束流光学（第2版）/中国科学技术大学精品教材·“十二五”国家重点图书出版规划项目 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘祖平，冯光耀 著

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• 光学
• 束流光学
• 光线追踪
• 光学设计
• 衍射光学
• 激光
• 物理学
• 中国科学技术大学
• 精品教材
• 高等教育

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312035203

版次：2

商品编码：11566238

包装：平装

丛书名： 中国科学技术大学精品教材 ，

开本：16开

出版时间：2014-08-01

用纸：胶版纸

页数：339

字数：419000

正文语种：中文

内容简介

　　《束流光学（第2版）/中国科学技术大学精品教材·“十二五”国家重点图书出版规划项目》主要研究带电粒子束流的形态及其在电磁场中的运动规律，侧重点不在于粒子能量的变化，而在于约束粒子的轨迹，使束流在传输中偏转、会聚、发散、成像、成形、实现相空间匹配或满足其他要求。全书分为电子光学和束流传输理论两篇，分别针对电子束器件中的低能电子束和加速器系统中的其他带电粒子束，讲述其运动规律、数学描述手段、主要元器件、组合系统设计计算方法和误差分析方法。《束流光学（第2版）/中国科学技术大学精品教材·“十二五”国家重点图书出版规划项目》用作粒子加速器物理专业的教科书，亦可供其他与粒子加速器、电子束器件相关专业的大学本科生或研究生，或者已在相关领域供职而需要进修的人员选读。

内页插图

目录

总序
前言
绪论
0.1 束流光学的研究对象
0.2 束流横向运动的一些基本概念
0.3 电子光学与束流传输理论各自的特点
0.4 束流光学与几何光学的相似性
0.5 课程内容简介

上篇 电子光学
第1章 电子在轴对称场中的运动
1.1 轴对称电场和磁场
1.2 电子在轴对称电场中的运动·高斯轨迹方程
1.3 电子在轴对称电磁场中的运动·布许定理
1.4 横向运动线性方程的解的矩阵形式
1.5 传输矩阵与相空间、发射度和包络·刘维尔定理
第2章 电子透镜
2.1 电子透镜概述
2.2 电子透镜的主要参量和传输矩阵、场分布
2.3 常用静电透镜简介
2.4 常用磁透镜简介
2.5 电子透镜应用举例
第3章 有关像差的基本概念
3.1 像差概述
3.2 几何像差
3.3 色差和其他像差
第4章 非轴对称电子光学器件
4.1 偏转系统
4.2 四极透镜
4.3 静电柱面透镜
第5章 宽束、强流及射频加速结构中的电子光学简介
5.1 宽电子束及其聚焦成像
5.2 强流中的空间电荷效应
5.3 强流电子束的成形和维持
5.4 射频直线加速器中的电子横向运动
第6章 场与轨迹方程的数值解
6.1 差分法计算场分布
6.2 有限元法计算场分布
6.3 实验、测量法确定场分布
6.4 电子运动轨迹的计算

下篇 束流传输理论
第7章 束流传输理论的主要问题
7.1 概述
7.2 曲轴正交坐标系及磁场、轨迹方程表达式
7.3 多维相空问和传输矩阵
第8章 束流传输元器件和对应的传输矩阵
8.1 概述及标准运动方程的解
8.2 四极透镜和其他有恒定横向磁场的直线型元件
8.3 弯转磁铁及其边缘场
8.4 色散函数和包络函数
第9章 组合系统设计
9.1 概述
9.2 消色散系统及其他与纵向运动有关的组合系统一
9.3 发射度匹配和组合系统设计计算
第10章 误差与非理想场
10.1 概述
10.2 线性误差和非理想场
10.3 非线性效应

