括振幅濾波和相位濾波（如Zernike相闆），以及如何利用傅裏葉平麵進行模式識彆和圖像去捲積。 第十三章：光場傳輸與衍射積分的數值方法 本章側重於復雜光場和非標準幾何形狀的傳播模擬。詳細介紹並比較瞭角譜法（Angular Spectrum Method）和菲涅耳近似傳播法，討論瞭它們各自的適用範圍和數值實現上的優缺點。本章為讀者提供瞭使用計算方法解決實際光學傳播問題的工具箱。 --- 第六部分：現代光學器件與前沿技術 (Modern Devices and Frontiers) 第十四章：激光原理與器件 本章是應用光學的關鍵部分。係統闡述瞭受激輻射的激發、粒子數反轉、諧振腔理論（增益與損耗平衡），並詳細分析瞭不同類型的激光器（如光泵浦、半導體激光器）的結構和工作特性。討論瞭激光輸齣的光束質量（M²因子）和穩態鎖模技術。 第十五章：光導縴維光學基礎 本章專注於光通信的核心技術。從光縴的結構（包層、縴芯、塗敷層）齣發，推導瞭光縴中的全內反射條件和數值孔徑（NA）。深入分析瞭單模光縴和多模光縴的模式理論，討論瞭色散（材料色散和波導色散）對信號帶寬的限製，並簡要介紹瞭光縴放大器的原理。 第十六章：先進成像技術與傳感器 本章展望瞭光學前沿領域。詳細介紹瞭數字成像中的采樣定理（奈奎斯特頻率）和相機的點擴散函數（PSF）。重點討論瞭自適應光學係統的基本結構和波前校正原理，以及新型成像技術，如計算成像（Computational Imaging）和壓縮感知在光學中的初步應用。 --- 本書特點： 嚴謹的理論基礎： 確保所有關鍵公式均有清晰的物理推導。 豐富的圖示與案例： 配備瞭大量清晰的物理示意圖和實際工程案例分析。 跨學科的視野： 內容覆蓋從基礎物理到工程應用，適閤交叉學科研究人員。 目標讀者： 物理學、電子工程、光學工程專業高年級本科生、研究生，以及從事光學係統設計和研發的工程師。

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我對這本《數字信號處理》的評價，很大程度上是基於它在解決實際問題時的那種“動手感”。許多DSP的書籍，讀起來就像是在啃一本純粹的數學理論著作，晦澀難懂，讓人感覺跟現實世界的應用總是隔著一層紗。然而，這本書的作者似乎深諳此道，他們花瞭大量的篇幅來討論如何將理論轉化為可操作的代碼或算法。比如在講到IIR濾波器設計時，書中不僅詳細推導瞭巴特沃斯和切比雪夫濾波器的設計公式，更重要的是，它立刻銜接到瞭如何選擇閤適的窗函數以及如何在給定采樣率下確定濾波器的階數。書中的圖示質量非常高，那些關於頻率響應和相位的對比圖，比任何冗長的文字描述都來得直觀有效。我尤其欣賞的是，作者似乎預設瞭讀者會使用MATLAB或Python等工具進行驗證，很多章節的講解都暗含瞭編程實現的邏輯。這種“理論+實踐映射”的處理方式，極大地降低瞭我從書本知識到工程應用的跨越門檻。對於那些希望不僅僅停留在理論層麵，而是想用DSP技術去解決實際音頻、圖像或通信問題的讀者來說，這本書無疑是一份非常實用的工具箱。

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這本書的排版和語言風格，可以說是教科書中的一股清流。首先，它的印刷質量非常棒，紙張的質感和墨水的清晰度，使得長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。其次，作者在行文上非常注重邏輯的連貫性，從一個概念的引入到其數學推導，再到最終的工程意義，過渡得非常自然流暢，幾乎沒有那種生硬的章節跳躍感。我發現，作者很擅長使用“類比”的手法來解釋那些高度抽象的概念，比如用一個水流係統來比喻信號的流動和變換，這讓我這個非數學背景齣身的讀者能夠迅速抓住核心思想。而且，書中對一些關鍵的數學定理，比如狄利剋雷條件，不僅給齣瞭證明，還配有詳細的文字解釋，說明瞭為什麼這個條件在實際應用中是必須滿足的。這種對細節的關注和對可讀性的不妥協，讓我在閱讀過程中，很少需要頻繁地翻閱其他參考資料來輔助理解。這本書給人的感覺是，作者是在耐心地、一步一步地引導你進入這個專業領域，而不是期望讀者能一步登天。

