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出版者:西安电子科技大学出版社

作者:

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:2010-3

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787560624068

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
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• 高等教育
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• 物理学
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• 实验数据

好的，这是一本关于《光学与电磁学前沿研究》的图书简介。 --- 图书名称：光学与电磁学前沿研究 内容概述 本书旨在深入探讨现代光学与电磁学领域内最具活力和影响力的前沿课题。它不仅涵盖了基础理论的最新进展，更聚焦于如何将这些理论转化为实际应用的技术突破。本书特别强调跨学科的交叉融合，特别是与信息科学、材料科学以及生物医学工程的结合点，为科研人员、高年级本科生及研究生提供一个全面而深入的视野。 本书结构严谨，内容丰富，共分为六个主要部分，详细剖析了从微观光场的调控到宏观电磁波的智能散射，再到新兴量子光学技术的方方面面。 --- 第一部分：超构材料与人工电磁结构 本部分聚焦于如何通过设计人工合成的微纳结构来突破传统材料的限制，实现对电磁波前所未有的控制能力。 1.1 超材料的本构关系与负折射率理论的再审视： 详细阐述了超材料（Metamaterials）的基本设计原理，包括等效介电常数和磁导率的提取方法。重点分析了负折射率材料在电磁波隐身（Cloaking）和完美成像（Superlens）中的理论极限与实际挑战。本节深入探讨了如何利用非互易性（Non-reciprocity）设计出具有单向传输特性的电磁器件。 1.2 超表面（Metasurfaces）与平面光学： 超表面作为超材料的二维简化版，是当前光子学研究的热点。本章详细介绍了基于Pancharatnam-Berry（PB）相位、几何相位和共振相位的调控机制。讨论了如何利用超表面实现对光束的偏转、聚焦、偏振态的精确控制，以及在集成光学芯片中的应用潜力，如超紧凑的波片和偏振分束器。 1.3 可重构和动态电磁结构： 探讨了如何通过引入外部激励（如电、热、机械应力或光照）来实时改变电磁结构的响应特性。内容涉及电活性聚合物、相变材料（如VO2）在电磁波动态调制中的应用，例如可调谐滤波器、动态吸收器和智能反射面（RIS）在无线通信中的部署。 --- 第二部分：拓扑光子学与非互易传输 本部分聚焦于借鉴拓扑物理学的概念，设计具有鲁棒性和抗损耗特性的光电磁波传输系统。 2.1 拓扑绝缘体与边缘态： 介绍了拓扑不变量在描述光子或电子能带结构中的应用。详细解释了光子拓扑绝缘体（Photonic Topological Insulators, PTI）的设计原理，以及其标志性的边缘态（Edge States）特性——对缺陷和散射具有极高的免疫力。 2.2 非互易光子器件的设计： 非互易性是实现光隔离和单向传输的关键。本章系统梳理了利用法拉第效应（磁光耦合）和声子晶体/机械振动（声光耦合）实现光隔离器的最新进展。探讨了如何设计无磁、全光隔离器，以满足集成光子学对低功耗和高集成度的要求。 2.3 拓扑波导与量子信息传输： 讨论了拓扑原理在引导光子流，尤其是在量子计算架构中传输量子比特的潜在作用。分析了拓扑保护如何确保量子态的相干性在复杂传输路径上的维持。 --- 第三部分：高强度激光与极端非线性光学 本部分关注在超强激光场作用下，介质内部发生的极端物理过程和由此产生的新型光源。 3.1 超快激光源的产生与特性： 深入分析了锁模激光器的最新进展，包括全锁模技术、自启动机制和高重复频率窄脉冲的产生。重点讨论了基于光纤、增益材料和可饱和吸收体的不同锁模方案的优劣。 3.2 飞秒脉冲在介质中的自作用： 详细研究了高斯光束在介质中传播时，由于克尔效应（ Kerr Effect）引发的自相位调制（SPM）和自聚焦现象。讨论了光孤子（Optical Solitons）的产生条件和在光纤通信中的应用前景。 3.3 极端非线性过程：高次谐波产生（HHG）与阿秒物理： 本章是全书的难点与亮点之一。它解释了原子和分子在超强电场下发射高次谐波的“再归一化”理论（Re-scattering Theory）。重点阐述了如何通过精确控制激光脉冲的波形（如在“波形整形”技术中），来调控谐波的能量和相位，从而实现阿秒量级超快电子动力学的捕捉与成像。 --- 第四部分：量子光学与光与物质的相互作用 本部分转向微观尺度，探索光子与原子、腔体之间在量子层面的精细调控。 4.1 腔电动力学（Cavity QED）与光子态的制备： 介绍如何通过高精细度光学谐振腔来增强光与物质的耦合。讨论了“强耦合”和“超强耦合”区的物理现象，例如腔极化激元（Polaritons）的形成及其在模拟固体物理系统中的应用。 4.2 量子光源的制备与表征： 专注于单光子源、纠缠光子对的产生技术。详述了基于自发参量下转换（SPDC）、自发四波混频（SFWM）以及基于量子点和金刚石色心（NV Center）的固态量子光源的最新成果。 4.3 基于拉曼散射的量子态操控： 探讨了受激拉曼散射在介质中产生光频率梳的原理，以及如何利用这种现象进行频率转换和量子态的远程传输。 --- 第五部分：电磁波的智能感知与成像 本部分着重于如何利用电磁波的特殊性质，实现超越传统衍射极限的成像和测量技术。 5.1 亚衍射极限成像（Super-resolution Imaging）： 系统回顾了克服瑞利判据的几种主要方法，包括：基于倏逝波的近场扫描光学显微镜（NSOM），利用结构光照明的STED技术，以及基于荧光团光开关的PALM/STORM技术。 5.2 散射介质中的成像技术： 针对在强散射、浑浊环境中（如生物组织内部）光传输的衰减问题，介绍了波前整形（Wavefront Shaping）技术，利用空间光调制器（SLM）动态补偿散射带来的相位扰动，实现对后向散射光的聚焦和成像。 5.3 频率选择性表面（FSS）与智能电磁散射控制： 讨论了如何利用周期性结构实现对特定频率电磁波的滤波和反射，以及在雷达隐身和电磁兼容性（EMC）设计中的应用。 --- 第六部分：光电磁场中的信息与计算 本部分将光电磁学的物理基础与信息处理的计算范式相结合。 6.1 光学计算架构与深度学习的结合： 探讨了基于波导阵列和非线性光学元件构建的“人工神经网络”硬件加速器。分析了如何利用光的并行处理能力，加速矩阵乘法等深度学习核心运算。 6.2 基于光学的随机数生成器（RNG）： 介绍了利用量子噪声或混沌动力学产生高品质物理随机数的最新进展，以及这些技术在密码学和高性能计算中的应用。 6.3 整合光子学与射频/微波技术（RF/Microwave Photonics）： 研究了光子技术在处理高带宽、高频率电信号中的优势。重点分析了光梳发生器在频率合成中的作用，以及光电探测器在超高速无线通信中的性能瓶颈与突破。 --- 目标读者 本书适合于致力于光电子学、物理电子学、应用物理学、电磁场与微波技术等领域的高年级本科生、研究生，以及致力于从事相关领域研发工作的科研工程师和教师。本书假设读者具备扎实的经典电磁学和光学基础知识。

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