晶体光学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:地质出版社

作者:

出品人:

页数:116

译者:

出版时间:1997-01

价格:10.00元

装帧:平装

isbn号码:9787116011540

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光的奇妙旅程：一窥光与物质相互作用的深邃领域 本书旨在带领读者深入探索一个迷人而基础的物理学分支——电磁波在各向异性介质中的传播行为及其宏观物理效应。我们将聚焦于非晶体物质，特别是那些具有精确、周期性原子排列的规则结构材料（如纯净的金属、常见的玻璃、高分子聚合物、生物组织等），系统阐述光线在其中遭遇的现象与规律。 全书内容组织严谨，逻辑递进，旨在为初学者构建坚实的理论框架，同时为专业研究人员提供详尽的参考资料。我们将从最基本的电磁场理论出发，逐步过渡到描述光在宏观物质中运动的本构方程。 第一部分：基础理论与各向异性介质的引入 本部分将为后续的深入分析打下坚实的数学和物理基础。 第一章：电磁场理论回顾与介质本构关系 我们将首先复习麦克斯韦方程组在真空中的形式，并引入介质中的修正形式。重点在于电位移矢量 ($mathbf{D}$) 与电场强度 ($mathbf{E}$)、磁感应强度 ($mathbf{B}$) 与磁场强度 ($mathbf{H}$) 之间的本构关系。在讨论各向同性介质时，这些关系是简单的比例关系。然而，本书的核心在于突破这一局限，引入介电张量 ($oldsymbol{epsilon}$) 和磁导率张量 ($oldsymbol{mu}$) 的概念。我们将详细解释张量表示的物理意义——即场的方向与响应方向不再保持一致，这是产生偏振旋转、双折射等现象的根本原因。本章将通过具体的数学推导，展示如何将这些张量关系应用于均匀、线性、非磁性（$oldsymbol{mu} approx mu_0 mathbf{I}$）的透明介质中，确立描述光波传播的核心方程组。 第二章：平面波在各向异性介质中的传播 本章是全书的基石。我们将研究平面电磁波在具有特定介电张量的介质中传播时的条件。通过将麦克斯韦方程组与各向异性介质的本构方程相结合，我们推导出著名的色散关系（或波矢量方程）。这个方程表明，在各向异性介质中，波矢 $mathbf{k}$ 的大小不再仅仅取决于光的频率 $omega$，还强烈依赖于波的传播方向。 我们将详细分析等波面（Wave Surface）的概念，并展示如何通过绘制色散关系，得到形状奇异的等波面，例如椭球体。这为理解后续的几何光学近似提供了直观的物理图像。 第二部分：各向异性介质中的光传播现象 基于前一部分的理论框架，本部分将系统阐述在特定几何构型下，光在这些材料中会表现出的非凡特性。 第三章：光速的各向异性与双折射现象 本章深入探讨双折射（Birefringence）现象。我们将定义主方向和主折射率 $n_i$。通过选取特定的传播方向和偏振方向，我们推导出光线在介质中存在两条不同的相速度，分别对应于快光束（Ordinary Ray, O-ray）和慢光束（Extraordinary Ray, E-ray）。 我们将详细分析单轴晶体（如方解石、石英）和双轴晶体的特性。对于单轴晶体，我们将导出惠更斯（Huygens）的构造原理，并解释寻常光线和非常光线的轨迹差异，包括它们不同的折射定律。本章还会讨论晶体的光轴方向与光束传播方向之间的几何关系，以及如何用折射率椭球体来形象化描述这种各向异性。 第四章：偏振态的演化与波片 双折射的直接后果是导致光波偏振态发生变化。本章聚焦于如何利用双折射材料来精确控制光的偏振状态。 我们将分析波片（Wave Plates）的原理。通过计算通过特定厚度（如半波片或四分之一波片）的双折射材料后，两个正交偏振分量之间的相位差 ($delta$)，我们能够推导出输入线偏振光如何转化为椭圆偏振光，乃至圆偏振光。本章将详细给出不同偏振态转换的数学表达式，并讨论如何根据晶体的光轴方向和厚度来设计特定功能的偏振元件。 第五章：光吸收、色散与透明度 光在介质中的传播不仅涉及方向性，还涉及能量的损耗和频率的依赖性。本章将引入复折射率的概念，即 $n = n_r + i n_i$，其中虚部 $n_i$ 描述了光能的吸收或增益。 我们将讨论正常色散和反常色散的物理机制，并解释为什么不同频率的光在介质中会以不同的速度传播（群速与相速的区别）。此外，本章还将简要介绍吸收系数与介电常数的虚部之间的定量关系，并分析了在可见光波段，各种典型透明介质（如高纯度硅、特定玻璃）的吸收特性曲线。 第三部分：电磁场与物质界面的相互作用 本部分将光传播的分析范围从无限均匀介质扩展到有限的界面，探讨光的反射、折射及其对偏振的影响。 第六章：界面上的电磁波反射与折射 我们将重新审视斯涅尔定律（Snell's Law）和菲涅耳公式（Fresnel Equations）的建立过程，但这次我们将推广到光线从一种各向异性介质入射到另一种介质（可能仍为各向异性）的更一般情况。 对于主方向与界面法线不平行的各向异性材料，标准的斯涅尔定律不再适用，因为入射光束和透射光束可能对应着不同的有效折射率。我们将运用本征波（E-wave和H-wave）的概念，详细推导在复杂界面处满足边界条件的必要条件。本章将特别关注布鲁斯特角的推广形式，即消除特定方向透射或反射的条件。 第七章：张量形式下的反射与透射 为了更精确地处理复杂的界面，本章引入张量形式的菲涅耳公式。我们将展示，当电场和磁场矢量在界面上必须连续时，相应的电位移矢量和磁感应强度矢量也需要满足特定的边界条件。通过对介电张量进行坐标变换，使之与界面法线对齐，我们可以计算出精确的反射系数和透射系数，这对于分析液晶显示器（LCD）等界面光学结构至关重要。 第八章：光弹性效应与电光效应（应力光学） 在某些材料中，力学应力或外加电场可以导致材料的介电性质发生变化，从而诱导原本各向同性的物质表现出各向异性，即光弹性效应（Photoelasticity）或电光效应（Electro-optic Effect）。 我们将从压电效应的本构关系出发，推导出由应力引起的介电张量微小变化（二阶张量），并分析这种变化如何导致透明材料内部产生双折射。此外，我们还将简要介绍Pockels效应和Kerr效应的物理基础，它们是现代光调制技术的核心，本质上都是在外部场作用下，材料的光学各向异性被“打开”的过程。 本书的最终目标是为读者提供一个完整、深入且相互关联的物理图像，揭示光在非均匀、有序结构材料中行为的深刻本质。

