Nano-Optics and Near Field Optical Microscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Zayats/ Richards

出品人:

页数:235

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 190.97

装帧:

isbn号码:9781596932838

丛书系列:

图书标签:

• 纳米光学
• 近场光学显微镜
• 光学
• 纳米技术
• 材料科学
• 表面物理
• 生物成像
• 光子学
• 显微镜
• 纳米材料

光的魔力：从宏观到微观的探索之旅 一部关于光线行为、光学原理及其在现代技术中应用的深度著作 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨光在不同尺度下的行为、光学系统的设计原理，以及光与物质相互作用所产生的精妙现象。我们聚焦于宏观光学、几何光学、波动光学的基础理论，并延伸至涉及衍射、干涉、偏振等关键概念的先进应用，同时，我们也将目光投向激光技术、光谱学以及光在信息处理和传感领域的革新性进展。 第一部分：基础光学：光的世界观 本部分奠定了理解更复杂光学现象所需的坚实基础。 第一章：光的本质与传播 光是什么？我们从经典电磁场理论出发，阐述光作为横向电磁波的本质。本章详细解析了麦克斯韦方程组在真空及介质中的应用，推导出光波方程。我们将区分纵波和横波的特性，并探讨光的传播速度与折射率的关系。内容涵盖了光传播的能量守恒原理——坡印廷矢量（Poynting Vector）的引入及其物理意义，这为后续分析光束的能量流向奠定了数学基础。 第二章：几何光学：光线的王国 尽管光具有波动性，但在许多情况下，我们可以将其视为沿着直线传播的光线。本章集中于几何光学的基本定律：光的直进性、反射定律（包括全反射现象）和折射定律（斯涅尔定律）。随后，我们构建了成像系统的理论框架，详细分析了平面镜、球面镜和透镜的光路追迹。引入了近轴近似（Paraxial Approximation），并推导了薄透镜成像公式。对于复杂系统，本章详细介绍了矩阵光学方法，利用ABCD矩阵来描述光束在通过一系列光学元件（如光束扩展器、滤波器和介质）后的传播和变换，这对于光学仪器的设计至关重要。 第三章：波动光学基础：干涉与衍射 当光波的特性不再可以被忽略时，波动光学便展现出其重要性。本章从惠更斯-菲涅耳原理出发，解释了波前如何演化。 干涉 (Interference): 我们深入探讨了相干光源的必要性，并详细分析了双缝干涉（杨氏干涉实验）的理论模型，包括条纹的可见度和对比度。随后，扩展到多缝干涉（如光栅）的分析，重点讨论其在光谱分离中的作用。此外，还涵盖了薄膜干涉现象，例如牛顿环和肥皂泡的颜色，以及迈克尔逊干涉仪在测量中的应用。 衍射 (Diffraction): 阐述了光绕过障碍物或穿过小孔时传播偏离直线传播的现象。本章侧重于菲涅耳衍射（近场）和夫琅禾费衍射（远场）的理论。我们详细推导了单缝衍射的强度分布，并分析了圆孔衍射（艾里斑）对望远镜和显微镜分辨率的限制。 第四章：偏振光学：光的取向 光作为横电磁波，其电场矢量的振动方向定义了光的偏振态。本章系统地介绍了理想的线性、圆偏振和椭圆偏振光的数学描述。我们分析了偏振光的产生机制，包括反射（布鲁斯特角）、散射和双折射材料（如方解石晶体）。重点讨论了波片（Quarter-wave and Half-wave plates）如何改变光的偏振态，以及偏振分析仪在确定偏振态中的作用。琼斯矩阵（Jones Calculus）被引入作为分析偏振光学元件组合的有力工具。 第二部分：先进光学系统与应用 本部分将基础理论应用于现代科学和工程领域，展示光如何成为强大的工具。 第五章：光学成像系统：聚焦与分辨 本章聚焦于实际光学仪器的性能限制和优化。我们讨论了像差理论，包括球差、彗差、像散、场曲和色差，并介绍了如何使用非球面镜面或复式镜组来校正这些缺陷。此外，系统地介绍了显微镜和望远镜的详细设计，特别是它们的放大率、数值孔径（NA）和分辨本领的计算。对于数字成像系统，本章触及了傅里叶光学在分析系统调制传递函数（MTF）中的应用。 第六章：激光原理与技术 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是20世纪最伟大的发明之一。本章解释了受激辐射、粒子数反转和受激发射与自发发射之间的区别。详细分析了激光器的基本结构：增益介质、泵浦源和光学谐振腔。我们分类讨论了不同类型的激光器（如气体激光器、半导体激光器、固体激光器）的工作原理，并探讨了激光束的特性，例如其极高的单色性和准直性，以及它们在精密测量、通信和工业加工中的应用。 第七章：光谱学与物质相互作用 光与物质的相互作用构成了所有光谱分析的基础。本章探讨了原子和分子能级结构如何决定了它们对特定波长光的吸收、发射和散射谱线。详细介绍吸收光谱学（如朗伯-比尔定律）、荧光光谱和拉曼散射（Raman Scattering）的物理机制。我们讨论了如何利用色散元件（如棱镜和光栅）进行光谱分离，以及高分辨率光谱仪的设计原理。 第八章：光在信息传输与存储中的角色 光纤通信是现代信息社会的基石。本章详细分析了光在光纤中的传输模式。我们区分了单模和多模光纤，讨论了光纤中的损耗机制（如瑞利散射）和色散效应（模式色散和材料色散）。同时，本章还涵盖了光调制技术，解释如何将电信号编码到光载波上进行高速传输。 结论：光学的前沿展望 本书的最后部分展望了光学领域正在发生的革命性转变，这些变革正推动着从微观到介观尺度的技术发展，尽管这些领域依赖于对光场和物质相互作用的精细控制，但其理论根基仍扎根于本书所阐述的经典和波动光学原理。 --- （注：本书聚焦于经典和半经典光学的原理与应用，不涉及量子光学中的量子相干性、量子隧穿效应、光与原子/分子在单光子水平上的精确操控，以及纳米尺度的电磁场局域化效应等前沿主题。）