前言/序言

束流光学（第2版） 内容简介 《束流光学（第2版）》是集光学领域多年教学与科研实践于一体的精品教材，也是“十二五”国家重点图书出版规划项目的重要成果。本书系统深入地阐述了束流光学的基本原理、理论模型、实验方法和最新发展，旨在为从事光学、光电子学、激光技术、精密仪器、微电子学等相关领域研究和工程的师生、科研人员提供一本全面、权威、实用的参考书。 第一部分：束流光学基础理论 本部分着重构建束流光学的宏观框架，从基础概念入手，逐步深入到核心理论。 第一章 导论 本章将首先回顾光学发展的简要历史，引出束流光学作为现代光学分支的重要性及其在各个学科和技术领域的广泛应用。我们将界定什么是“束流”，及其与传统意义上光波的不同之处，重点强调束流在传播过程中保持其空间相干性和方向性的特性。通过介绍束流的典型来源，如激光器、电子束等，初步展示其多样的物理本质。本章还将概述本书的章节结构和学习目标，帮助读者建立清晰的学习路线图。 第二章 几何光学与惠更斯原理 在介绍束流的波动和粒子图像之前，我们首先需要扎实几何光学的根基。本章将详细阐述光线模型，包括反射定律和折射定律（斯涅尔定律），并引入光路、焦距、放大率等基本概念。我们将探讨透镜和反射镜系统，分析其成像原理和像差形成。在此基础上，本章将引入惠更斯原理，从微观角度解释光的传播，为后续理解衍射和干涉现象奠定基础。特别是，我们将讨论惠更斯原理如何适用于束流的传播，解释其在传播路径上的连续性和方向性。 第三章 波动光学：干涉与衍射 本章深入探讨光的波动性，这是理解束流传播特性的关键。我们将详细介绍光的干涉原理，包括相干条件、双缝干涉、多缝干涉以及薄膜干涉等经典实验，并解释如何通过干涉现象测量波长和折射率。紧接着，我们将重点讨论光的衍射现象，从单缝衍射、圆孔衍射到夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射。我们将分析衍射图案的形成机制，以及束流在通过障碍物或孔径时的空间展宽和形状改变。本章还将介绍衍射光栅的结构和应用，以及其在光谱分析中的重要作用。 第四章 偏振光学 偏振是光波的一个重要特性，对于束流的许多应用至关重要。本章将从马吕斯定律入手，介绍线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生和检测方法。我们将详细讨论起偏器和检偏器的原理，以及它们的组合应用。重点将放在布儒斯特角现象，解释光在界面反射和折射过程中偏振态的变化。本章还将介绍光学活性物质对偏振光的影响，以及圆二色谱（CD）等相关测量技术。最后，我们将探讨偏振在液晶显示、光学成像、光通信等领域的应用。 第五章 衍射理论的新进展与束流的相干性 在前一章对衍射理论进行基础介绍后，本章将进一步拓展和深化。我们将引入更先进的衍射理论，例如标量衍射理论的局限性以及矢量衍射理论的必要性，特别是在描述高数值孔径聚焦下的束流时。本章将详细讨论束流的相干性，区分空间相干性和时间相干性，并介绍描述相干性的统计方法，如相干函数。我们将深入分析光强分布与相干性之间的关系，以及相干性对干涉和衍射图样清晰度的影响。本章还将简要介绍一些表征和测量束流相干性的技术。 第二部分：束流的形成与调控 本部分将聚焦于如何产生、塑造和控制束流，这是束流光学实际应用的基础。 第六章 激光原理与激光束的形成 激光是束流光学最重要、最广泛的应用之一。本章将系统介绍激光的基本原理，包括受激发射、粒子数反转、谐振腔的结构和工作模式。我们将讨论激光器的类型，如气体激光器、固体激光器、半导体激光器等，并分析它们的特性和适用范围。本章将重点研究激光束的性质，如单色性、方向性、相干性等，并引入高斯光束模型，详细推导其束腰半径、发散角、瑞利长度等重要参数。我们将讨论激光束的传播特性，以及如何在传播过程中保持其高质量。 第七章 非线性光学与新型束流的产生 随着激光技术的飞速发展，非线性光学现象为产生新型束流提供了强大的手段。本章将介绍非线性光学效应，如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、和频产生（SFG）、差频产生（DFG）等，并解释其物理机制。我们将讨论参量放大（OPA）和参量振荡（OPO）的原理，以及它们如何用于产生宽光谱、可调谐的相干光束。本章还将介绍超短脉冲激光器的原理，以及如何通过光学元件（如光栅对、棱镜对）实现脉冲压缩，产生飞秒、阿秒量级的超短光束。最后，我们将探讨利用非线性效应产生奇特光束（如拉盖尔-高斯光束、贝塞尔光束）的可能性。 