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出版者:高等教育齣版社

作者:關治

出品人:

頁數:485

译者:

出版時間:1998-5

價格:19.70元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787040063936

叢書系列:

圖書標籤:

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現代光學導論：從波動到量子 作者： [此處留空，或填入假設的作者姓名，例如：張偉、李明] 齣版社： [此處留空，或填入假設的齣版社名稱，例如：高等教育齣版社、科學齣版社] 圖書定價： [此處留空，或填入假設的價格] --- 內容簡介 《現代光學導論：從波動到量子》旨在為物理學、工程學以及相關交叉學科的學生和研究人員提供一個全麵、深入且與時俱進的現代光學知識體係。本書超越瞭經典幾何光學和簡單的物理光學範疇，重點聚焦於支撐當代光電子學、通信、成像和量子光學等前沿領域的核心理論和實驗技術。全書結構嚴謹，邏輯清晰，內容覆蓋瞭從宏觀的波動光學現象到微觀的量子電動力學基礎。 本書的敘述方式強調物理圖像的建立與數學工具的有機結閤，旨在幫助讀者深刻理解光與物質相互作用的本質規律。我們著重於發展一套係統的分析方法，使讀者不僅能“知道”光學現象如何發生，更能“理解”其背後的深層物理機製，並具備解決實際工程問題的能力。 全書共分為六大部分，近二十章內容，體係結構如下： --- 第一部分：波動光學基礎的深化與拓展（第1章至第4章） 本部分是對經典波動光學理論的鞏固與深化，為後續更復雜的現象和應用打下堅實的理論基礎。 第1章：電磁波理論的復習與光場描述 本章首先迴顧麥剋斯韋方程組在無源介質中的傳播形式，重點討論平麵波的傳播特性、坡印廷矢量以及光波的能量和動量概念。引入瞭復振幅和相位的概念，這是處理乾涉和衍射問題的關鍵數學工具。詳細闡述瞭光場的空間傅裏葉分解及其與角譜理論的聯係。 第2章：光波的乾涉現象 本章係統討論瞭相乾光的産生、乾涉的判據以及常見的乾涉結構。內容涵蓋楊氏雙縫乾涉的嚴格分析、薄膜乾涉（包括等厚乾涉和等傾乾涉）的原理及其在鍍膜和測量中的應用。特彆引入瞭相乾度理論（First-order and higher-order coherence），討論瞭部分相乾光下的乾涉圖樣，這是理解激光與傳統光源區彆的重要基礎。 第3章：光波的衍射理論 本章深入探討瞭光波繞過障礙物或孔徑邊緣傳播的現象。從惠更斯-菲涅耳原理齣發，推導夫琅禾費衍射的積分形式，並詳細分析瞭單縫、圓孔和陣列孔徑的衍射圖樣。隨後，本章將焦點轉嚮更具普遍性的菲涅耳衍射，介紹其近場近似的適用條件。最後，本章引入瞭衍射理論的傅裏葉變換視角，為全息術和光學信息處理奠定數學基礎。 第4章：光的偏振態與 Mueller 矩陣分析 本章係統地處理瞭光的偏振特性。討論瞭綫偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的數學錶示，並詳細介紹瞭瓊斯矩陣（Jones Calculus）用於描述綫性光學元件（如波片和偏振片）對單色、完全偏振光的影響。隨後，將分析擴展到部分偏振光和非偏振光的描述，引入瞭斯托剋斯矢量（Stokes Parameters）和 Mueller 矩陣，並討論瞭利用 Mueller 矩陣分析復雜光學係統的應用，如偏振敏感的散射測量。 --- 第二部分：幾何光學與成像係統（第5章至第7章） 本部分迴歸到基於光綫近似的幾何光學，但強調其在現代成像設備設計中的作用。 第5章：光綫的光學和像差理論 本章從費馬原理齣發，係統建立幾何光學的基本定律。詳細分析瞭平麵和球麵界麵上的摺射與反射。隨後，重點討論瞭理想成像的局限性——像差。對第一級像差（如球差、彗差、像散、場麯和色差）進行係統的數學描述和物理圖像解釋，並介紹校正像差的基本設計原則。 第6章：成像係統的矩陣光學 本章引入瞭著名的光綫傳輸矩陣（Ray Transfer Matrix, ABCD矩陣），用於簡潔、高效地描述光綫通過一係列光學元件（透鏡、光闌、自由空間）的傳播路徑。詳細討論瞭單位共軛、放大率和係統的有效焦距的計算。本章還將矩陣方法應用於復雜的係統，如望遠鏡和顯微鏡的係統分析。 第7章：光闌、像差與調製傳遞函數（MTF） 本章連接瞭幾何光學與衍射光學。討論瞭係統的輸入光闌和孔徑光闌對成像的影響，以及它們如何決定係統的衍射極限。引入瞭調製傳遞函數（MTF）的概念，用於量化光學係統在不同空間頻率下的成像質量，這是現代光學計量和成像係統評價的核心工具。 --- 第三部分：現代光源與物質相互作用（第8章至第11章） 本部分深入探討瞭激光的産生原理、特性以及光與物質在介質中的傳播和吸收機製。 第8章：激光原理 激光是現代光學的核心。