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我最近一直在物色一本能够系统性梳理当前光学领域中各种“超分辨”技术发展脉络的资料。这本书在这一方面的表现堪称教科书级别的梳理。它没有简单地罗列各种技术名词，比如STED, PALM, STORM等，而是着重于对它们背后共同的物理原理——即如何突破衍射极限——进行了一次极为透彻的、自洽的系统性阐述。作者花了大量的篇幅来剖析“近场”效应的物理基础，从理论建模到实验验证的每一步都交代得清清楚楚，这对于理解这些尖端技术“为什么能奏效”至关重要。 特别值得称赞的是，书中对实验误差和系统不确定性的讨论也非常坦诚和深入。作者没有回避这些技术在实际应用中面临的瓶颈，反而将这些挑战作为进一步深入研究的契机进行了探讨。这使得这本书的价值不仅仅停留在“介绍”层面，更上升到了“批判性思维培养”的层面。它鼓励读者去质疑现有范式，去思考如何超越现有的技术限制，对于指导我们进行更高阶的创新性工作，提供了坚实的理论基石和前瞻性的视野。

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我必须承认，购买这本书之前，我对其是否能跟上时代脉搏是持怀疑态度的，因为光学领域的技术迭代速度实在太快了。然而，这本书在内容更新上的投入和努力是显而易见的。它成功地在经典基础理论和新兴技术应用之间架起了一座坚固的桥梁，平衡得近乎完美。对于基础理论部分，它提供了足够的深度来巩固知识体系；而对于应用前沿，它的覆盖面也相当广阔，涵盖了从生物成像到新型光电子器件等多个交叉学科的应用实例。我特别注意到，书中对“光场调控”这一关键概念的阐述，不再局限于传统的透镜和光栅，而是扩展到了超材料和光子晶体等新兴结构对光束特性的重塑能力。 这种前瞻性的视角，使得这本书的生命力得以延长。它不仅能指导当前的研究工作，更能为未来五到十年的技术发展提供预判性的参考。阅读它，就像是站在一个制高点上俯瞰整个领域的发展全景图，既能看清脚下的路基，又能展望远方的地平线，对于任何希望在这个领域深耕的人来说，都是一本不可或缺的战略性投资。