第八章 衍射光学元件（DOE）的设计与应用 衍射光学元件（DOE）利用光的衍射原理实现各种光学功能，与传统的折射和反射元件相比，具有体积小、重量轻、功能集成度高等优点。本章将详细介绍DOE的设计原理，包括全息图、衍射光栅、衍射透镜等。我们将讨论DOE的设计方法，如标量衍射理论、矢量衍射理论在DOE设计中的应用，以及计算全息（CGH）技术的实现。本章还将重点介绍DOE的种类及其在光束整形、分束、合束、聚焦、偏振转换等方面的应用，例如头盔显示器、光刻设备、光学传感器等。 第九章 光束整形与质量控制技术 本章关注如何有效地改变和控制束流的空间分布和质量。我们将介绍各种光束整形技术，如空间光调制器（SLM）在精确光束整形中的作用，以及如何利用SLM实现任意形状光束的产生。我们将讨论光束压缩、光束扩展、光束拓扑荷载（如拉盖尔-高斯光束的角动量）的产生和调控。本章还将深入研究束流的质量评价指标，如M²因子，并介绍各种测量M²因子的方法。我们将探讨如何通过光学设计和主动补偿技术来提高束流的质量，以满足高端应用的需求。 第三部分：束流的传播与应用 本部分将探讨束流在不同介质中的传播特性，以及其在科学研究和工程技术中的重要应用。 第十章 束流在介质中的传播 本章将分析束流在均匀介质、非均匀介质以及复杂介质中的传播特性。我们将详细讨论束流在各向同性介质中的传播，包括高斯光束在传播过程中束腰的变化和发散。然后，我们将转向更复杂的传播环境，如湍大气、水下介质等。本章将介绍传播引起的各种效应，例如湍流引起的闪烁、相位畸变和光束展宽，以及如何通过自适应光学技术进行补偿。我们还将讨论束流在非线性介质中的传播，例如自聚焦、自相位调制等现象。 第十一章 束流在光学系统中的成像与聚焦 聚焦和成像能力是束流光学应用的核心。本章将深入分析束流在光学系统中的成像过程，包括点扩展函数（PSF）和调制传递函数（MTF）的概念，以及它们如何表征成像系统的分辨率和图像质量。我们将讨论高数值孔径（NA）聚焦下的束流特性，以及其在微纳加工、生物成像等领域的应用。本章还将探讨衍射极限成像的原理，以及如何通过先进的光学设计突破衍射极限。我们将分析各种聚焦元件，如菲涅耳透镜、衍射聚焦元件等，以及它们在不同应用场景下的优劣。 第十二章 束流在精密测量与传感领域的应用 束流的高方向性、高相干性和高强度使其成为精密测量和传感的理想工具。本章将列举并详细介绍束流在多个领域的应用。例如，在干涉测量领域，我们将介绍激光干涉仪在长度测量、形状测量、振动测量中的原理和应用，如迈克尔逊干涉仪、萨奈克干涉仪等。在全息术领域，我们将阐述全息记录和再现的原理，以及全息在信息存储、三维显示、计量等方面的应用。本章还将介绍激光雷达（LiDAR）在测距、环境监测、自动驾驶等方面的应用，以及光镊技术在微纳粒子操纵和生物力学研究中的重要作用。 第十三章 束流在光通信与信息处理中的应用 光纤通信是现代信息传输的基石，而束流光学在其中扮演着至关重要的角色。本章将介绍光纤通信的基本原理，包括光信号的产生、传输和接收。我们将重点关注激光器作为光信号源在光纤通信中的作用，以及光放大器如何实现信号的增益。此外，本章还将探讨光信息处理的原理，例如利用光学器件实现逻辑运算、模式识别、信息存储等。我们将介绍光学互连技术在高性能计算和集成电路中的潜力，以及如何利用束流实现高效的数据传输和处理。 第十四章 束流在材料加工与微纳制造中的应用 激光的精确性和能量密度使其成为理想的材料加工工具。本章将深入探讨激光在材料加工领域的应用。例如，我们将介绍激光切割、激光焊接、激光打标、激光退火等工艺的原理和参数选择。在本章的后半部分，我们将重点介绍激光在微纳制造中的应用，如激光诱导沉积（LID）、激光诱导蚀刻（LIE）等。我们将详细讨论飞秒激光加工技术在实现超高精度、超精细加工方面的优势，以及其在微电子、MEMS、生物芯片等领域的广泛应用。 第十五章 束流光学的前沿进展与未来展望 为了保持本书的先进性，本章将聚焦于束流光学领域的前沿研究和未来发展趋势。我们将介绍近年来在量子光学、超快光学、超材料光学等领域取得的突破性进展。例如，我们将讨论量子点光源、单光子源在量子信息和量子计算中的应用。我们将探讨超材料（Metamaterials）如何通过人工设计的结构实现对光的独特调控，为产生新型光束和光学器件提供可能。本章还将展望束流光学在人工智能、生物医学、新能源等交叉学科领域的潜在应用，激发读者的科研兴趣。 《束流光学（第2版）》力求内容准确、体系完整、阐述清晰，既注重理论的严谨性，又强调实践的应用性，是束流光学领域不可多得的优质参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值并不仅仅体现在知识的传递上，更在于它培养了一种严谨的科学思维方式。