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出版者:Wiley-Blackwell

作者:Paras N. Prasad

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2004-4-20

价格:GBP 108.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471649885

丛书系列:

图书标签:

• 纳米光子学
• 光子学
• 纳米技术
• 光学
• 材料科学
• 物理学
• 电子学
• 生物光子学
• 传感器
• 光波导

好的，这是一份针对“《非纳米光子学：经典与前沿》”的图书简介，旨在详细介绍其核心内容，并完全避免提及“Nanophotonics”一词及其相关概念。 --- 《非纳米光子学：经典与传统方法论述》图书简介 （预计字数：约 1500 字） 导言：重溯光场操控的宏观基石 光与物质的相互作用是物理学和工程学领域中持续演进的核心课题。在探索光子学前沿的激烈竞赛中，我们很容易忽略那些奠定现代光学、光电子学和通信技术基础的经典理论与宏观尺度效应。《非纳米光子学：经典与传统方法论述》旨在提供一个全面而深入的回顾，专注于那些在尺度远大于光波长（或远大于特征结构尺寸）的系统中，光如何被引导、调制、耦合与探测的原理与实践。 本书不聚焦于亚波长结构带来的新奇量子效应或超分辨现象，而是将重心放在麦克斯韦方程组在传统光学尺度下的精确应用、成熟的工程实现以及其背后的深刻物理机制。我们旨在为读者——无论是初涉光电领域的研究生、寻求巩固基础的工程师，还是希望从新视角审视经典物理的资深学者——提供一个坚实、扎实的知识体系。 第一部分：经典电磁理论的宏观光场基础 本部分详尽阐述了理解宏观光子学行为所必需的数学框架和物理图像。 第一章：麦克斯韦方程组的工程诠释与波导理论 本章深入分析了麦克斯韦方程组在各向异性、非均匀介质中的应用，特别是如何推导出光波在这些介质中的传播特性。重点讨论了平面波、球面波的解析解，以及这些解如何构成更复杂光场的叠加。 随后，我们将严格推导不同几何形状（如圆形、矩形截面）光纤中的模式分析。我们详细考察了近似单模（Single-Mode Approximation）的适用条件，并区分了导模（Guided Modes）、泄漏模（Leaky Modes）和辐射模（Radiant Modes）。重点分析了光在低损耗光纤中传输的色散（Chromatic Dispersion）效应——包括群速与相速的差异——以及如何通过优化光纤的折射率剖面（Index Profile）来控制这些色散特性，以满足高速长距离通信的需求。 第二章：光束传播与衍射的菲涅尔/夫琅禾费近似 本章聚焦于光束整形与远场传播的经典几何光学方法。详细讲解了高斯光束（Gaussian Beams）的数学描述，包括其束腰（Waist）、瑞利长度（Rayleigh Range）以及束散角。我们通过傅里叶光学原理，清晰地阐述了菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的物理本质及其适用范围，为设计光学系统中的光阑和透镜组提供了坚实的理论基础。对于非理想光源和孔径，本书提供了计算衍射场分布的数值方法概述。 第三章：介质中的光吸收、散射与等离激元共振的经典模型 本章探讨了光在介质中传播时的非理想效应。详细分析了劳伦兹振子模型（Lorentz Oscillator Model），解释了吸收带的起源、色散的本质（柯西/色散关系），以及介质的复折射率如何描述能量耗散。此外，本书还区分了瑞利散射（Rayleigh Scattering）和米氏散射（Mie Scattering）的尺度依赖性，并讨论了这些散射机制在环境光学和材料科学中的实际影响。尽管本书不涉及亚波长电磁共振，但我们深入探讨了宏观共振腔（如法布里-珀罗腔）中的能量陷阱与Q因子分析。 第二部分：传统光电子器件与系统工程 本部分将理论知识应用于实际的宏观光电子器件设计与性能评估。 第四章：光学元件的理论设计与制造考量 本章详细介绍了传统光学元件的设计原则，涵盖了折射、反射和衍射元件。 透镜系统： 深入讲解了球面像差、彗差、像散、场曲和色差等几何像差的产生机制。通过宋氏点（Cardinal Points）和矩阵光学（ABCD Matrices），系统性地推导了多透镜系统的焦距、放大率和成像位置的计算方法。 反射镜与干涉仪： 讨论了高反射率涂层的物理模型（电介质多层膜），以及它们在激光腔和探测器前的应用。详细分析了迈克尔逊、萨尼亚克和法布里-珀罗干涉仪的工作原理，重点在于如何利用光程差来测量位移、频率或折射率变化，这是宏观计量学中的核心技术。 第五章：宏观光电器件与调制技术 本章聚焦于基于经典光电效应的器件，如光电二极管、光电倍增管（PMT）和光电导探测器。我们分析了探测器的量子效率、响应时间、噪声等效功率（NEP）等关键参数，并探讨了如何通过冷却或偏置电压来优化其信噪比。 在调制方面，本书详述了电光效应（Pockels Effect）和磁光效应（Faraday Effect）在光信号高速调制的经典应用。我们分析了晶体中电场或磁场如何改变材料的双折射率，并推导了基于马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Modulator）的强度和相位调制性能限制。 第六章：激光器的工作原理与腔体动力学 激光作为现代光学的核心，其工作原理建立在成熟的宏观物理之上。本章从粒子数反转、受激发射的量子力学基础出发，迅速过渡到玻尔兹曼传输方程和激光增益谱的分析。 重点放在光腔设计上，详细分析了平行平板腔、弓形腔等几何结构如何影响激光模式的稳定性和输出功率。我们通过赫兹公式（Hertz’s Formula）和腔内光场分布来确定横向和纵向模式的选择性，并讨论了如何通过腔内元件（如孔径、倾斜元件）来抑制不需要的模式，实现高质量单模输出。 结论：宏观光子学的持续相关性 《非纳米光子学：经典与传统方法论述》旨在证明，尽管前沿研究不断涌现，那些在百年前建立的物理学原理和工程实践依然是构建和理解复杂光系统的基石。本书提供的扎实理论框架和工程实例，不仅是理解现代光电子学器件的必经之路，也是创新思维得以生根发芽的沃土。掌握这些经典方法论，是任何希望在光子学领域取得突破性进展的专业人士不可或缺的知识储备。

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