Coherent X-Ray Optics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Paganin, David

出品人:

页数:424

译者:

出版时间:2006-1

价格:$ 192.10

装帧:

isbn号码:9780198567288

丛书系列:

图书标签:

• X-ray optics
• Coherent diffraction imaging
• X-ray scattering
• Phase retrieval
• Optical physics
• Wave optics
• X-ray sources
• Synchrotron radiation
• Free-electron lasers
• Lensless imaging

好的，这是一份关于一本名为《Coherent X-Ray Optics》的图书的详细简介，内容着重于该领域的重要方面，但不包含任何与该特定书名直接相关的具体内容。 《X射线光学与成像：基础、挑战与前沿应用》 图书简介 本书系统地探讨了X射线光学领域的基础理论、关键技术以及在现代科学研究和工业应用中的前沿进展。X射线，作为电磁波谱中的高能部分，因其独特的穿透性和与物质相互作用的特性，在材料科学、生命科学、天体物理学以及纳米技术等多个领域扮演着不可或缺的角色。然而，由于X射线波长极短，其传统聚焦和成像方法面临着巨大的挑战。本书旨在全面梳理如何利用先进的光学元件和技术手段来精确控制和利用X射线，实现高分辨率的成像、衍射和光谱分析。 第一部分：X射线与物质相互作用的基础 本部分首先奠定了理解X射线光学的基础。内容涵盖了X射线的产生机制，从同步辐射光源到高次谐波产生（HHG）等现代光源的原理。随后，深入分析了X射线与物质相互作用的基本物理过程，包括光电吸收、康普顿散射以及弹性散射。重点阐述了复折射率的性质，这是设计X射线光学元件的基础，解释了为何在低能X射线范围内，材料通常表现出略小于1的折射率，以及如何利用这种特性实现聚焦或偏转。 第二部分：X射线光学元件的设计与制造 本部分聚焦于实现X射线控制的核心技术——光学元件。 传统反射镜与掠射角光学： 详细讨论了全反射现象在X射线光学中的应用。内容包括用于收集和准直X射线的Wolter望远镜的几何设计原理，以及用于实现高效率反射的多层膜镜（Multilayer Mirrors）的结构、布拉格条件和工程实现。特别强调了如何通过精确控制膜层厚度和材料组合来调谐反射波长和带宽。 衍射光学元件： 深入探讨了菲涅耳波带片（Fresnel Zone Plates, FZPs）的设计、制造和工作原理。分析了其聚焦性能与效率的权衡，并介绍了先进的分级波带片（Graded-Index Zone Plates）的设计优化策略，以克服传统波带片的效率限制。此外，还涵盖了光栅（Gratings）在波长分解和色散元件中的应用，包括平面光栅和凹面光栅的原理。 折射光学元件： 探讨了如何利用X射线在材料中的微小折射效应。重点介绍了透镜阵列（Lens Arrays）和复合折射透镜（Compound Refractive Lenses, CRLs）的结构设计和性能分析。分析了由于材料吸收和色散效应带来的挑战，以及如何通过优化透镜材料和布局来提高聚焦效率。 第三部分：相干X射线源与成像技术 随着自由电子激光器（Free-Electron Lasers, FELs）等高亮度、高相干性光源的崛起，相干X射线成像技术迎来了革命性的发展。 相干光源的特性与挑战： 阐述了相干X射线源的统计特性，包括其极高的亮度、脉冲宽度和空间、时间相干性。讨论了如何利用这些特性进行相干散射实验，例如相干X射线散射（CXS）。 成像方法论： 详细介绍了基于相干性的成像技术。这包括叠盘成像（Ptychography），该技术通过扫描重叠的样本区域来实现超高分辨率成像，并详细讨论了其迭代重建算法的收敛性和鲁棒性。同时，也涵盖了透射/衍射层析成像（Diffractive Tomography），用于重建三维结构信息。 时间分辨与动力学研究： 探讨了利用超快X射线脉冲对物质的瞬态过程进行研究，包括泵浦-探测（Pump-Probe）实验的设置和数据分析，以及如何实现对原子尺度上超快动力学的实时观测。 第四部分：先进探测与数据处理 X射线探测器的性能直接决定了实验的最终质量。本部分分析了各类X射线探测器的原理和应用，包括CCD、CMOS、像素探测器以及能量分辨探测器。重点讨论了高计数率、高动态范围和高空间分辨率探测器的技术发展。 在数据处理方面，深入讲解了从原始数据到物理图像重建的复杂过程。这包括： 衍射数据校准与归一化： 确保实验数据的准确性。 迭代重建算法的深入探讨： 针对不同成像范式（如相位恢复、盲解卷积）下的优化策略和收敛性保证。 数据可视化与分析工具： 介绍如何有效处理海量实验数据，并从中提取有意义的物理信息。 第五部分：前沿应用与展望 本书的最后部分将视角投向X射线光学在尖端研究中的实际应用： 材料科学与结构生物学： 如何利用高分辨率X射线成像揭示纳米材料的缺陷结构，或解析蛋白质晶体和非晶态生物样本的分子结构。 无损检测与工业应用： X射线技术在航空航天、微电子制造等领域的应用实例，特别是高分辨率层析成像在质量控制中的作用。 天体物理： X射线望远镜的设计挑战，以及如何利用X射线光谱分析揭示遥远宇宙源的物理状态。 本书为物理学、材料科学、工程技术以及相关领域的学生、研究人员和工程师提供了一份全面而深入的参考资料，旨在帮助读者掌握X射线光学的核心知识体系，并能应对未来高能光源带来的新挑战。

