Atomic and Laser Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Corney, Alan

出品人:

页数:784

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 111.87

装帧:Pap

isbn号码:9780199211456

丛书系列:

图书标签:

• 原子光谱学
• 激光光谱学
• 光谱学
• 原子物理
• 激光物理
• 量子力学
• 原子结构
• 光谱分析
• 精细结构
• 超精细结构

聚焦基础物理与前沿应用：现代光学、量子信息与材料科学导论 本书旨在为物理学、工程学及化学等领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的现代科学领域基础知识框架。它并非聚焦于特定的光谱技术，而是着眼于支撑这些技术背面的核心物理原理、前沿交叉学科的构建，以及由此衍生的关键应用。本书结构清晰，内容严谨，旨在培养读者运用基本定律解决复杂问题的能力。 --- 第一部分：经典电磁学与光学基础的再审视 (Classical Electromagnetism and Foundational Optics Revisited) 本部分首先回顾并深化了理解现代物理现象所必需的经典电磁场理论。我们将从麦克斯韦方程组的微分和积分形式出发，强调其在时域和频域的普适性。 第一章：电磁场理论的现代视角 本章深入探讨了在介质中传播的电磁波的性质。重点分析了平面波在无限均匀介质中的传播特性，包括波的传播矢量、相位和群速度的概念辨析。我们详细考察了电磁波在理想导体、电介质和磁性材料界面上的反射和折射规律，引入了菲涅耳公式的完整推导，并讨论了全内反射现象在光纤通信中的实际意义。此外，本章还将引入电磁场理论在处理散射问题（如瑞利散射和米氏散射）时的基础框架，为后续讨论光与物质的相互作用奠定理论基础。 第二章：几何光学与波动光学的基础统一 本章致力于建立几何光学向波动光学的过渡。首先，通过费马原理对几何光学的成像定律进行严格的数学推导。随后，我们将引入惠更斯-菲涅耳原理，并将其作为波动光学分析的基石。核心内容包括衍射理论的初步探讨，特别是单缝和圆孔衍射的分析，这对于理解光学系统的分辨率极限至关重要。本章还将详细解析光的偏振现象，包括自然光、单色偏振光以及部分偏振光的描述，并讨论琼斯矩阵在分析复杂偏振态转换中的应用，例如双折射材料和旋转光学活性介质的影响。 --- 第二部分：量子力学核心：从原子结构到能级描述 (Core Quantum Mechanics: From Atomic Structure to Energy Level Description) 本部分将量子力学的基本假设应用于多电子原子和分子系统，为理解任何基于能级跃迁的现象提供严格的数学框架。 第三章：单电子原子与角动量理论 本章从求解薛定谔方程入手，完整推导了氢原子的定态解。重点在于对主量子数、轨道量子数和磁量子数的物理意义的阐释。随后，我们将深入探讨轨道角动量和自旋角动量，这是理解原子内部结构复杂性的关键。本章详细讲解了角动量的叠加原理，包括角动量加法的矢量模型和 Clebsch-Gordan 系数的应用。通过对轨道角动量和自旋角动量耦合的分析（特别是通过哈密顿量中的微扰项），读者将能够理解精细结构（Fine Structure）的起源及其数学描述。 第四章：多电子系统与群论的初步应用 本章将理论扩展到氦原子及更复杂的原子系统。我们将引入泡利不相容原理和薛定谔方程在多电子系统中的复杂性。重点讨论了原子轨道排布和电子组态的确定，包括洪特定则（Hund's Rules）的严格推导。为系统地处理具有高对称性的体系，本章引入了群论的基本概念，如点群的定义、不可约表示（Irreducible Representations）的概念，以及如何利用这些工具简化对原子能级简并性的分析和选择定则的推导，从而避免复杂的直接计算。 --- 第三部分：凝聚态物理与材料特性 (Condensed Matter Physics and Material Characteristics) 理解光与物质相互作用的最终宏观表现，需要依赖对固体材料内部电子行为的深入理解。本部分关注晶体结构、能带理论及其对材料光学和电子特性的影响。 第五章：晶体结构与能带理论 本章从布拉维点阵和晶体结构的基础知识开始，引入倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，这是理解电子波在周期势场中行为的关键。随后，我们将详细阐述布洛赫定理（Bloch's Theorem）的推导及其物理意义，这是能带理论的数学核心。本章致力于解释晶体中电子的能量如何形成能带（Band Structure）和能隙（Band Gap）。我们将区分金属、半导体和绝缘体的能带结构差异，并引入有效质量（Effective Mass）的概念，解释电子在晶格周期势场中动力学行为的修正。 第六章：半导体物理与本征特性 针对在现代光电器件中至关重要的半导体材料，本章聚焦于载流子（电子和空穴）的行为。我们将运用统计力学和能带理论，推导出费米能级在不同温度和掺杂情况下的位置。重点分析了本征半导体的载流子浓度，以及如何通过引入杂质（n型和p型掺杂）来精确控制材料的导电性能。本章还将探讨载流子的输运现象，如漂移（Drift）和扩散（Diffusion），并讨论这些机制如何决定半导体器件的响应速度和效率。 --- 第四部分：量子信息与计算的物理基础 (Physical Foundations of Quantum Information and Computation) 本部分从信息论的角度审视量子力学的基本概念，为理解量子计算和量子通信奠定物理基础。 第七章：量子比特与量子态的描述 本章将理论的焦点从原子能级转移到抽象的量子信息单元——量子比特（Qubit）。我们使用二维希尔伯特空间（$mathbb{C}^2$）来描述量子比特的状态，并引入泡利矩阵（Pauli Matrices）作为描述量子比特旋转和演化的基本操作符。本章详述了量子态的混合态（Mixed States）与纯态（Pure States）的区别，并引入密度矩阵（Density Matrix）作为描述不完全了解的量子系统的标准工具。我们将讨论量子测量的概率解释，特别是如何利用投影公设来预测实验结果。 第八章：纠缠态与量子计算操作 纠缠（Entanglement）是量子信息处理的独特资源。本章将详细介绍贝尔态（Bell States）的构造及其非定域性（Non-locality）的物理含义。随后，我们将系统地介绍单比特和双比特量子逻辑门的操作，包括Hadamard门、相位门、CNOT门等，并用酉矩阵（Unitary Matrices）来表示这些演化过程。本章还将介绍如何使用量子线路图（Quantum Circuit Diagrams）来设计和可视化简单的量子算法（如Deutsch-Jozsa算法的原理概述），强调可逆计算和量子门序列的重要性。 --- 结语：从基础到前沿的桥梁 本书力求在严格的物理学基础上，提供跨越光学、原子物理、材料科学和量子信息等多个领域的统一视角。通过对电磁场、角动量、能带理论和量子态的深入剖析，读者将装备好必要的工具，以便能有效地理解和深入研究涉及光与物质复杂相互作用的任何前沿技术领域。

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