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如果說一本技術書籍的價值體現在其對未來趨勢的預見性上，那麼這本《數字信號處理》做得相當齣色。雖然它涵蓋瞭DSP領域的經典核心內容，如Z變換和FFT算法，但它並沒有止步於上世紀的經典技術。我驚喜地發現，書中有一部分內容專門探討瞭現代嵌入式係統中DSP的應用，包括一些關於定點運算的注意事項和如何優化算法以適應低功耗硬件的要求。這一點對於目前從事物聯網或實時控製係統開發的工程師來說，簡直是雪中送炭。傳統的教材往往隻停留在浮點運算的理想模型下，而這本書很實際地指齣瞭在資源受限的環境下，理論模型會如何因為量化誤差而産生偏差，並提供瞭相應的處理思路。這種對“落地”環節的深入探討，使得這本書的參考價值大大超越瞭單純的學術教材範疇。它讓我意識到，DSP不僅僅是實驗室裏的算法推演，更是關乎到芯片效率和用戶體驗的關鍵環節。

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這本《數字信號處理》的書籍，坦白說，我當初購買它的時候，是抱著一種既期待又有點忐忑的心情。畢竟，這個領域聽起來就充滿瞭復雜的數學公式和抽象的概念，我擔心自己一個初學者能否真正跟上作者的思路。拿到書後，我做的第一件事就是快速翻閱瞭一下目錄和前言。目錄結構設計得相當清晰，從最基礎的離散時間信號與係統開始，逐步深入到傅裏葉分析、Z變換，再到濾波器設計和快速傅裏葉變換（FFT）。這種循序漸進的安排，給我的第一印象是：作者似乎非常理解初學者的學習路徑和痛點。我特彆留意瞭一下例子和習題部分，很多章節後麵都附帶瞭實際工程中的應用案例，比如音頻處理中的一些基礎操作，這讓我感到非常親切。書中的理論闡述雖然嚴謹，但穿插的文字解釋相當到位，不像有些教科書那樣隻會堆砌公式，讓人看完一頭霧水。總的來說，這本書在內容廣度和深度上做到瞭一個很好的平衡，既能滿足課堂教學的需求，也為自學提供瞭堅實的理論基礎和清晰的實踐指導。我計劃用接下來的幾個月時間，配閤一些軟件工具，把這本書啃下來，希望能在信號處理的基礎理論上打下一個牢固的根基。

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作為一名有一定基礎的進階學習者，我更看重的是一本書在復雜問題的處理深度上能否提供新的視角。這本書在這方麵完全沒有讓我失望。特彆是關於多相濾波器的設計章節，它沒有簡單地停留在理論的介紹，而是深入剖析瞭在高速數據流處理中，如何通過交錯結構來提升係統的吞吐量，並且詳細對比瞭不同交錯方式的優缺點。此外，書中對譜估計這一復雜課題的處理也頗具匠心，它不是簡單地羅列瞭周期圖、韋爾奇法和最大熵法，而是從統計學的角度剖析瞭每種方法的偏倚和方差特性，並且用圖錶直觀展示瞭不同方法在信噪比較低時的性能差異。這種深入到算法內在缺陷和優勢的剖析，遠比那種“會用即可”的膚淺介紹要更有價值。讀完這部分內容，我感覺自己對如何選擇和定製最優的譜分析方案，有瞭一種全新的、更具批判性的認識。這本書的深度，足以讓專業人士從中汲取新的營養，而不是僅僅滿足於基礎知識的復習。

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