本章詳細介紹瞭受激輻射和受激吸收的微觀過程，愛因斯坦係數的推導。著重討論瞭粒子數反轉、光泵浦機製以及激光振蕩的閾值條件。隨後，係統分析瞭激光諧振腔的模式結構，包括縱模和橫模（TEM 模式），並解釋瞭綫寬和光束質量（M²因子）的物理意義。 第9章：光在介質中的傳播與吸收 本章研究光波與材料的相互作用。詳細分析瞭光的吸收、散射和熒光過程。引入瞭朗伯-比爾定律（Beer-Lambert Law）及其適用範圍。對於色散現象，本章從宏觀的摺射率齣發，結閤德拜模型和洛倫茲模型的微觀解釋，展示瞭摺射率的頻率依賴性。 第10章：非綫性光學基礎 本章導嚮非綫性現象。從介質極化率的泰勒展開式齣發，推導齣二階和三階非綫性效應的本構方程。重點討論瞭倍頻、和頻産生（Second Harmonic Generation, SHG）的相位匹配技術及其在頻率轉換中的重要性。同時，簡要介紹剋爾效應（Kerr effect）和自聚焦現象。 第11章：光縴與波導光學 本章專門討論光在限製結構中的傳播。從薄闆波導模型齣發，推導瞭光縴的有效摺射率、數值孔徑（NA）和 V 參數。詳細區分瞭單模光縴和多模光縴的特性，重點分析瞭模式色散和材料色散對光縴通信帶寬的影響。 --- 第四部分：光的全息與信息處理（第12章至第14章） 本部分專注於利用光的衍射和傅裏葉變換特性進行信息記錄和處理的技術。 第12章：全息術原理 本章詳細介紹全息術的理論基礎，區彆於傳統的成像術。從夫琅禾費衍射的傅裏葉觀點齣發，推導齣全息圖的記錄原理，即物光與參考光場的乾涉條紋。重點分析瞭離軸全息和透射型全息圖的再現過程，以及全息圖的“全息三維”特性。 第13章：空間濾波與傅裏葉光學 本章將衍射視為一種傅裏葉變換過程。詳細分析瞭傅裏葉平麵（即透鏡的後焦麵）處的光場分布與物體的傅裏葉變換之間的關係。在此基礎上，介紹空間濾波技術，說明如何利用空間濾波器（如刀口濾波、相位濾波）來增強或抑製圖像中的特定空間頻率成分，實現去模糊或邊緣增強。 第14章：光學信息處理與計算 本章探討瞭利用光的並行處理能力進行計算的應用。討論瞭光學相關器（Optical Correlator）的工作原理，如何利用傅裏葉變換實現快速的模闆匹配。簡要介紹光柵衍射方程及其在光譜分析中的應用。 --- 第五部分：散射、成像與計量學（第15章至第17章） 本部分關注光綫在復雜介質中的散射行為以及先進的測量技術。 第15章：光的散射理論 本章討論光與微小粒子或不均勻介質的相互作用。從瑞利散射（Rayleigh Scattering）入手，解釋天空的藍色現象，並討論其與粒子大小的關係。隨後引入米氏散射（Mie Scattering），討論其復雜性及在氣溶膠和雲層研究中的應用。 第16章：相乾成像與散射成像 本章關注如何從散射介質中恢復清晰圖像。討論瞭相乾光穿過散射介質後相位的隨機化問題。重點介紹利用時間分辨技術和空間時間（-）相關技術（如數字散斑相關成像，DSSI）從強散射背景中提取信息的方法。 第17章：現代光學測量技術 本章介紹精密光學測量的基本方法。詳細討論瞭乾涉測量技術（如邁剋爾遜乾涉儀、法布裏-珀羅乾涉儀）在長度和波長標準中的應用。引入瞭相位測量乾涉術（Phase-Shifting Interferometry）以實現高精度的麵形測量。 --- 第六部分：量子光學導論（第18章至第20章） 本部分作為現代光學的延伸，引入瞭量子力學的視角來描述光與物質的相互作用。 第18章：光子的概念與量子場論的初步 本章從玻爾模型到量子電動力學的過渡。引入光子的概念，闡述光的粒子性。迴顧量子力學中的算符描述，初步介紹光場的量子化，即光場的電場和磁場可以用産生和湮滅算符來描述。 第19章：光與物質的相互作用——量子描述 本章利用半導體物理的知識，解釋LED和半導體激光器的工作原理。詳細分析瞭吸收、自發輻射和受激輻射的量子概率，將愛因斯坦係數與費米黃金定律聯係起來。 第20章：量子相乾性與量子信息初步 本章探討量子光學中對相乾性的更深層次理解。介紹壓縮態光（Squeezed Light）的概念及其在降低量子噪聲測量中的潛在應用。最後，簡要探討量子隱形傳態和量子密鑰分發的物理基礎，展望量子光學在信息技術中的未來。 --- 適用對象與特點 本書的讀者對象主要為光學、物理學、電子工程、信息科學等專業的高年級本科生和研究生。 本書的特點包括： 1. 理論與應用並重： 每章理論推導後，都緊密結閤現代光學儀器的實際應用案例。 2. 數學工具的係統性： 強調傅裏葉分析、矩陣方法和矢量偏振理論的係統應用。 3. 前沿性： 涵蓋瞭非綫性光學、光縴通信和基礎量子光學等當代研究熱點。 4. 自洽性： 體係結構完整，從經典電磁場齣發，逐步引入量子概念，確保知識的連貫性。 通過學習本書，讀者將能夠掌握現代光學領域的核心理論框架，為進一步深入研究光學前沿課題打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

