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出版者:电子工业出版社

作者:田玉平

出品人:

页数:424

译者:

出版时间:2002-8-1

价格:32.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505379558

丛书系列:

图书标签:

• 自动控制
• 控制理论
• 控制系统
• 经典控制
• 现代控制
• 系统分析
• 数学模型
• 反馈控制
• 工程控制
• 自动化

现代光学导论：从波动到量子 内容简介 本书旨在为物理学、工程学以及相关领域的研究人员、研究生和高年级本科生提供一个全面而深入的现代光学知识体系。它不仅涵盖了经典光学的基础理论，更着重于当前前沿领域，如非线性光学、光量子效应以及先进光学成像技术。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在数学严谨性与物理直观性之间取得最佳平衡。 第一部分：电磁波的波动理论基础 本部分从麦克斯韦方程组出发，系统地阐述了光的电磁本质。 第一章：电磁场与光的传播 详细探讨了真空中的光传播，引入了波前、光线等几何光学概念的波动基础。重点分析了在各向同性均匀介质中的电磁波传播特性，包括坡印廷矢量和能量流密度。对平面波、球面波的数学描述进行了详尽的推导，并讨论了光在具有损耗和色散介质中的传播行为，例如折射率的频率依赖性。 第二章：光的反射与折射 基于边界条件的严格推导，详细阐述了菲涅耳公式的推导过程，包括s偏振光和p偏振光的反射系数与透射系数。深入分析了全内反射现象及其在光纤中的应用原理。对光的偏振态进行了全面的分类和描述，包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振，并引入了琼斯矩阵和斯托克斯参量等工具对任意偏振态进行定量描述。 第三章：光学系统的成像原理 本章聚焦于几何光学的核心——成像。从费马原理出发，导出了光线追迹的基本规律。详细分析了理想透镜和反射镜的成像过程，引入了斯涅尔定律和高斯成像公式。随后，讨论了实际光学系统中的像差问题，包括球差、彗差、像散、场曲和色差。针对这些像差，介绍了夫琅和费衍射理论，以及点扩散函数（PSF）和调制传递函数（MTF）在评估成像质量中的作用。 第二部分：光的干涉与衍射 本部分深入探讨了光波叠加的相干性原理及其宏观表现。 第四章：经典干涉理论 从光的相干性概念（时间相干性和空间相干性）入手，详细分析了杨氏双缝干涉、薄膜干涉（包括迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪）。重点分析了不同光源（扩展光源）下的干涉条纹形成机制，并给出了干涉仪在精密测量中的应用实例，如利用法珀腔进行光谱分析。 第五章：光学的衍射现象 本章系统地阐述了惠更斯-菲涅耳原理，并将其应用于夫琅和费衍射（单缝、双缝、圆孔）和菲涅耳衍射。对衍射光栅的原理、分辨率极限进行了深入分析，并将其与干涉仪进行对比。特别讨论了阵列光栅和二维衍射结构（如晶体衍射）的特性。 第三部分：光与物质的相互作用及量子基础 本部分将视角从宏观波动转向微观相互作用，引入了光子的概念。 第六章：光的吸收、发射与散射 详细分析了原子和分子的能级结构与光之间的相互作用。阐述了爱因斯坦的自发辐射、受激辐射和吸收系数，这是激光技术的基础。对拉曼散射、瑞利散射等现象的物理机制进行了深入探讨，并展示了这些散射过程在材料表征中的应用。 第七章：激光原理与应用 系统地介绍了受激辐射的物理基础，包括粒子数反转、阈值条件和光腔的设计。详细分析了激光器的基本结构（增益介质、泵浦源、谐振腔），并分类讨论了不同类型的激光器（气体激光器、固体激光器、半导体激光器）的工作原理及其特性。 第八章：量子光学导论 本章为现代光学的进阶内容。介绍了量子的基本概念，包括光子的能量和动量。讨论了光电效应和康普顿效应，确立了光的粒子性。引入了量子力学对原子-光子相互作用的描述，为后续的量子信息和量子测量打下基础。 第四部分：现代光学技术与前沿 本部分聚焦于近年来迅速发展的先进光学领域。 第九章：非线性光学 深入分析了强光场下材料的非线性响应。详细推导了二次非线性过程（如倍频、和频、差频产生）的效应。重点讨论了三次非线性效应，如自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和自聚焦现象，及其在超快光脉冲形成与控制中的关键作用。 第十章：傅里叶光学与信息处理 本章将傅里叶变换作为核心数学工具，应用于光学系统分析。阐述了透镜作为傅里叶变换器的作用，并详细分析了空间滤波技术在图像增强和噪声去除中的应用。引入了全息术的原理，包括记录和再现过程的数学描述。 第十一章：先进光学成像与测量 本章探讨了超越传统衍射极限的成像技术。详细介绍了阿贝尔反卷积方法在图像恢复中的应用。深入分析了相干光成像的原理，包括散斑现象。最后，对现代显微技术，如共聚焦显微镜和荧光寿命成像显微镜（FLIM），进行了原理性的介绍。 全书附带丰富的习题，旨在巩固读者的理论理解和解决实际问题的能力。

