Photonic Systems and Applications in Defense and Manufacturing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Lam, Y. L. Jack (EDT)/ Lkuta, Koji (EDT)/ Mangir, Metin S. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:105

装帧:Pap

isbn号码:9780819435002

丛书系列:

图书标签:

• 光子系统
• 国防应用
• 制造业
• 光子技术
• 激光技术
• 光学工程
• 传感器
• 检测技术
• 精密制造
• 工业应用

极光、量子与结构：现代光学工程的前沿探索 书名：《极光、量子与结构：现代光学工程的前沿探索》 作者： [此处可虚构作者姓名，例如：张伟，李明] 出版社： [此处可虚构出版社名称，例如：科学技术文献出版社] --- 内容简介： 本书深入剖析了当代光学工程领域中，那些在基础理论、材料科学以及前沿技术应用层面取得突破性进展的关键分支。它旨在为高级研究人员、资深工程师以及对光与物质相互作用的深层次机制感兴趣的学者，提供一份详尽的、具有前瞻性的知识图谱。全书结构严谨，内容涵盖了从超材料的奇异光场调控，到高精度量子光学系统的构建与应用，再到复杂结构内部光传输的解析建模等多个核心领域。 第一部分：超构材料与光场塑形 本部分聚焦于超构材料（Metamaterials）的设计、制造及其在控制电磁波谱方面的革命性潜力。我们首先回顾了传统光学元件的局限性，并详细阐述了如何通过亚波长尺度的结构单元——“亚波长单元”——来实现对光的等效介电常数和磁导率的精确调控。 负折射率材料与隐身技术基础： 深入探讨了Lenead和Veselago模型在负折射率材料设计中的应用。重点分析了实现零折射率（Epsilon-Near-Zero, ENZ）和双零折射率（Double-Epsilon-Near-Zero, DEZ）结构时的电磁响应特性，并结合有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）模拟，展示了如何设计能够弯曲光线的“光子晶体板”或“蜗牛状结构”。 光子晶体与布拉格反射： 对二维和三维光子晶体的能带结构计算进行了详尽的数学推导。分析了光子带隙的产生机理，特别是其在光限制、光波导以及光开关中的应用潜力。此外，本书还探讨了准周期性结构，如Penrose晶格，如何引入“慢光”现象，以提高光信号处理的时延精度。 动态可重构超表面（Reconfigurable Metasurfaces）： 区别于固定的超构材料，本章侧重于具有动态响应特性的超表面。详细介绍了利用电光效应（如Pockels效应）、热光效应、以及相变材料（如钒氧化物VO2）来实现对相位梯度、振幅和偏振态的实时调控。案例研究包括用于实时光束转向的无源相控阵（Passive Phased Arrays）和用于空间光调制的空间光调制器（SLM）的超表面化改进方案。 第二部分：量子光学前沿与精密测量 第二部分将视角转向微观世界，探究光子与原子、分子之间相互作用的量子特性，并将其应用于超高灵敏度的测量科学中。 单光子源与纠缠态的制备： 详细阐述了制备高质量单光子和多光子纠缠态的技术路线。内容涵盖了基于量子点（Quantum Dots, QDs）的自发辐射机制，特别关注了其去偏振和高纯度单光子的激发条件。对于纠缠光子的产生，重点分析了自发参量下转换（SPDC）和自发四波混频（SFWM）过程的非线性动力学方程，以及如何通过空间重构来提升符合计数率。 腔量子电动力学（Cavity QED）： 深入研究了光腔对原子或量子点能级结构的影响——Purcell效应。通过耦合微纳光纤腔或分布式布拉格反射（DBR）腔，分析了强耦合和超强耦合区域的物理现象，如拉比振荡和极化子（Polariton）的形成，这些是实现高效量子信息传输和光-物质接口的关键。 精密传感与计量： 探讨了如何利用量子效应来超越经典测量极限。重点介绍了压缩态光（Squeezed Light）在增强引力波干涉仪（如LIGO）灵敏度方面的应用。分析了压缩态的生成原理（通过四波混频或非线性晶体）及其对标准量子极限（SQL）的突破机制。此外，还包括基于原子钟和光晶格的绝对频率测量与时间标准。 第三部分：先进光子学结构与集成 本部分关注于如何将复杂的光学功能集成到微型化、高效率的平台上，是实现下一代光电子系统的基础。 硅基光子学与片上集成（Photonic Integrated Circuits, PICs）： 详细剖析了硅光子学（Silicon Photonics）平台的技术优势，包括其低损耗的波导结构（如脊形波导、槽波导）和成熟的CMOS兼容性制造流程。重点分析了高效的光栅耦合器（Grating Couplers）的设计优化，以解决芯片与外部光纤的连接损耗问题。探讨了载流子注入式调制器（Carrier-Injection Modulators），如马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和环形谐振腔（RAC）调制器，在高速光通信中的性能瓶颈与突破方向。 拓扑光子学（Topological Photonics）： 这是一个新兴领域，借鉴了凝聚态物理中的拓扑绝缘体概念。本书解释了如何在光子系统中构建具有拓扑边缘态的结构。通过周期性引入“口袋霍尔效应”或“Chern数”非零的结构，实现了光在结构缺陷处对损伤或弯曲的免疫传输。重点分析了如何利用磁场（或等效的非厄米势）来打破时间反演对称性，从而实现单向光传输，这对于构建抗干扰的片上器件至关重要。 非线性光学与光频率梳： 探讨了在微纳结构中增强非线性效应的途径。分析了高非线性材料（如氮化硅SiN）与高填充因子波导的结合，如何实现极高的光场强度。核心内容包括光频率梳（Optical Frequency Combs）的产生机制，特别是利用克尔介质在特定波导中驱动的腔内孤子（Soliton）的形成、演化和稳定化过程，及其在超宽带光源和精密光谱学中的应用。 结论与展望： 本书的最后部分总结了光学工程在跨学科融合中的趋势，强调了理论建模的精确性、材料科学的创新性以及先进制造工艺的互补性是推动下一代光学技术发展的核心驱动力。它展望了人工智能在复杂光场设计优化中的作用，以及可编程光子学可能带来的范式转变。 --- 本书特点： 1. 深度与广度并重： 既涵盖了基础物理原理的严格推导，又紧密结合了最新的实验进展和工程实现。 2. 前沿性聚焦： 精选了当前科研热点，如超表面、拓扑光子学和量子传感，为读者指明研究方向。 3. 数学严谨性： 对涉及的偏微分方程、群论在晶体结构中的应用、以及量子态的密度矩阵描述均进行了清晰阐述。 本书适合于致力于光电转换、信息传输、先进成像、以及量子计算硬件研究的专业人士和研究生参考使用。

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