我最欣賞這本書的一點是它對於“數值穩定性”這一核心問題的嚴肅對待。在我的學習經驗中，很多教材要麼輕描淡寫，要麼隻停留於理論證明，使得讀者對“病態問題”缺乏直觀認識。然而，這本書非常坦誠地探討瞭浮點運算帶來的災難性後果。它通過精心設計的案例，比如Hilbert矩陣的求解過程，生動地展示瞭微小的捨入誤差是如何在不恰當的算法下被指數級放大的。這種對計算不確定性的深入剖析，讓我對任何數值結果都保持瞭一份審慎的態度。它教會我的不僅僅是如何計算，更是如何質疑計算結果的可靠性，這對於未來進行任何嚴肅的科學建模工作來說，是比任何公式都寶貴的財富。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為那些初次踏入科學計算領域的朋友們量身定做的！我特彆欣賞作者在講解基礎概念時的那種耐心和細緻。比如，在講到插值法的時候，書裏沒有直接堆砌復雜的公式，而是通過一些非常直觀的例子，比如模擬一個不規則的麯綫路徑，來展示牛頓插值和拉格朗日插值的差異，甚至還配有清晰的流程圖，這對於我這種更偏嚮幾何直觀理解的學習者來說，簡直是及時雨。它讓我明白瞭，數值方法不是冷冰冰的數學推導，而是解決實際問題的強大工具。特彆是它對誤差分析的討論，非常深入淺齣，清晰地指齣瞭不同方法的穩定性和收斂性，這部分內容讓我對“近似”這個概念有瞭更深層次的敬畏。讀完這部分，我感覺自己不再是盲目地套用公式，而是真正理解瞭每一步計算背後的物理意義和數學邏輯。

评分☆☆☆☆☆

這本書在算法的實現細節上處理得相當到位，對於動手能力強的讀者來說，絕對是一大福音。它不滿足於隻給齣一個算法的僞代碼，而是提供瞭很多基於特定編程語言（我用的是Python）的實例代碼片段，這些代碼不僅準確地實現瞭算法的邏輯，而且還注意到瞭邊界條件和特殊情況的處理，這一點至關重要。例如，在討論迭代法收斂速度時，書中不僅給齣瞭理論上的收斂因子，還通過代碼運行結果對比瞭雅可比法和高斯-賽德爾法的實際錶現差異，這種理論與實踐的緊密結閤，極大地增強瞭知識的“可操作性”。我發現，僅僅是自己動手將書中的某個算法完整地跑通，那種成就感和對知識的掌握程度，是單純閱讀理論推導無法比擬的。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是，這本書在對數學背景知識的整閤能力上做得非常齣色。很多數值分析的教材往往假設讀者已經精通綫性代數和微積分，但這本書在引入新概念時，會巧妙地迴顧或側重講解那些與當前數值方法最密切相關的數學工具。比如，在講解特徵值問題的數值解法時，它沒有假設讀者對矩陣的譜理論瞭如指掌，而是用一種非常聚焦的方式，重新審視瞭矩陣的分解性質，並解釋瞭這些性質如何直接影響求解QR算法或冪次迭代法的效率和穩定性。這種“即用即學”的知識組織方式，非常適閤跨學科背景的讀者，它有效地降低瞭進入該領域的門檻，讓復雜問題的解決思路變得更加清晰可見。

评分☆☆☆☆☆

我拿到這本書的時候，本來還有點擔心它會過於學術化，讀起來會很枯燥，但事實證明我的擔憂是多餘的。這本書的敘事風格非常流暢，更像是一位經驗豐富的導師在耳邊細細道來，而不是一本僵硬的教科書。它的章節組織邏輯性極強，從最基礎的代數方程求解，逐步過渡到微分方程的數值解法，過渡自然得像是水到渠成。舉個例子，它在引入有限差分方法之前，花瞭大量的篇幅去鋪墊泰勒級數的展開，這種循序漸進的鋪墊，使得當我真正接觸到復雜的偏微分方程的離散化時，感覺阻力小瞭很多。而且，書中的許多論述都帶著一種強烈的工程實踐導嚮，很少有純粹為瞭數學美感而存在的冗餘內容，每一部分似乎都在為解決一個現實世界中的難題做準備，這極大地激發瞭我繼續深入下去的興趣。

评分☆☆☆☆☆

教材，沒看完。。。

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教材，沒看完。。。

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