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出版者:陝西西安交通大學

作者:馮恩信

出品人:

頁數:379

译者:

出版時間:2005-9

價格:29.00元

裝幀:

isbn號碼:9787560520384

叢書系列:

圖書標籤:

• 非人類讀物
• 腦白金軟性廣告
• 天書
• 電磁場
• 電磁波
• 物理學
• 電磁學
• 大學教材
• 理工科
• 高等教育
• 電動力學
• 麥剋斯韋方程
• 信號與係統

現代光學導論 內容簡介 本書旨在為物理、工程技術及相關專業的學生提供一套全麵而深入的現代光學基礎知識體係。本書內容涵蓋經典光學理論的精髓，並逐步引入量子光學的前沿概念，構建起連接宏觀電磁波現象與微觀光子行為的知識橋梁。全書結構嚴謹，邏輯清晰，力求在保持理論深度和廣度的同時，兼顧清晰的闡述和直觀的物理圖像。 第一部分：幾何光學與成像理論（The Foundations of Ray Optics） 本部分首先從幾何光學的基礎齣發，探討光的直綫傳播、反射和摺射定律。我們將詳細分析費馬原理（Fermat’s Principle）在光綫傳播路徑確定中的核心作用，並建立起描述光綫與界麵相互作用的數學模型。 重點內容包括： 成像係統分析： 對單透鏡和多鏡組係統進行詳細的幾何光綫追跡分析。引入傍軸近似（Paraxial Approximation），推導齣眼睛（Eye）、物鏡（Objective）和目鏡（Eyepiece）等基本光學元件的參數，如焦距、數值孔徑（Numerical Aperture, NA）和放大率。 像差理論（Aberration Theory）： 深入探討理想幾何光學模型在實際應用中的局限性。詳細分析五種主要的一階和二階幾何像差：球差（Spherical Aberration）、彗差（Coma）、像散（Astigmatism）、場麯（Field Curvature）和畸變（Distortion）。通過引入唐納德-哈裏森（Donald-Harrison）或海德爾（Haidar）的像差函數錶達形式，闡釋如何通過優化鏡片設計來校正這些缺陷，尤其關注消色差和復消色差係統的設計原理。 光瞳與光束控製： 討論光瞳（Aperture Stop）、入瞳（Entrance Pupil）和齣瞳（Exit Pupil）的概念，它們如何限製進入係統的光綫範圍，並決定係統的亮度（如F數）。分析光闌在控製景深（Depth of Field）和像差中的關鍵作用。 第二部分：波動光學與乾涉現象（Wave Optics and Interference） 本部分將視光為電磁波，從波動性的角度重新審視光的傳播規律。我們引入波動方程的解，並專注於光的疊加原理。 惠更斯-菲涅耳原理（Huygens-Fresnel Principle）： 闡述該原理如何作為連接幾何光學和波動光學的基礎。詳細推導菲涅耳衍射和夫琅禾費衍射的數學錶達式，重點分析瞭單縫、圓孔和雙縫的強度分布。 乾涉理論： 深入分析相乾光源和非相乾光源的概念。詳細解析楊氏雙縫乾涉的定量描述，包括條紋寬度、對比度和可見度。隨後，擴展到更高階的乾涉係統，如邁剋爾遜乾涉儀（Michelson Interferometer）和馬赫-曾德爾乾涉儀（Mach-Zehnder Interferometer），展示它們在測量學中的應用，如精確測量波長和摺射率的變化。 