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出版者:机械工业出版社

作者:刘继平

出品人:

页数:130

译者:

出版时间:2003-1

价格:12.0

装帧:平装

isbn号码:9787111071358

丛书系列:

图书标签:

• 工业电子学
• 电子技术
• 工业控制
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• 电力电子
• 自动化
• 电路分析
• 嵌入式系统

《现代光学与光子学导论》 内容提要 本书旨在为读者提供现代光学与光子学领域的全面而深入的导论。它不仅涵盖了经典光学的基础原理，如光的波动性、干涉、衍射和偏振，更深入探讨了激光、光纤通信、非线性光学、光电子学器件以及新兴的光学成像技术。全书结构严谨，理论阐述与工程应用紧密结合，力求使读者在掌握基本物理概念的同时，能够理解这些原理在现代高科技产业中的具体实现。 第一部分：经典光学基础与波动理论 第一章：光的本质与电磁波理论基础 本章首先回顾麦克斯韦方程组在真空及介质中的形式，建立起光作为电磁波的基本图像。重点讨论光的横波性质、坡印廷矢量（能量流密度）及其在光场分析中的重要性。随后，引入光的传播常数、波长、频率和波数等基本概念，并详细解析了光的偏振态（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）的数学描述及其琼斯矩阵的初步应用。本章为后续更复杂的波动现象奠定坚实的数学和物理基础。 第二章：几何光学：光线近似与成像原理 尽管本书侧重于波动光学，但几何光学作为工程设计的基础仍然不可或缺。本章从费马原理出发，推导了光线的反射定律和折射定律（斯涅尔定律）。系统地分析了球面和平面反射镜、透镜的基本成像原理，包括焦距、放大率和像差的定性描述。特别地，本章将详细分析理想成像系统（如照相机、显微镜和望远镜）的光学设计要素，并探讨光线追迹法在复杂多透镜系统中的应用。 第三章：干涉现象与应用 干涉是光波动性的核心体现。本章首先从光程差的概念入手，系统分析了杨氏双缝干涉、薄膜干涉（包括牛顿环和迈克尔逊干涉仪）的强度分布。随后，深入探讨了光程差的精确控制在测量学中的应用，如干涉测量术在精密位移测量和材料表面形貌分析中的关键作用。此外，本章还将介绍现代光刻技术中对干涉稳定性的严苛要求。 第四章：衍射现象与分辨率极限 衍射是光绕过障碍物或孔径时的传播现象。本章首先从夫琅和费衍射（单缝、圆孔、光栅）入手，解释了衍射图案的形成机制，并推导出光栅方程及其在光谱分析中的应用。接着，讨论了更复杂的圆孔衍射（泊松斑）以及人眼和望远镜的分辨率极限——瑞利判据。本章的重点在于理解衍射限制如何定义了所有基于光的成像和传感系统的基本性能边界。 第二部分：光的吸收、发射与量子光学 第五章：光的吸收、散射与物质相互作用 本部分转向光与物质相互作用的微观层面。本章详细阐述了光的吸收、自发辐射和受激辐射的基本机制，引入爱因斯坦的A、B系数。随后，深入分析了瑞利散射和米氏散射的物理机制，解释了天空呈蓝色的原因以及大气对光信号的影响。最后，对拉曼散射和布里渊散射进行了初步介绍，强调了它们在分子结构分析中的潜力。 第六章：激光原理与器件 激光（受激辐射光放大）是现代科技的基石之一。本章详细剖析了粒子数反转、光学谐振腔理论、泵浦效率和阈值功率等核心概念。对不同类型的激光器进行了分类比较，包括气体激光器（如He-Ne）、固体激光器（如Nd:YAG）和半导体激光器。本章的重点是理解激光的单色性、方向性和相干性是如何从量子力学和腔体设计中产生的。 第七章：半导体光电子学基础 本章聚焦于半导体材料中的光电转换过程。深入分析了半导体能带结构、吸收系数与发射效率的关系。详细介绍了光电二极管（PD）、光电倍增管（PMT）以及激光二极管（LD）的工作原理，包括载流子寿命、响应速度和量子效率的计算。这是理解光纤通信和光感应系统的关键基础。 第三部分：传播、调制与集成光子学 第八章：光的传播与导引：光纤光学 本章系统地讨论了光在介质中传播的现象，特别是全内反射原理在光纤中的应用。对阶跃型和渐变型光纤的结构、数值孔径和有效模场面积进行了精确分析。深入探讨了光纤中的损耗机制（吸收、散射）以及色散（模间色散、材料色散、波导色散）对信号带宽的限制。本章最后会介绍光纤的耦合效率和光纤放大器的工作原理。 第九章：光信号的调制与解调 为了实现信息传输，光波必须被调制。本章详细介绍了光的强度调制、相位调制和偏振调制技术。对直接调制和外调制器（如马赫-曾德尔调制器和电光效应调制器）的性能参数（如$V_pi$、消光比）进行了详细的对比分析。在解调部分，讨论了直接检测和相干检测方案的优劣。 第十, 十一章：非线性光学与现代成像技术 第十章：非线性光学现象 当光强度达到一定阈值时，物质的响应不再是线性的。本章详细分析了二次谐波产生（SHG）、倍频和和频产生（SFG）的物理机制。重点阐述了周期性极化反转（PPLN/PPLT）技术在高效频率转换中的应用，以及克尔效应在光纤通信中的重要性。 第十一章：先进光学成像与传感 本章展望了现代光学在图像获取和计量学中的前沿应用。内容涵盖了数字全息术的原理、计算层析成像（CT）的基本思路，以及光场相机（Light Field Camera）如何捕获场景的完整光信息。此外，还将简要介绍光学相干断层扫描（OCT）在生物医学成像中的应用，强调了相干性在成像深度和分辨率中的作用。 全书在每章末都附有总结性的思考题和推荐的进阶阅读材料，旨在促进读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。本书适合高等院校的物理学、电子工程、信息科学及材料科学等相关专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书使用。

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