Modern Foundations of Quantum Optics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Vedral, Vlatko

出品人:

页数:222

译者:

出版时间:2005-4

价格:$ 108.00

装帧:HRD

isbn号码:9781860945311

丛书系列:

图书标签:

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

经典物理学中的光：从波粒二象性的初步探索到宏观现象的描述 图书名称： 经典光学的原理与应用 图书简介： 本书旨在为读者提供一个对经典光学理论的全面而深入的理解，重点关注光在宏观尺度下的行为，以及如何通过经典物理学的框架来描述和预测这些现象。我们避免了对量子力学基础的探讨，而是将精力集中于光被视为电磁波这一前提下的所有重要概念、定律和应用。本书的叙述风格力求严谨、清晰，注重数学推导的完整性，同时辅以大量的实际应用案例，以帮助读者构建一个扎实的光学知识体系。 第一部分：光的几何光学基础 本部分从最基本的几何光学原理出发，奠定分析宏观光现象的基础。 第一章：光线与几何光学 本章首先引入光线概念，将其定义为特定传播方向的理想化模型，这对于描述光在均匀介质中的直线传播至关重要。我们将详细讨论费马原理（Principle of Least Time），阐述光线遵循的最短时间路径，并从这一变分原理推导出反射定律和折射定律。斯涅耳定律（Snell’s Law）的精确推导及其在不同界面处的应用是本章的核心内容。我们还将探讨光的反射与折射的能量分配问题，引入菲涅尔方程的几何光学近似形式，用以计算不同入射角下的反射率和透射率。 第二章：平面与球面反射 本章专注于反射现象。从平面镜开始，我们详细分析了平面反射的成像特性，包括虚像的形成、像的性质（等大、正立）以及多重反射形成的复杂图像。随后，章节转向球面反射镜，包括凹面镜和凸面镜。我们严格推导了高斯成像公式（或称牛顿公式），并讨论了傍轴近似（Paraxial Approximation）的适用范围和局限性。针对不同曲率的镜面，本章会系统性地分析物像关系，并引入放大率的概念。对于边缘光线（Off-axis Rays）导致的像差，如球差（Spherical Aberration），我们将进行初步的几何分析，为后续章节中更精确的像差理论做铺垫。 第三章：折射与透镜系统 本章是几何光学的主体部分，聚焦于光通过介质界面时的传播和成像。我们首先研究单球面折射面的成像规律，推导出折射成像的基本方程。随后，我们将这种分析扩展到由两个或多个球面构成的透镜系统。详细分析了薄透镜（Thin Lens）的成像原理，包括焦距的确定、实像与虚像的形成，以及不同组合透镜（如目镜和物镜）的成像特性。本章的重点在于精确应用马希-史密特（Mach-Zehnder）或兰德公式，处理多透镜系统的总焦距和放大率计算。对镜组的像差分析将在此处引入更系统的框架，特别是色散（Chromatic Aberration）的几何解释和消色差透镜（Achromatic Doublets）的设计思想。 第二部分：波动光学与干涉现象 本部分将光视为一种横波，探讨其叠加、衍射和偏振特性。 第四章：光的波动性与叠加原理 本章从惠更斯-菲涅尔原理（Huygens-Fresnel Principle）出发，确立光的波动模型。我们详细阐述了波的叠加原理，包括相干性（Coherence）的概念，如时间相干性和空间相干性。通过对两个点光源发出的光波叠加的分析，我们推导出建设性干涉和破坏性干涉的条件，并展示了光程差在确定干涉图样中的核心作用。 第五章：干涉仪与应用 本章将理论应用于实际的干涉测量设备。我们深入分析了杨氏双缝干涉实验（Young’s Double Slit Experiment）的数学模型，包括条纹间距、对比度（Visibility）的计算及其与缝宽和光波长、屏距的关系。随后，我们转向更精密的仪器，如迈克耳孙干涉仪（Michelson Interferometer）和马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）。对于迈克耳孙干涉仪，我们将探讨其在测量长度标准、光谱分析（干涉仪频谱分析）以及确定光源带宽方面的应用，严格分析移动反射镜距离与干涉条纹移动之间的定量关系。 第六章：薄膜光学与光的反射/透射 本章专注于光在多层介质界面上的反射和透射现象。我们从菲涅尔方程的完整形式出发，结合电磁场边界条件，推导了光在两个平行界面（即薄膜）上的反射和透射系数。本章的核心在于薄膜干涉现象，包括自干涉（如肥皂泡的颜色）和构造性/破坏性干涉条件。我们将详细讨论抗反射涂层（Anti-Reflection Coatings）的设计原理，利用相消干涉原理来最小化特定波长的反射损失，以及高反射镜的设计。 第三部分：衍射、偏振与光的传播 本部分处理光波的绕射特性以及光的横波本质。 第七章：光的衍射理论 本章系统阐述光的衍射现象，从夫琅禾费衍射（Fraunhofer Diffraction）开始。我们详细分析了单缝衍射的强度分布，推导出衍射角与缝宽的关系，并讨论了衍射极限（Diffraction Limit）的概念。随后，本章扩展到圆孔衍射（艾里斑，Airy Pattern）和多缝衍射（光栅，Diffraction Grating）。光栅作为一种重要的光谱分离元件，其衍射方程、分辨本领（Resolving Power）的推导及其在测量波长方面的应用是本章的重点。我们也会对菲涅尔衍射进行概述，说明其与夫琅禾费衍射在传播距离上的区别。 第八章：光的偏振现象 本章阐述光的横波性质，重点分析偏振态。我们首先定义了线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的数学描述，包括琼斯矢量（Jones Vector）的引入。本章详细讨论了产生偏振光的方法，如反射偏振（布鲁斯特角）、双折射（Birefringence）材料（如方解石）的作用，以及起偏器（Polarizer）和检偏器（Analyzer）的应用。重点分析了马吕斯定律（Malus's Law），并引入了波片（Wave Plates）的工作原理，用以精确控制光的偏振态。 第九章：电磁波在介质中的传播 本章将几何光学和波动光学联系起来，从麦克斯韦方程组在介质中的形式出发，推导出平面电磁波的传播特性。我们严格证明了光波是横波，并讨论了坡印廷矢量（Poynting Vector）及其在描述光能量流密度中的作用。本章将深入探讨色散介质（Dispersive Media）中的光速变化，引入群速度（Group Velocity）和相速度（Phase Velocity）的概念，并解释它们如何影响光脉冲的传播。此外，我们将分析介质的相对介电常数和磁导率与折射率之间的关系。 总结 本书结构清晰，覆盖了从基础几何建模到复杂波动现象的全部经典光学内容。每一章都建立在前一章的基础上，通过严格的数学推导和对实际工程应用的关注，确保读者能够掌握如何使用经典物理工具来分析和设计光学系统。本书适合作为高等物理、光学工程及相关专业本科生和研究生的教材或参考书。

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