薄膜光學： 討論光在介質界麵上的反射和透射的菲涅耳公式（Fresnel Equations）。分析反射係數和透射係數與入射角、偏振態的關係。詳細講解多層薄膜乾涉現象，包括增透膜（Anti-Reflection Coatings）和反射增亮膜（High-Reflectivity Coatings）的設計原理，強調相位匹配的重要性。 第三部分：衍射與光柵（Diffraction and Grating Theory） 本部分聚焦於光波繞過障礙物或通過孔徑時發生的偏離直綫傳播的現象。 夫琅禾費衍射的嚴格處理： 利用傅裏葉變換（Fourier Transform）將衍射問題轉化為空間頻率域的分析。詳細推導圓孔衍射（艾裏斑，Airy Pattern）和多縫光柵的強度分布，建立起衍射強度與孔徑函數（Pupil Function）傅裏葉變換之間的關係。 光柵理論與光譜： 深入分析平麵反射光柵和透射光柵的工作原理。推導光柵方程，探討其色散能力（Dispersion）和分辨本領（Resolving Power）。對比光柵與棱鏡在光譜分離中的優缺點，並介紹全息光柵（Holographic Gratings）的基本概念。 衍射極限與分辨率： 結閤瑞利判據（Rayleigh Criterion）和衍射理論，確定光學係統的極限分辨率，解釋為什麼高數值孔徑和短波長有利於提高分辨率。 第四部分：光的偏振與散射（Polarization and Scattering） 本部分深入探討光的橫波性質，以及光與物質相互作用時偏振態的改變。 偏振態描述： 采用瓊斯矩陣（Jones Calculus）和穆勒矩陣（Mueller Calculus）對光的綫偏振、圓偏振和橢圓偏振態進行精確數學描述。分析通過波片（Wave Plates）和偏振片（Polarizers）後的偏振態變化。 布儒斯特角與菲涅耳公式的極值點： 詳細分析光在不同介質界麵上的反射偏振特性，特彆關注布儒斯特角（Brewster's Angle）現象。 散射理論： 介紹瑞利散射（Rayleigh Scattering）的基本模型，解釋天空呈藍色的物理機製。引入米氏散射（Mie Scattering）的概念，用於描述光粒徑與波長接近或更大的顆粒（如雲或煙霧）的散射行為。 第五部分：導光係統與現代應用基礎（Waveguides and Modern Applications） 本部分將理論知識應用於實際的導光結構，並為進入更深入的量子光學打下基礎。 導波理論： 采用波動方程的邊界條件求解方法，分析平麵波導和圓波導（如光縴）的模式（Modes）。詳細討論全內反射（Total Internal Reflection）在光縴通信中的作用，區分單模（Single-mode）和多模（Multi-mode）光縴的特性和色散問題。 光的傳播介質： 探討介質的色散關係，區分正常色散和反常色散區域。引入群速度（Group Velocity）和相速度（Phase Velocity）的概念，並分析它們在脈衝信號傳輸中的重要性。 非綫性光學初步： 概述光與物質相互作用的非綫性效應，如頻率轉換（Second Harmonic Generation, SHG）。簡要介紹光在強場作用下材料摺射率隨光強變化的剋爾效應（Kerr Effect）。 本書的敘述風格注重概念的清晰和數學推導的完備性，並通過豐富的圖示和實際應用案例，幫助讀者建立對光的波動本質和應用潛力的深刻理解。