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这本书的阅读体验，用一个词来形容，那就是“沉浸式”。它不像教科书那样冰冷、客观，更像是一位经验丰富的资深研究员在午后的咖啡时间，耐心地向你拆解他毕生所学中最精妙的部分。我最欣赏的是作者在讨论“局域态密度”与X射线吸收谱（XAS）之间关联时的那种洞察力。他不仅清晰地描绘了实验数据如何被解释，更深入地探讨了在不同能量窗口下，经典物理模型和量子力学描述的适用边界在哪里。这种对知识边界的探讨，是很多初级读物避而不谈的“灰色地带”，但恰恰是这些灰色地带，才真正区分了“知道”和“理解”。书中有一处脚注，提及了早期实验中由于探测器响应不均匀导致的系统误差，并给出了一个非常优雅的校正方案，这个细节处理得极其专业和实在，显示出作者不仅是理论家，更是实践者。对于已经有一定背景知识的读者来说，这本书提供的不是“是什么”，而是“为什么是这样，以及如何做得更好”的深度思考。

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我不得不说，这本书的排版和装帧质量确实对得起它的内容深度。纸张的质感很厚实，即便是反复查阅那些包含大量希腊字母和积分符号的页面，也不会有任何磨损感。但抛开这些物理层面的赞美，真正让我感到震撼的是它对“多尺度分析”的整合能力。X射线光学涉及的尺度可以是从纳米尺度的晶格结构到宏观的成像系统设计，这本书没有将它们割裂开来，而是构建了一个统一的理论框架来描述不同尺度的耦合效应。例如，当描述波导结构时，作者巧妙地引入了传输矩阵方法来连接微观的材料特性和宏观的束流传输效率，这在其他单一侧重于衍射或散射的书籍中是很难见到的全景式视角。这种宏观与微观的无缝切换，极大地拓宽了我对光学系统设计的认知边界。它不再是一个孤立的光学问题，而是一个涉及材料科学、精密工程和数据处理的综合系统工程。

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对于想要入门X射线光学这个领域的年轻人来说，这本书无疑是一座灯塔，但它要求的“入场券”也绝非一张简单的学生证。它更像是一张“物理学本科扎实基础证明”。我尝试让一位刚接触光学的朋友阅读其中关于“布拉格方程在非理想晶体中的修正”那一章，他很快就感到了吃力，不是因为语言晦涩，而是因为缺少必要的背景知识来快速消化那些建立在复杂傅里叶分析之上的论证。然而，对于我们这些在相关领域摸爬滚打了一段时间的人来说，这本书就像是一个深度加速器。它把原本需要花费数年时间在不同文献中搜集和拼凑的知识碎片，系统、完整地呈现在你面前。它不会手把手教你如何操作实验设备，但它会让你彻底明白为什么那些设备需要这样设计，以及当实验结果不如预期时，理论上应该从哪个环节入手进行排查。它提供的是一种深层次的、解决问题的底层逻辑框架，而非一堆现成的工具箱。

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这本书的封面设计倒是挺有意思，走的是那种复古的硬科学风格，深蓝的底色配上一些抽象的几何线条，让人一眼就觉得内容肯定不简单。我原本以为这会是一本非常晦涩难懂的理论专著，毕竟涉及到“光学”和“X射线”这样的高深领域，但翻开目录，倒发现它涵盖的范围比我想象的要广阔得多。它似乎不仅仅停留于基础的波动理论，而是深入到了实际应用，比如高分辨率成像和微观结构分析。我特别留意了其中关于“相干性恢复技术”的那几个章节，作者的行文节奏把握得不错，虽然术语密度很高，但总能通过一些巧妙的比喻来辅助理解那些复杂的物理过程。比如，描述X射线如何穿透材料时，作者用了一个很形象的类比，把原子核比作一座信息密度极高的“迷宫”，而X射线就是试图绘制出这个迷宫的“探险家”。这种细腻的叙述技巧，让原本冰冷的物理概念有了一丝人情味。而且，书中穿插了大量的实验设置图和理论推导的草图，这些视觉辅助材料对于理解复杂的傅里叶变换和衍射模式至关重要。读到最后，我感觉自己像是完成了一次高强度的智力攀登，虽然过程充满了挑战，但最终获得的视野和知识深度绝对是物超所值的。

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老实说，我对这本书的期望值其实是比较低的，因为很多同类书籍要么过于偏重理论的数学推导，让人读起来昏昏欲睡，要么就是为了追求时髦而堆砌最新的实验成果，却忽略了基础原理的严谨性。然而，这本书在这方面找到了一个绝妙的平衡点。它没有回避那些必须掌握的数学工具，比如偏微分方程和线性代数在光学中的应用，但它处理这些部分的方式非常“外科手术式”——只给出最核心、最必要的公式，然后立即转入对这些公式物理意义的解读。我记得有段关于“波前整形”的讨论，作者用了整整三页篇幅来解释为什么我们需要主动去控制波前的相位，而不是简单地让X射线自然传播，这个解释的清晰度简直令人叹服。读完那部分，我立刻回去翻阅了之前读过的几篇相关论文，发现很多我过去理解模糊的地方，现在一下子豁然开朗。这本书的结构设计也非常合理，每一章之间都有明确的逻辑递进，像是一部精心编排的交响乐，从小提琴（基础概念）到大合唱（复杂系统集成），层层递进，让人能稳步跟上作者的思路，而不是被突然抛弃在知识的海洋中央。

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