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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:侯宪春等

出品人:

页数:206

译者:

出版时间:2005-1

价格:19.00元

装帧:平装

isbn号码:9787560321318

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
• 物理实验
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 实验报告
• 教学参考书
• 大学生
• 实践教学

《现代光学导论：从几何到量子》 图书简介 本书旨在为物理、工程、材料科学以及相关学科的本科高年级学生和研究生提供一套全面、深入且与时俱进的光学知识体系。我们深知，现代科学研究与工业应用已不再局限于经典的光学范畴，而是以前所未有的深度和广度，将光与物质的相互作用推向了量子领域。因此，《现代光学导论》力求搭建一座坚实的桥梁，连接起爱眼所见的宏观几何光学，穿越波动光学的精妙衍射与干涉，直抵微观粒子与光子纠缠的量子光学前沿。 本书的结构经过精心设计，遵循“从直观到深刻，从经典到前沿”的递进逻辑，确保读者能够逐步建立起完整的光学认知框架，而非仅仅停留在孤立的公式记忆上。 --- 第一部分：几何光学基础与成像原理的再审视（约 300 页） 本部分将复习和深化对光线概念的理解，但重点将放在其适用范围的界定、误差分析以及在精密仪器设计中的应用。 第一章：光线和光束的传播 费马原理的严格阐述： 不仅仅是极值原理，而是对光传播路径的深刻物理描述。 反射与折射的定量分析： 引入斯涅尔定律的矢量形式和边界条件。 光束追迹与矩阵光学（ABCD 矩阵法）： 详细阐述如何使用矩阵方法快速分析复杂的光学系统（如多透镜组、棱镜系统）的传递特性，包括对光束的束腰位置和发散角的控制。 光轴的偏离与像差的起源： 深入探讨轴上和轴外点光源在理想系统下的成像缺陷。 第二章：成像系统的像差理论 本章是几何光学在工程应用中的核心。我们摒弃了简单的一阶理论，着重于对五大初级像差的详细解析。 球差（Spherical Aberration）： 产生机理、塞德尔和魏尔斯特拉斯判据，以及如何通过非球面镜/透镜进行校正。 彗差（Coma）与像散（Astigmatism）： 它们的几何图形表示、对图像边缘的影响，以及在宽视场系统中的抑制方法。 场曲（Field Curvature）与畸变（Distortion）： 对图像平面弯曲和形状失真的详细分析。 像差的数值优化： 简要介绍现代光学设计软件（如 Zemax, Code V）中基于梯度下降和模拟退火算法的优化思想。 --- 第二部分：波动光学与干涉、衍射的精确描述（约 450 页） 波动光学是理解光场调控和分辨率极限的关键。本部分强调傅里叶光学在解决波动问题中的普适性。 第三章：电磁波与介质中的传播 麦克斯韦方程组在各向异性介质中的应用： 重点讨论双折射晶体（如石英）中的光传播，包括光的偏振态如何随传播距离演化。 波前演化与相位分布： 引入相位函数 $phi(x, y)$ 对波前形状的描述，以及高斯光束（Hermite-Gaussian, Laguerre-Gaussian）作为亥姆霍兹方程的特解。 第四章：干涉现象的定量分析 相干性理论： 从时间相干性（自相关函数）到空间相干性（互相关函数），阐述光场相干性的物理意义，并引入相干因子 $gamma( au)$。 