Introduction to Quantum Optics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Paul, Harry

出品人:

页数:254

译者:Jex, Igor

出版时间:2004-6

价格:$ 107.35

装帧:HRD

isbn号码:9780521835633

丛书系列:

图书标签:

• 量子光学
• 量子力学
• 电磁学
• 光物理
• 光学
• 量子信息
• 非经典光
• 腔量子电动力学
• 量子计算
• 原子物理

好的，这是一本关于“经典电磁学与散射理论”的图书简介，内容力求详实且具有专业深度，完全不涉及量子光学主题。 《麦克斯韦方程组的深度探究：从场论到复杂介质中的光波传播与散射》 导言：重温电磁学的基石 本书旨在提供对经典电磁场理论的全面、深入且现代化的阐述，重点聚焦于麦克斯韦方程组在宏观尺度上的严谨应用，尤其是在处理复杂边界条件和非均匀介质中的电磁波传播与散射问题。我们不涉足量子力学的范畴，而是将经典电磁学视为描述光与物质相互作用的完备工具，探索其在工程、物理和应用科学中的强大能力。 全书的结构设计遵循从基础公理到前沿应用的逻辑递进，旨在为高等物理、电子工程、遥感技术和计算电磁学领域的研究人员和高年级学生提供一本坚实的参考书。 第一部分：麦克斯韦方程组的数学框架与基础概念 第一章：矢量分析与场论的数学工具箱 本章首先回顾了理解电磁场所需的全部矢量微积分工具，包括格林定理、斯托克斯定理、散度和旋度的物理意义。重点阐述了在笛卡尔、柱面和球坐标系中散度、旋度和拉普拉斯算子的具体形式。随后引入了亥姆霍兹方程，将其作为解决时谐电磁场问题的核心偏微分方程。讨论了场的分解定理——赫尔姆霍兹分解（Helmholtz Decomposition），严格区分了纵场、横场以及电场和磁场的标量和矢量势表示法。 第二章：麦克斯韦方程组的微分与积分形式 详细阐述了麦克斯韦方程组的四组基本方程，不仅给出其微分形式，更重要的是深入剖析了积分形式所蕴含的物理意义——高斯定律、法拉第感应定律、安培-麦克斯韦定律和磁场的散度为零。本章花费大量篇幅讨论了边界条件（Boundary Conditions）的推导，强调了在不同介质界面上电场、磁场、电位移场和磁场强度的法向和切向分量的连续性或跳跃关系，这是后续所有散射和波导问题分析的基础。 第三章：特解与势函数的物理诠释 本章聚焦于无源、无源且无自由电荷区域的电磁场求解。通过对标量电位 ($phi$) 和矢量磁位 ($mathbf{A}$) 的深入分析，展示如何将复杂的场问题简化为求解亥姆霍兹方程。详细探讨了洛伦兹规范（Lorentz Gauge）和库仑规范（Coulomb Gauge）的选择对问题求解的影响，并引入了推迟势（Retarded Potentials）的概念，解释了电磁影响的有限传播速度。 第二部分：平面波、波导与谐振腔 第四章：均匀介质中的平面波传播 本章严格分析了在理想电介质（无损耗）和实际导体中的平面波解。推导了传播常数、特性阻抗和坡印亭矢量（Poynting Vector）的概念，后者被用作能量流密度的精确度量。详细研究了电磁波在低损耗介质（如水、玻璃）中的相位延迟、吸收和色散现象。 第五章：电磁波在导引结构中的行为 本章转向处理约束条件下的电磁波传播。首先对无限大平行板波导（Parallel-Plate Waveguide）进行严格的模态分析，推导出 $ ext{TE}$ 模和 $ ext{TM}$ 模的截止频率（Cutoff Frequencies）和色散关系。随后，将分析推广到更具实际意义的矩形金属波导，计算主模（Dominant Mode）的特性。最后，简要介绍了同轴电缆的横电磁（TEM）模特性。 第六章：谐振腔与模态分析 本章探讨了有限尺寸电磁场（驻波）的形成。以矩形金属腔体为例，推导出电磁场的本征频率（Eigenfrequencies）和模式分布（Mode Patterns）。分析了品质因数 ($Q$ Factor) 的概念，将其作为衡量腔体能量存储效率和损耗的重要指标。 第三部分：散射理论的严谨处理 第七章：散射基础：散射截面与远场近似 本章引入散射理论的核心概念。定义了散射截面（Scattering Cross Section）和微分散射截面（Differential Scattering Cross Section），这些量直接与观测到的散射强度相关。讨论了远场假设的物理前提，并推导了远场电场强度的表达式。 第八章：瑞利散射（Rayleigh Scattering）与偶极子辐射 本章专注于小粒子散射，即粒子尺寸远小于波长的情况。严格推导了偶极子辐射场，并由此导出瑞利散射截面的频率依赖性，解释了天空呈蓝色的经典物理机制。分析了电偶极子和磁偶极子在远场辐射功率的计算。 第九章：米氏散射（Mie Scattering）理论的解析解 米氏理论是描述球形粒子散射的经典解析方法。本章详细介绍了如何利用分离变量法，结合电磁场的边界条件，求解入射平面波在无限大介质球体上的散射问题。推导出散射场的系数（$a_n$ 和 $b_n$），并展示如何利用这些系数计算前向散射、后向散射和总散射截面。对不同折射率和尺寸参数下的散射模式（如阴影、亮斑的形成）进行详尽的数值分析。 第十章：几何光学（Geometrical Optics）的极限 将经典电磁波理论推向其短波长极限，即几何光学。详细阐述了费马原理（Fermat’s Principle）作为几何光学的基本假设。通过光线追踪的概念，严谨地推导了反射定律和斯涅尔定律（Snell’s Law），并探讨了如何通过场的概念解释全内反射（Total Internal Reflection）现象。 第四部分：先进应用与数值方法 第十一章：时变与非均匀介质中的传播 本章处理麦克斯韦方程组在具有时变电磁参数或空间变化的介质中的响应。讨论了具有损耗（导电性）介质中的波传播，推导出趋肤深度（Skin Depth）的概念，并分析了趋肤效应在导体中产生的能量耗散。 第十二章：计算电磁学基础：矩量法（MoM） 鉴于许多实际问题缺乏解析解，本章介绍了求解边界积分方程的数值方法。重点讲解矩量法（Method of Moments, MoM）的基本思想，如何利用加权函数和基函数将连续的积分方程转化为可解的线性代数方程组。详细展示了如何构建阻抗矩阵，并以一个简单的二维散射体为例进行求解框架的搭建。 总结： 本书是一部致力于完整呈现经典电磁理论在复杂光波传播与散射应用中强大能力的专著。它通过严格的数学推导和对物理概念的深刻剖析，确保读者能够扎实掌握麦克斯韦方程组在电磁学、光学工程和遥感等领域的实际应用能力。全书避免了任何关于量子场论的讨论，专注于经典场论的深度挖掘。

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