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我特彆欣賞書中對“場”這個概念的哲學思考。不同於很多隻關注“公式求解”的教材，這本書在開篇和結尾部分，花瞭不少篇幅來探討電磁場作為一種基本物理實體的本質。它不隻是告訴你 $mathbf{E} = - abla V$，而是引導你思考，為什麼這個場在空間中是連續的，它如何在真空裏以有限速度傳播，以及這種傳播如何體現瞭自然界的因果律。這種宏觀的、帶有深刻物理洞察力的敘述，極大地拔高瞭整本書的格調。它讓我不再把電磁學僅僅看作是一門計算技術，而更像是一門關於宇宙基本運動規律的“藝術”。正是這些超越計算層麵的討論，使得我在復習基礎時，能夠保持極高的學習熱情，因為我知道我正在探究的是自然界最深層的奧秘之一，而不是簡單地為瞭通過考試而記憶一堆方程式。

评分☆☆☆☆☆

這本《電磁場與電磁波》真是讓我又愛又恨，愛的是它對基礎理論的闡述深入且嚴謹，每個公式的推導都像是精心設計的迷宮，引導你一步步走嚮真理的殿堂。我記得剛接觸麥剋斯韋方程組那會兒，簡直是一頭霧水，感覺那些偏微分方程像天書一樣難以捉摸。但這本書的作者顯然深諳“循序漸進”的教學之道，他們沒有直接拋齣最復雜的積分形式，而是先從更直觀的矢量分析入手，用大量生動的類比來解釋電場、磁場、位移電流這些抽象概念是如何相互作用、共同構築起整個電磁世界的。書中的插圖雖然不算頂尖華麗，但絕對是功能性的典範，每一張圖都精準地標注瞭嚮量的方嚮和物理意義，尤其是在講解坡印廷矢量和邊界條件時，那幾張剖麵圖簡直是點睛之筆，讓原本模糊不清的空間關係瞬間變得清晰可見。我花瞭整整一個周末，纔把第三章關於平麵電磁波在無損均勻介質中傳播的部分啃下來，那種豁然開朗的感覺，不亞於解開瞭一個睏擾許久的數學難題，絕對是為那些真正想吃透物理本質的理工科學生量身定做的“硬菜”。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀，坦白說，有些過於“復古”瞭。我購買的是最新修訂版，但打開書頁時，那種厚重的紙張和略顯陳舊的字體風格，讓人感覺仿佛迴到瞭上世紀八十年代的實驗室。這本身倒不是一個緻命的缺點，畢竟內容為王，但長時間盯著那些密集的公式和密集的文字描述，眼睛確實很容易感到疲勞。尤其是當涉及到復雜的矢量代數和坐標變換時，如果能采用更現代的排版方式，比如將關鍵公式用醒目的顔色或邊框突齣顯示，或者在關鍵概念旁邊配上一些現代化的示意圖（比如用三維渲染圖來展示電磁場的空間分布），學習體驗一定會提升好幾個檔次。現在的版本，給我的感覺是，作者們花99%的精力打磨瞭理論內核，卻隻用瞭1%的精力來考慮讀者的閱讀感受，這在信息爆炸的今天，算是一個小小的遺憾。

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說實話，這本書的理論深度毋庸置疑，但作為一本教科書，它的“實戰性”和“可讀性”之間似乎存在著微妙的張力。我感覺作者們更偏嚮於構建一個完美的理論體係，而不是迎閤初學者的學習習慣。很多章節的例題，雖然嚴格意義上屬於應用，但其難度係數已經快趕上一些專業研究生級彆的習題瞭。例如，關於波導傳輸綫的那幾節，作者直接跳到瞭TE和TM模式的求解，中間省略瞭大量的細節鋪墊，我不得不翻閱好幾本參考書，甚至去網上找一些更偏嚮工程應用的教程來輔助理解。這種“高起點”的敘述方式，對於那些已經有紮實微積分和綫性代數基礎的學生來說，或許是一種挑戰；但對於像我這樣，需要通過大量具體案例來固化抽象概念的學習者而言，就顯得有些“冷峻”瞭。我期待看到更多與現代技術，比如射頻識彆（RFID）或微波器件設計相關的貼近實際的算例，而不是純粹的理論證明，那樣會大大增強我們對知識應用價值的感知。

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然而，我必須指齣，對於那些希望快速掌握工程應用的學生來說，這本書的索引和術語錶部分做得相當不到位。當你需要快速迴顧某個特定概念，比如“法拉第籠”的具體數學描述，或者“史密斯圓圖”的使用前提條件時，你很難在厚厚的一本書中迅速定位。每次我需要迴顧某個知識點時，都得像無頭蒼蠅一樣在章節之間來迴翻找，耗費瞭不少寶貴時間。如果編者能在書的後半部分加入一個詳盡的、按字母順序排列的專業術語對照錶，並注明它們在書中的首次齣現頁碼，那將會是極大的便利。畢竟，作為一本經典的參考書，它不僅僅是用來“學一遍”的，更是用來“隨時查閱”的工具書。現在這個狀態，讓它在作為工具書的效率上大打摺扣，著實令人感到一絲不便。

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經典專業課，考試必備。

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