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**评价七：** 我是一名对科学史和物理学发展历程感兴趣的研究者。在我的研究中，我经常会遇到一些与早期光学实验和理论相关的文献，而晶体光学在其中扮演着不可或缺的角色。《晶体光学》这本书，我希望能够从中寻找到那些奠定晶体光学基础的经典理论和重要实验。例如，牛顿在《光学》中对光的本性的探讨，以及惠更斯的光的波动说，是否与晶体的光学行为有直接的联系？再往后，布儒斯特定律、马吕斯定律等关于偏振的发现，又是如何通过对晶体的观察而实现的？我特别关注书中是否会介绍那些关键的科学发现背后的历史背景、实验设计以及科学家们的探索过程。了解这些历史，不仅能让我更深刻地理解晶体光学理论的演进，更能从中汲取科学研究的灵感。我希望书中能够详细介绍关于双折射现象的早期研究，比如巴塞洛缪·易斯图斯·斯涅尔（Bartholinus）首次发现的冰洲石双折射现象，以及后来科学家们如何逐步揭示其背后原理。此外，对于偏振片、波片等经典光学元件的起源和发展，我也非常感兴趣。

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**评价十：** 我是一名从事光电产业的研发人员，对光学材料的选择和性能优化有着极其严苛的要求。《晶体光学》这本书，我希望能从中获得关于各类晶体材料在光电转换、光信号处理等方面的最新研究进展和应用潜力。我非常关注书中是否会对不同晶体材料（如压电晶体、铁电晶体、半导体晶体等）的光学和电学性能进行详细的对比分析，以及这些性能如何影响其在传感器、执行器、光电器件中的表现。我希望书中能够深入探讨晶体在光伏器件、LED、激光器、光学传感器等核心光电技术中的作用，以及如何通过优化晶体结构和表面处理，来提高器件的效率和稳定性。此外，对于新型量子点、二维材料等在晶体光学领域的潜在应用，以及如何将晶体光学理论与人工智能、机器学习等技术相结合，以实现更智能的光学设计和性能预测，我也是非常期待的。如果书中能提供一些关于晶体材料的可靠性评估、长期稳定性测试以及环境适应性方面的研究成果，那将对我选择和应用合适的晶体材料提供有力的支持。

