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出版者:吉林大学出版社

作者:陈贵有

出品人:

页数:1892 页

译者:

出版时间:2005-6

价格:14.00元

装帧:精装

isbn号码:9787560128757

丛书系列:

图书标签:

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《光影流转：现代光学导论》 一、 绪论：可见之境与未见之界 本书旨在为读者构建一个全面而深入的现代光学知识体系。我们不局限于日常经验中的光现象，而是将目光投向原子尺度、极端环境以及信息技术的前沿应用。光学，作为物理学的核心分支之一，其发展史本身就是人类认知边界不断拓展的缩影。从古希腊哲学家对光的本质的猜测，到牛顿和惠更斯的粒子说与波动说的争论，再到爱因斯坦对光电效应的完美解释，光的研究始终推动着基础物理学的进步。 本书将从经典光学（几何光学与物理光学）的坚实基础出发，逐步深入到量子光学与非线性光学的前沿领域。我们将探讨光的传播、干涉、衍射、偏振等核心现象，并着重阐述如何利用这些原理来设计和制造精密的光学仪器，以及它们在现代科学研究和工程技术中的关键作用。 二、 几何光学：光的直线传播与成像的艺术 几何光学以光的“射线”概念为核心，是理解宏观光学系统（如透镜、反射镜、棱镜）工作原理的基石。 1. 光的传播与反射定律： 我们将详细剖析光的反射定律，并引入平面镜和球面镜的成像原理。通过建立清晰的几何模型，读者将掌握如何利用光线追迹图（Ray Tracing）来确定物像关系，理解焦距、曲率半径与放大率之间的精确联系。对于不同类型的球面反射镜（凹面镜、凸面镜），其成像的虚实、正倒和大小变化规律将被系统梳理。 2. 折射定律与棱镜： 斯涅尔定律（Snell's Law）是几何光学中描述光在不同介质中传播方向改变的核心法则。本书将深入探讨光的折射现象，包括全反射的条件及其在光纤通信中的关键应用。棱镜的分光作用不仅是演示色散现象的经典实验，更是现代光谱仪设计的基础。我们将计算通过不同顶角棱镜的光线偏折角，并分析色散对成像质量的影响。 3. 透镜系统与像差： 凸透镜和凹透镜是所有成像设备的心脏。我们不仅会运用薄透镜公式来计算理想成像位置，更重要的是，会引入像差的概念。球差、彗差、像散、场曲和色差是限制光学系统性能的根本障碍。本章将详述这些像差的成因，并介绍如非球面镜、消色差组合等消除或校正像差的工程方法。 三、 物理光学：波动性的深刻揭示 当光被视为电磁波时，我们才能解释干涉、衍射和偏振这些无法用几何光线解释的现象。物理光学是理解光的本质的关键一步。 1. 光的干涉： 干涉是波的叠加原理的直接体现。我们将从杨氏双缝干涉实验出发，确立干涉条纹的形成条件（光程差与相位差）。随后，我们将扩展到更复杂的干涉结构，如薄膜干涉（肥皂泡、增反膜）和迈克尔逊干涉仪。读者将学习如何利用干涉原理进行高精度的长度和折射率测量。 2. 光的衍射： 衍射是光波绕过障碍物或通过狭缝时偏离直线传播的现象。单缝衍射的强度分布将通过傅里叶变换的思想进行阐述。圆孔衍射（艾里斑）是理解望远镜和显微镜分辨率极限的物理基础。我们还会讨论光栅的衍射原理，这是现代光谱分析仪的核心技术。 3. 光的偏振： 偏振描述了光波电矢量振动方向的特性。我们将区分自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。布儒斯特角和马吕斯定律是理解偏振光反射和透射规律的两个关键定律。偏振片在液晶显示器（LCD）、3D电影技术以及应力分析中的应用将被详细介绍。 四、 电磁波理论的整合与光速的测量 本章将物理光学与麦克斯韦电磁场理论相结合，为光建立起坚实的理论框架。 1. 麦克斯韦方程组与电磁波的性质： 简要回顾麦克斯韦方程组，并展示如何从中导出电磁波方程。重点讨论光作为横波的特性，其传播不需要介质，以及电场、磁场和传播方向三者之间的相互关系。电磁波谱的划分及其在不同技术中的应用（射频、微波、红外、紫外等）将被系统梳理。 2. 光速的精确测定： 光速$c$是物理学中最基本的常数之一。本章将回顾历史上几次重要的光速测量实验，例如菲索的齿轮法和傅科的旋转镜法，并介绍现代利用电磁波频率和波长关系来精确确定光速的方法。 五、 现代光学的前沿探索 告别经典光学的范畴，本部分将带领读者进入20世纪以来发展起来的、对现代科技影响深远的光学分支。 1. 量子光学的基石： 引入光子概念，解释光电效应——这一现象彻底颠覆了经典波动理论，确立了光的粒子性。我们将探讨光与物质的相互作用，包括吸收、自发辐射和受激辐射的差异。 2. 激光：受激辐射的宏伟应用： 激光的“同调性”、“单色性”和“方向性”是其三大特性。本书将详细讲解激光器的基本结构（增益介质、谐振腔、泵浦源），并分析不同类型的激光器（如红宝石激光器、半导体激光器）的工作原理。激光在精密测量、材料加工、信息存储和生物医疗领域无可替代的作用将被深入剖析。 3. 非线性光学导论： 当光强足够高时，介质的响应不再是线性的。非线性光学是研究高强度光与物质相互作用的学科。我们将介绍频率转换现象，如二次谐波产生（SHG）和倍频过程，这些技术在拓展激光波长范围、产生新波段光源方面具有巨大价值。 六、 光学成像的终极极限与未来展望 本书的最后部分聚焦于光学系统的性能极限和前沿应用。 1. 衍射极限与分辨率： 瑞利判据（Rayleigh Criterion）明确了衍射现象对所有光学系统成像清晰度的基本限制。我们将计算不同口径望远镜和显微镜理论上的最高分辨率，并探讨如何通过自适应光学技术（Adaptive Optics）来补偿大气湍流或系统自身像差，以接近或突破衍射极限。 2. 现代光学传感与计量： 介绍干涉测量技术在纳米级位移检测中的应用，例如激光干涉仪在基础物理实验中的角色。同时，探讨全息术的基本原理——记录并再现物体的三维信息。 结论： 《光影流转：现代光学导论》力求在概念的严谨性与工程的实践性之间找到平衡。通过对光现象的深入剖析，读者不仅能掌握物理学核心知识，更能理解支撑起现代通信、信息显示、精密制造和前沿科学研究的强大技术支柱。本书是一扇通往更清晰、更深邃的物理世界的窗口。

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