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我必须承认，这本书的难度曲线陡峭得有些不近人情。如果你是那种期待快速掌握“套路”的实用主义者，那么这本书可能会让你感到极度挫败。它的讲解方式更偏向于理论的系统性构建，而不是技巧的快速传授。举个例子，关于频率响应分析的部分，作者用了大量的篇幅来阐述波德图和奈奎斯特图背后的物理意义和数学推导，而不是直接给出“如何通过看图来判断稳定性裕度”的速查表。这对于那些习惯了“即时反馈”的学习者来说，无疑是一种煎熬。我记得有段时间我对着那个复杂的伯德图反复揣摩，感觉自己就像个中世纪的炼金术士，试图从看似无序的波动中提炼出黄金般的真理。但是，一旦你开始理解这些图形是如何反映系统在不同频率下的行为，你就打开了另一个维度的大门。你会发现，那些看似枯燥的曲线，其实是物理世界运行节奏的真实写照。这本书的价值不在于它提供了多少现成的工具箱，而在于它教会你如何亲手锻造出最适合你的工具。对于严肃的控制工程师或者科研人员来说，这本教材是不可替代的基石，但对于初学者，我建议务必配备一位经验丰富的导师在旁指导，否则很容易迷失在严谨的数学森林中。

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这本书的编写风格，可以说是极其“学院派”的典范，它忠实地记录了自动控制领域从经典到现代的发展脉络。它的逻辑跳跃性极小，每一个章节的衔接都像是精密的齿轮咬合，严丝合缝，不留冗余的口水话。我特别欣赏作者在引入状态空间法时所展现的宏大视野——如何将过去基于传递函数的思维框架，升华为一个更加统一、更具几何直观性的现代描述方法。那种感觉就像是从二维的平面画作突然跃升到三维的立体雕塑，整个控制系统的结构在眼前豁然开朗。然而，这种极致的严谨性也带来了一定的阅读障碍。书中的插图相对较少，很多关键概念的直观理解，需要读者自行在脑海中构建三维的动态图景。这种对读者主动思考能力的极高要求，使得阅读过程充满了挑战。比如，在讨论可控性与可观性时，如果没有强大的空间想象力，很容易把这些抽象的数学性质和实际的系统实现混淆起来。总的来说，它更像是一部教科书，而不是一本“入门读物”，它期望的读者是那些已经具备一定工程背景，渴望系统性掌握理论体系的深度学习者。

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这本《自动控制原理》真是让人又爱又恨，它就像一把双刃剑，深入其中才能体会到那种从迷茫到豁然开朗的转变。初次翻开，那些密密麻麻的数学公式和抽象的系统图差点让我望而却步。感觉自己像个初学徒，面对一个复杂的迷宫，每一步都需要精确的计算和谨慎的判断。我记得最开始接触根轨迹分析那一部分，光是理解那个“相角判据”和“根轨迹与虚轴的交点”就花了我整整一个周末。书中的理论推导过程严谨得令人发指，每一个步骤都像是精密仪器的校准，不容许一丝一毫的偏差。不过，一旦你真的啃下来，并且尝试用它去分析一些实际的工程问题，比如无人机的姿态控制或者机器人手臂的精确运动，那种掌控全局的成就感是无与伦比的。它不仅仅是教你如何解题，更重要的是培养了一种系统性的、面向反馈的思维模式。这本书的深度要求读者必须对微分方程和线性代数有扎实的背景，否则就像试图用脚丈量星空，始终抓不住重点。它挑战了我的思维极限，迫使我从一个静态的视角转向动态的、循环的视角去看待世界运行的规律。这本书绝对不是那种可以轻松翻阅的消遣读物，它需要的是时间、专注和对工程美学的深刻敬畏。

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阅读这本《自动控制原理》的体验，更像是在攀登一座知识的高峰，每向上攀升一段，视野就开阔一分，但付出的体力也相应增加。它的内容覆盖面非常广，从最基础的二阶系统响应分析，到复杂的非线性系统和鲁棒控制的初步探讨，都有涉猎。特别是关于李雅普诺夫稳定性理论那几章，简直是理论深度的一座高峰。作者用极其精炼的语言，构建起了一个评估系统长期行为的强大框架，这套理论的优美之处在于，它不需要知道系统内部是如何振荡的，就能准确判断它最终是趋于稳定还是发散。我花了很多时间去消化这些“能量函数”的概念，那种感觉就像是突然掌握了某种“上帝视角”，可以洞察系统演化的终极命运。但必须指出，书中的例子往往过于理想化，很多都是典型的、简化的模型。将这些教科书上的完美模型应用到充满噪声和不确定性的真实世界时，读者需要付出巨大的努力去进行“工程转化”，这恰恰是这本书本身没有明确指导的部分。它提供了蓝图，但建筑的细节和材料的选择，还需要读者自己去摸索。

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这本书的价值，我个人认为，主要体现在其对“反馈”这一核心思想的深刻剖析上。它不仅仅是关于如何让一个系统保持稳定，更是关于如何设计一个系统来主动对抗不确定性和外部干扰。书中对PID控制器的深入探讨，是全书中最贴近实际应用的部分，但即便是这部分，作者也没有满足于给出一个简单的公式。相反，他花了大量的篇幅去解释比例、积分、微分这三个参数在时域和频域中各自扮演的角色，以及它们相互作用产生的复杂动态效应。我记得有一次，我尝试根据书中的指导优化一个简单的温度控制回路，通过微调 $K_p, K_i, K_d$，我亲眼看到了超调量的变化、稳态误差的消除过程，以及系统响应速度的权衡。那种从理论走向实践，并立即看到反馈效果的震撼感，是任何视频教程都无法比拟的。这本书的结构布局非常清晰，从时域到频域，再到现代控制，层层递进，构建了一个完整且自洽的知识体系。它要求的是读者全身心的投入，一旦你跨过了那道理论的门槛，你对任何涉及反馈机制的事物都会有一个全新的、更深刻的理解。

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田玉平的自控原理是大学最挑战智商的书，没有之一，他的特点在于可读性差：人家按时域、频域、Z域，从古典到状态空间。田老师为了横向对比各个体系，在建模、判稳、整定各个方面从古讲到今。

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