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**评价六：** 我一直对光学领域的前沿技术非常关注，特别是那些能够实现更高效、更精密的光学操控的新兴技术。《晶体光学》这本书的出版，让我看到了一个系统学习晶体光学在现代科技中应用的绝佳机会。我希望书中能够深入探讨晶体在光通信、光计算、量子信息等领域的核心作用。例如，在光通信中，晶体材料如何被用于构建高性能的光调制器和光开关，以实现高速、大容量的数据传输？在光计算领域，晶体是否能够作为实现逻辑运算的关键元件，推动计算能力的革新？对于量子信息，晶体中的量子纠缠和量子态的制备与操纵，又将带来怎样的可能性？我期待书中能够详细阐述这些前沿应用背后的晶体光学原理，并分析相关的技术挑战和发展趋势。书中是否会涉及对新型晶体材料（如有机-无机杂化钙钛矿、二维材料等）在光学应用中的潜力分析，以及对非线性光学效应在超快光学、光存储等领域的创新应用进行深入探讨？我非常希望这本书能够为我提供一个全面而深入的视角，帮助我理解晶体光学在驱动未来科技进步中的关键作用。

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**评价三：** 我是一位业余的光学爱好者，一直以来都对晶体独特的光学特性感到着迷。第一次接触到“晶体光学”这个词，是在一本关于宝石的书籍中，书中提到了很多宝石因为晶体结构的不同，会呈现出迷人的光学效果，比如猫眼效应、变色效应等等。《晶体光学》这本书的名字让我觉得它能解释这一切的奥秘。我希望能从书中了解到，为什么一些晶体能够发出光，而另一些却能扭曲光的路径。书中是否会介绍一些家喻户晓的晶体，比如水晶、钻石、方解石，并且详细解释它们在光学上的特别之处？我非常好奇，那些在我们生活中常见但又充满神奇色彩的光学现象，例如彩虹的形成，是否也与某种晶体的光学原理有关？我希望这本书的语言风格不会过于晦涩难懂，能够用一种相对通俗易懂的方式来解释复杂的科学原理。如果书中能包含一些精美的图片，展示不同晶体在光下的真实样貌，那就再好不过了。我也希望能了解一些关于如何利用晶体来制造有趣的光学玩具或者装饰品的知识，让科学变得更加有趣和生活化。

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**评价九：** 作为一名对艺术与科学交叉领域充满好奇的创作者，我一直在寻找能够激发我灵感的材料。《晶体光学》这本书，名字本身就充满了视觉上的吸引力。我希望这本书能够向我展示，那些看似冰冷、规律的晶体结构，是如何能够折射出如此绚丽、多彩的光芒。书中是否会介绍一些独特的晶体光学现象，比如“拉曼光谱”中，光与晶体相互作用产生的特征性散射光，这些散射光是如何反映出晶体的内部结构和分子振动的？我还对“非线性光学”中的“倍频效应”非常感兴趣，这是否意味着我们可以通过特定的晶体，将一种颜色的光转化为另一种颜色的光，从而创造出新的色彩组合？我期待书中能够提供大量精美的、能够充分展现晶体光学之美的图片，让我可以直观地感受到光与晶体碰撞产生的艺术效果。此外，如果书中能够提供一些关于如何利用晶体来创造有趣的视觉特效，比如在舞台设计、灯光艺术、或者摄影中，我会感到非常兴奋。我相信，对晶体光学的理解，能够帮助我以一种全新的方式来探索光与形态的关系。

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**评价五：** 我是一名对物理学充满热情的高中生，对光和物质的互动总是充满好奇。平时看到很多关于光学现象的科普，但总觉得不够深入。《晶体光学》这本书的名字让我觉得它能揭示更多不为人知的秘密。我希望这本书能够让我理解，为什么有些晶体看起来是透明的，而有些却是半透明或者不透明的。书中是否会解释，光在进入晶体时，为什么会发生反射和折射，以及这些过程是如何受到晶体内部结构的影响的？我特别想知道，为什么有些晶体能够“分裂”光线，产生两个不同方向传播的光束，这就是所谓的“双折射”吗？如果书中能够提供一些生动的实验演示或者简单的实验方法，让我能够在家中或者学校里亲身体验这些光学现象，那我一定会非常开心。我希望能从这本书中找到一些关于晶体在光学仪器，比如显微镜、望远镜中扮演重要角色的信息，这样我就可以把学到的知识和实际的科技联系起来。如果书中能够有一些趣味性的问答或者历史故事，介绍一些伟大的科学家在晶体光学领域的研究历程，那将使学习过程更加生动有趣。