多光束干涉： 详细分析法布里-珀罗（Fabry-Pérot）干涉仪的原理、高精度的光谱分辨率，及其在激光腔内的应用。 薄膜光学与反射/透射控制： 深入研究多层介质膜的矩阵法计算，并介绍增透膜、高反膜的设计原理。 第五章：衍射理论与傅里叶光学 这是连接经典物理与信号处理的关键章节。 惠更斯-菲涅尔原理的积分形式： 严格推导瑞利-索末菲衍射积分公式。 菲涅尔与夫琅禾费衍射： 明确区分两种近似的适用条件，特别是夫琅禾费衍射的物理本质——远场是物点傅里叶变换。 傅里叶光学核心： 阐述光学系统作为傅里叶变换器的角色。介绍空间滤波技术（如消除噪声、恢复图像）在傅里叶平面上的实现。 衍射极限与分辨率： 基于瑞利判据，精确分析有限孔径对成像分辨率的限制，以及超分辨成像的基本思想。 --- 第三部分：光与物质的相互作用及量子基础（约 550 页） 本部分是本书的前沿和特色，旨在为读者构建量子光学和非线性光学的基础。 第六章：光在物质中的吸收、辐射与散射 半导体光学： 详细讨论能带理论下的光吸收、光致发光（PL）和电致发光（EL），这是现代光电器件（LED, 激光器）的基础。 受激发射与受激吸收： 爱因斯坦 A、B 系数的严格推导，为后续激光原理打下基础。 光散射： 瑞利散射、米氏散射的经典描述，并引入拉曼散射的量子力学起源。 第七章：激光物理：原理与实现 激光振荡理论： 粒子数反转、阈值增益、腔内光场稳定性的分析。 激光器类型与特性： 重点讲解连续波（CW）和脉冲激光器的设计参数（如光束质量 $M^2$）。 光束整形与调制： 介绍腔内稳态模式（TEM$_{00}$），以及声光调制（AOM）和电光调制（EOM）的原理和速度限制。 第八章：非线性光学导论 本章是经典光学向量子光学过渡的桥梁。 宏观极化率与本征电场： 介绍介质中极化强度 $P$ 与电场 $E$ 的非线性关系 $P = epsilon_0 (chi^{(1)} E + chi^{(2)} E^2 + chi^{(3)} E^3 + dots)$。 二次非线性过程： 详细分析倍频（SHG）、和频（SFG）和参量下转换（OPO）的相位匹配条件（包括双折射相位匹配），强调能量和动量守恒。 三次非线性过程： 介绍自相位调制（SPM）和克尔效应，它们是超快脉冲形成的关键机制。 第九章：量子光学基础与光量子化 光子的概念与对偶性： 从量子力学的角度重新审视光的波动性与粒子性。 量子场论的初探： 引入光场的量子化概念，场的算符表示。 光子的统计特性： 区分相干态（激光）、热光和压缩态光的二阶和高阶关联函数（光子统计学）。 量子信息与光： 简要介绍量子隐形传态、量子密钥分发中光子偏振态和纠缠光子的作用。 --- 附录 1. 数值计算方法： 有限差分法（FDM）在亥姆霍兹方程求解中的应用。 2. 特殊函数： 贝塞尔函数、勒让德多项式在波动方程解中的应用。 3. 常用光学材料参数表。 本书的特色： 1. 强调物理图像： 每个数学推导后都紧跟对物理过程的直观解释，避免“公式的堆砌”。 2. 工程视野： 穿插大量与现代技术相关的案例，如光纤通信中的色散补偿、生物成像中的共聚焦显微镜原理。 3. 严谨性与前沿性并重： 确保经典光学部分（1-5章）的严谨性，同时用相当篇幅介绍当前研究热点（如超材料光学、量子传感初步）。 本书适合作为高等物理、应用物理、光电子技术、精密仪器专业的教材或参考书，为有志于从事光学、光电子领域研究工作的学生奠定坚实的基础。