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说实话，我过去对很多被誉为“经典”的专业教材抱有敬畏，但实际翻开后往往因为语言过于晦涩、术语过于密集而望而却步，最终只能束之高阁。然而，这本书的写作风格却彻底颠覆了我的这种固有印象。作者的文字功底极其扎实，他似乎深谙如何用最平实、最富有画面感的语言去描述那些抽象至极的物理现象。比如在解释波函数在特定介质中的传播特性时，他引入了一个非常形象的比喻，将光场比作河流中的水流，将材料的微观结构比作河床的复杂地形，这种类比瞬间就将高深的数学概念具象化了。 这种‘化繁为简’的叙事艺术，对于我们这些主要从事工程应用而非纯理论研究的读者来说，简直是福音。它极大地降低了跨学科学习的门槛，让我能够快速掌握核心思想，而不必被复杂的微积分和傅里叶变换困住。阅读这本书的过程，更像是跟随一位优秀的大学教授进行了一场酣畅淋漓的学术漫步，既有学术上的深度保证，又不失阅读上的流畅愉悦，让人感到知识的获取过程是如此自然而然。

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我最近沉迷于探索一些与光与物质相互作用前沿课题的研究，所以对这类基础理论书籍的更新速度和深度有着近乎苛刻的要求。令人惊喜的是，这本书的内容广度和深度远远超出了我的预期，它不仅仅停留在对经典理论的复述上，而是大胆地将一些最新的实验观测结果和理论模型融入其中，甚至触及到了某些尚未完全定论的研究热点。 我特别关注了其中关于非平衡态光学响应的那几节内容，作者的论述角度非常新颖，他没有采用传统教科书那种线性的、自上而下的推导方式，而是采用了一种“问题驱动”的叙事结构，先抛出一个亟待解决的实验难题，然后再层层剥开背后的物理机制，这种叙述方式极大地激发了我的主动探索欲。 此外，书中对数学工具的应用也拿捏得恰到好处，必要的严谨推导一应俱全，但又避免了不必要的纯数学冗余，让读者能够聚焦于物理直觉的建立。对我这样的科研人员来说，这本书已经超越了“参考书”的范畴，更像是一位经验丰富、思维敏捷的资深同行在耳边进行的一次深度交流，它为我接下来的工作方向提供了许多全新的、可以立即投入实践的思考框架。

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这本书的装帧设计简直是教科书级别的典范，从封面的选材到内页的排版，都透露出一种严谨而又不失优雅的气质。特别是纸张的选择，触感细腻，墨色浓郁，即便是长时间阅读也不会让人感到视觉疲劳，这对于一本需要深入研读的专业书籍来说，无疑是一个巨大的加分项。我尤其欣赏作者在章节布局上展现出的匠心，逻辑脉络清晰得如同精密仪器内部的结构，从基础概念的铺陈，到复杂理论的深入剖析，过渡得自然流畅，没有丝毫的生硬感。 每一章节的标题都像是一个精心设置的导航点，精准地指引着读者进入下一个知识的疆域。书中的图表绘制得极其精细，不仅是内容的补充，更像是独立的艺术品，那些复杂的物理图像和实验装置的示意图，清晰度高到令人惊叹，即便是初学者，也能通过这些直观的视觉辅助，迅速抓住核心概念。 这种对细节的极致追求，让我在翻阅过程中，仿佛能感受到作者团队对于知识传播的无比敬畏之心。它不仅仅是一本知识的载体，更像是一件值得收藏的工艺品，放在书架上，本身就是一种专业精神的体现。 这种对物理形态的重视，反过来也极大地提升了阅读体验的沉浸感，使得枯燥的理论学习过程变得赏心悦目起来，让人愿意一遍又一遍地去翻阅和品味其中的每一个细节。

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