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**评价一：** 初次捧起《晶体光学》这本书，我怀揣着一份对微观世界的好奇与憧憬。作为一名对光与物质相互作用充满兴趣的初学者，我渴望理解那些肉眼看不见的晶体结构是如何巧妙地操控着光的传播，从而展现出令人惊叹的现象。翻阅目录，我被其中系统性的章节划分所吸引，从基础的光的衍射、干涉，到更为深入的偏振、双折射，再到晶体光学中的特定现象，如旋光、电光效应等，每一部分都像是一扇通往未知领域的大门，等待着我去探索。我特别关注的是书中对不同晶体结构的分类以及它们各自的光学特性，这让我能够更具体地想象出各种晶体在光下的表现。例如，书中关于非线性光学的部分，提到了二次谐波产生和三次谐波产生，这究竟是如何通过晶体材料实现的？光子在其中扮演着怎样的角色？这些问题都激发了我深入阅读的欲望。我也期待书中能够包含一些实际的应用案例，比如晶体在激光器、光学仪器、甚至信息传输中的作用，这样能让我更好地理解理论知识的价值。此外，书中的插图和图表是否清晰易懂，能否有效地辅助理解抽象的光学原理，也是我衡量一本好书的重要标准。总而言之，我对《晶体光学》充满了期待，希望它能成为我光学学习道路上的得力助手。

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**评价二：** 作为一名光学专业的学生，我对《晶体光学》这本书有着非常高的期望。我深知晶体光学是现代光学研究的基石之一，掌握其理论对于理解和开发各种光学器件至关重要。我特别关注的是书中对于晶体光学基本概念的阐述是否严谨，例如对折射率椭球、光弹性张量等关键概念的介绍是否清晰透彻。我希望这本书能够详细解释晶体在不同方向上传播光时，其光学性质为何会发生变化，以及这些变化是如何由晶体的内部结构所决定的。书中对于晶体光学方程的推导过程是否详尽，是否能帮助读者建立起完整的理论框架，这也是我非常看重的。我希望能从书中学习到如何运用数学工具来分析和预测晶体材料的光学行为，例如如何计算晶体中的光速、光的传播方向以及偏振状态的变化。此外，我还希望书中能够涵盖一些关于晶体光学最新研究进展的内容，比如在光子晶体、超材料等新兴领域中的应用，这对于我未来的学术研究方向选择有着重要的指导意义。如果书中还包含了实验设计和测量方法，那就更完美了，能够帮助我将理论知识与实践相结合。

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**评价四：** 作为一名从事光学材料研发的工程师，我一直在寻找一本能够系统梳理晶体光学原理，并与现代材料科学相结合的专业书籍。《晶体光学》这本书的出现，对我来说无疑是一个福音。我希望这本书能够深入剖析不同晶体结构（例如立方晶系、四方晶系、六方晶系等）对光波传播的影响，并详细阐述晶体光学张量的数学描述以及其在实际计算中的应用。我非常关心书中是否能提供关于各种晶体材料（如铌酸锂、钛酸钡锶等）在不同波段（可见光、近红外、远红外）下的光学参数，以及这些参数如何影响器件的设计和性能。此外，书中对晶体在电场、磁场、应力等外部作用下的光学响应（如电光效应、磁光效应、压电光效应）的论述是否详尽，以及这些效应在光调制器、光开关、非线性光学器件等领域的应用前景，都是我重点关注的内容。我希望能从书中学习到如何根据具体的应用需求，选择合适的晶体材料，并设计出高效的光学器件。如果书中还能提供一些关于晶体生长、薄膜制备以及光学性能表征的实验技术方面的介绍，那就更加全面了。

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**评价八：** 在我的学习和工作中，我经常需要处理各种光学数据和进行光学设计。《晶体光学》这本书，我期待它能为我提供一套系统、实用且易于操作的光学设计工具和方法。我希望书中能够详细介绍如何根据晶体的光学参数，利用数学模型进行光路设计、干偏振计算、以及分析光学系统的像差。我特别关注书中是否会提供一些常用的光学设计软件在晶体光学应用中的案例，例如如何使用 Zemax、Code V 等软件来模拟晶体器件的光学性能。书中关于晶体材料参数库的建立和使用，以及如何进行光学参数的测量和验证，也是我非常看重的。我希望能够从书中学习到如何根据具体的应用场景，选择最适合的晶体材料，并优化其光学设计，以达到最佳的性能指标。例如，在激光器设计中，如何选择合适的晶体作为增益介质，并优化其泵浦和谐振腔的设计？在光谱仪设计中，如何利用晶体的色散特性来提高光谱分辨率？如果书中还能提供一些关于光学仿真和优化技术的详细指导，那将对我非常有帮助。

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