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这本书的语言风格非常独特，它有一种沉稳而又充满激情的学者气质。不像有些教材那样板着脸孔，干巴巴地陈述事实，这本书在严谨的科学论述中，时不时地会穿插一些对物理之美的赞叹和对科学精神的呼唤。阅读起来，就像是有一位经验丰富、学识渊博的导师在你身旁，耐心地为你讲解每一个细节，语气平和，但内容却字字珠玑。特别是对于一些经典实验的引入部分，作者总能用几句精辟的话语，点明该实验在物理学史上的地位和其揭示的深刻哲理。这种人文关怀和科学精神的结合，让学习过程变得非常愉悦和有意义。它不仅仅教会了我“如何做实验”，更重要的是，它让我思考了“为什么要进行这样的实验”，这种深层次的启迪，对于培养真正的科研思维是至关重要的。阅读体验非常流畅，没有遇到任何晦涩难懂的“硬伤”句子。

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这本书的装帧设计非常有质感，拿到手上就感觉分量十足，绝对不是那种敷衍了事的教材。内页的纸张选择也相当考究，印刷清晰，图表线条流畅，即便是那些复杂的实验仪器结构图，也看得一清二楚，这对我们理解实验原理至关重要。我特别欣赏它在排版上的用心，知识点之间的逻辑关系梳理得非常到位，很少出现那种让人一头雾水、不知所云的段落。尤其是一些核心公式的推导过程，作者似乎深知初学者容易在哪一步卡壳，所以会特意用不同的字体或者标注来强调关键的假设和步骤，这种细致入微的处理方式，让原本枯燥的数学推导过程变得清晰易懂。而且，书的整体设计风格偏向简洁大气，没有太多花哨的装饰分散注意力，能让人完全沉浸在物理世界的奥秘之中。每次翻阅时，都能感受到编者对教育事业的敬畏之心，每一个细节都体现了专业性和严谨性，读起来心情非常舒畅，这对于需要长时间面对实验数据和理论模型的学习者来说，无疑是一种视觉上的享受和精神上的鼓励。

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我得说，这本书的章节编排简直是教科书级别的典范。它不是简单地罗列实验项目，而是构建了一个循序渐进的学习体系。从最基础的力学测量、电路基础开始，每一步都稳扎稳打，确保读者对前置知识点有牢固的掌握，然后才引入更复杂的电磁学和光学实验。最让我惊喜的是，它在每个实验的“背景理论”部分，并没有直接丢给你一堆公式，而是先从实际物理现象入手，引导你去思考“为什么会这样”，然后再自然而然地引出背后的物理规律。这种“问题导向”的学习路径，极大地激发了我探索的兴趣，感觉自己不是在被动接受知识，而是在主动地与物理世界对话。而且，书中对实验仪器的介绍详略得当，不仅有标准的操作流程，还穿插了一些历史背景和不同版本的仪器比较，这让实验操作不再是机械的重复，而是充满了对科学发展历程的理解。这种深度和广度兼备的处理方式，使得即便是同一个实验，读完后你也会有全新的认识，远超出了我预期的大学入门教材的深度。

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从实用性的角度来看，这本书的价值是无可替代的。它几乎涵盖了所有主流大学物理实验的必备项目，但更难能可贵的是，它对“替代方案”和“潜在陷阱”的探讨极其深入。例如，在介绍某个特定传感器时，它会并列讨论几种不同型号的优缺点以及在特定环境下的适用性，这对于我们未来可能需要自行设计实验方案或排除故障时，提供了宝贵的经验参考。书中还附带了大量的实验安全须知和常见错误排查清单，这些细节内容体现了编者极强的责任心，确保我们在实际操作中能够规避不必要的风险和时间浪费。我甚至发现，书中关于数据处理流程的描述，与我现在正在使用的高级数据分析软件的操作逻辑有很高的契合度，这表明编者紧跟时代步伐，将传统实验教学与现代计算工具进行了有效融合。可以说，这本书不只是一本课程参考书，更像是一本陪伴我从理论走向实践，并能伴随我未来很长一段时间的“实验操作手册和思维指南”。

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这本书在处理实验数据和误差分析部分的处理方式，简直是为我们这些“数据恐惧症”患者量身定做的救星。我以前总觉得误差分析就是背几个公式，套几个数字，但这本书完全颠覆了我的看法。它用非常生活化的语言，结合大量的实例，深入浅出地讲解了系统误差和随机误差的本质区别，以及如何通过统计方法来科学地对待测量结果中的不确定性。书里甚至专门开辟了一块内容，讨论了如何撰写一份高质量的实验报告，从引言的逻辑结构到结论的严谨措辞，都给出了细致的指导，这一点在很多同类教材中是极其罕见的。更别提那些精美的图表了，它们不是随便放上去的插图，而是数据可视化的典范，能让你一眼看出数据点之间的趋势和离散程度。读完这部分内容，我不再害怕面对那些看似杂乱无章的测量数据，反而有了一种将“噪音”转化为“信息”的掌控感。这种实战能力上的提升，比单纯记住几个公式要有价值得多。

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