Optical Waveguide Sensing and Imaging pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Bock, Wojtek J. (EDT)/ Gannot, Israel (EDT)/ Tanev, Stoyan (EDT)

出品人:

页数:269

译者:

出版时间:

价格:179.95

装帧:

isbn号码:9781402069505

丛书系列:

图书标签:

• 光学波导
• 传感器
• 成像
• 光纤光学
• 生物医学光学
• 光子学
• 光学技术
• 微纳光学
• 集成光学
• 光学检测

光学与光子学前沿探索：基础理论与新兴应用 本书旨在深入探讨当代光学与光子学领域的关键概念、前沿技术及其在现代科学与工程中的广泛应用。本书内容涵盖了从基础的光与物质相互作用原理到尖端的光学传感、成像与通信系统的设计与实现，为读者提供了一个全面而深入的学习路径。 第一部分：光学基础与物质相互作用 本书伊始，将系统梳理经典光学与量子光学的基石。我们首先回顾电磁波理论在光学中的应用，包括光的传播、反射、折射、衍射和偏振等基本现象。特别地，本章将详述波动光学和几何光学的适用范围与局限性，并引入傅里叶光学，为后续的成像与信号处理打下坚实的数学和物理基础。 随后，重点转向光与物质的相互作用。详细分析了原子和分子能级结构，光子的吸收、自发辐射和受激辐射过程，这是理解激光器和光学材料特性的核心。书中将细致阐述非线性光学现象，如倍频、和频产生以及光效应的阈值行为，并探讨这些现象在频率转换和高功率光束控制中的实际应用。此外，对介质中的光传播特性，包括材料的色散、吸收和散射机制（如瑞利散射和米氏散射）进行了详尽的阐述，这些是理解光在复杂介质中传输损耗的关键。 第二部分：先进光学元件与系统设计 本部分聚焦于构成现代光学系统的核心器件和设计方法论。我们将深入剖析透镜、反射镜和光栅的设计原理，包括像差理论——球差、色差、彗差和像散的成因与校正策略。全息光学元件（Holographic Optical Elements, HOEs）的原理及其在波前整形和三维信息记录中的潜力也将被详细介绍。 在光源方面，本书不仅涵盖了传统的光源技术，如LED和卤素灯，更侧重于激光器的物理原理和工程实现。我们将对比分析不同类型的激光器（如气体激光器、半导体激光器和光纤激光器）的工作特性、光束质量和调谐能力，并讨论如何实现高稳定性和高功率输出。 在光束控制方面，空间光调制器（Spatial Light Modulators, SLMs）和微机电系统（MEMS）可调光学元件是当代光学系统实现动态控制的关键技术。本书将详细介绍这些器件的工作机制、响应时间以及它们在自适应光学、光束整形和快速扫描中的应用。 第三部分：现代成像技术与仪器 成像技术是现代科学研究和工业检测中不可或缺的工具。本书对光学成像系统进行了全面的梳理，从基础的衍射极限和系统分辨率开始讨论。 高分辨率成像： 针对衍射极限的挑战，本书深入介绍了超越衍射极限（Super-resolution）的成像技术。这包括但不限于：利用结构光照（Structured Illumination Microscopy, SIM）、近场扫描光学显微镜（NSOM）以及基于荧光淬灭和开关的STED（受激发射损耗）显微镜原理。这些技术如何揭示纳米尺度的结构细节将被详尽论述。 计算成像： 随着计算能力的提升，计算成像（Computational Imaging）已成为新的研究热点。本书详细探讨了基于相位的成像技术，如计算全息术（Computational Holography）和计算层析成像（Computational Tomography）。特别地，对单像素相机（Single-Pixel Camera）的原理、编码矩阵的设计以及其在多光谱和太赫兹成像中的优势进行了深入分析。 三维成像： 三维信息获取是遥感、机器人视觉和生物医学成像的关键需求。本书系统比较了不同的三维成像方法，包括基于激光雷达（LiDAR）的时间飞行（Time-of-Flight, ToF）原理、结构光投影技术，以及利用双目视觉和立体匹配的原理。针对复杂的散射和遮挡环境，我们还探讨了基于散斑关联和深度学习的复原技术。 第四部分：光子学与集成光学 光子学——利用光子进行信息传输和处理的科学——是未来信息技术的基石。本书将视角从体光学转向了集成光路。 波导理论与集成： 详细阐述了光在介质波导中的传播模式（如模式场直径、有效折射率、弯曲损耗）的理论分析。硅基光子学（Silicon Photonics）作为主流平台，其关键元件如环形谐振器、马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和光栅耦合器的设计与优化将被深入分析。 光子学器件： 本部分专注于光电器件。对半导体光放大器（SOA）、光电探测器（APD、PIN）的物理机制、响应速度和噪声特性进行了详尽的比较。此外，对电光调制器和声光调制器的工作原理，特别是在高速光通信和射频光子学中的应用进行了探讨。 光纤技术： 光纤通信是现代网络的核心。本书回顾了标准单模光纤（SMF）和保偏光纤（PMF）的特性，并重点讨论了色散管理技术，如色散补偿光纤（DCF）和光纤布拉格光栅（FBG）。先进光纤，如少模光纤（Few-Mode Fibers）和空芯光纤（Hollow-Core Fibers）在多维传输和超低延迟应用中的潜力也将被介绍。 第五部分：先进光学在传感与量化中的应用 最后，本书将重点探讨如何利用光学原理进行精确的物理量测量和环境监测，这是光学技术最直接的工程体现之一。 基于干涉的光传感： 干涉测量是实现高灵敏度测量的基石。本书详尽分析了迈克尔逊、萨格纳克和法布里-珀罗干涉仪在高精度位移、应变和振动测量中的应用。特别地，分布式传感技术，如基于光纤瑞利散射和拉曼散射的分布式温度和应变传感（DTS/DSS）系统，其理论模型和现场部署挑战将被细致阐述。 光谱分析技术： 光谱学是物质识别和定量分析的核心工具。本书覆盖了从傅里叶变换红外光谱（FTIR）到拉曼光谱（Raman Spectroscopy）的多种技术。重点讨论了表面增强拉曼散射（SERS）在痕量物质检测中的增强机理和实际限制。对于痕量气体检测，我们深入探讨了可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）的原理及其在工业过程控制和环境监测中的高精度优势。 量子光学传感： 迈向更高灵敏度的未来，量子传感利用量子态的独特性质进行测量。书中将介绍利用原子钟、量子纠缠和压缩光态提高信噪比的方法，以及这些技术在引力波探测和精密导航中的前沿研究进展。 本书综合了理论深度与工程实践，内容紧扣当前光学与光子学领域的发展脉搏，强调对核心物理机制的理解，并引导读者将知识应用于解决复杂的实际工程问题。

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