在讲解每一个实验现象或理论模型时，作者都强调了其背后的物理原理、实验依据以及存在的局限性。这种对细节的关注和对科学严谨性的追求，对于我们这些未来的科研工作者来说，尤为重要。我注意到，书中对于一些重要的物理常数和单位的定义，都做了非常清晰的说明，并且在整个书的行文中都保持了一致性，这避免了初学者在阅读时可能产生的混淆。此外，书中还经常会提及一些最新的研究进展和尚未完全解决的问题，这让我能够感受到束流光学作为一门仍在不断发展的学科的活力，也激发了我进一步探索和学习的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在攻读相关专业的学生，我发现这本书在知识体系的构建上做得非常出色。它从基础的光学理论出发，逐步过渡到更专业的束流光学内容，包括束流的形成、传输、聚焦以及相关的测量方法。书中对每一项内容都进行了系统性的阐述，逻辑链条清晰，前后呼应紧密。我尤其欣赏的是，在介绍完一个重要的光学概念或定理后，作者往往会立刻给出相关的典型例题，并通过详细的步骤和分析来展示如何应用所学知识解决实际问题。这些例题的难度适中，既能检验我们对理论的掌握程度，又能让我们熟悉实际操作中的注意事项。此外，书中还提供了一些思考题和课后习题，这些题目设计得很有启发性，能够引导我们深入思考，并将知识融会贯通。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的深度和广度让我初读时有些挑战，尤其是在接触到某些复杂的数学推导和物理模型时。不过，正因如此，它才真正配得上“精品教材”的称号。作者在处理像自由电子激光、粒子加速器等前沿应用时，并没有止步于概念的介绍，而是深入剖析了其中的光学原理和关键技术。我印象特别深刻的是关于相干光源和非相干光源在束流光学中的作用分析，书中不仅解释了它们在性质上的差异，更详细阐述了如何在实际应用中选择和利用它们来优化性能。例如，在讨论激光驱动的粒子加速时，作者详细分析了高亮度、高相干性的激光束如何影响电子束的注入和加速效率，并引用了相关实验数据进行佐证，这让理论与实践的联系变得无比紧密。这种深入浅出的讲解方式，即使对于非专业背景的读者，也提供了一个循序渐进的学习路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，封面简洁大气，采用了深邃的蓝色调，搭配烫金的书名和作者信息，散发出一种严谨而专业的学术气息。翻开书页，纸张的质感也相当不错，厚实且略带米黄，对眼睛非常友好，长时间阅读也不会感到疲劳。排版清晰，章节划分合理，目录结构一目了然，让人能够快速定位自己想要查找的内容。在学习过程中，我特别欣赏书中丰富的插图和图示，它们将原本抽象的光学概念具象化，比如在讲解高斯光束的传播时，那些精美的图例清晰地展示了光束的腰部、瑞利长度以及光斑大小的变化，这对于我这种视觉型学习者来说，简直是福音。即使是初次接触束流光学，也能在这些图示的帮助下，逐步理解其核心要义。此外，书中对一些关键公式的推导过程也展示得十分详尽，每一步的逻辑都很清晰，这让我能够追溯其源头，而不只是死记硬背。

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，这本《束流光学（第2版）》不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师。它不像有些教材那样，上来就抛出大量的公式和定义，而是先从宏观概念入手，比如对“束流”这个核心概念进行多角度的阐释，包括其物理本质、形成机制以及在不同领域的重要性。在深入讲解具体的物理现象时，作者也善于用类比和生动有趣的语言来辅助理解。比如，在解释光束的衍射时，他可能会将衍射比作水波遇到障碍物时产生的波动，或者将光束的传播过程类比于河流的流动，这样的描述立刻让复杂的物理过程变得直观起来。更让我惊喜的是，书中还穿插了一些历史典故和科学家的故事，例如在介绍某些光学器件的发明历程时，会提及相关的科学家及其研究过程中的趣事，这极大地增加了阅读的趣味性，也让我对束流光学的历史发展有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

很好的书，，很好的教材。。。

评分☆☆☆☆☆

有点难，还需要深入学习。。。。

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专业书籍，专业平台

评分☆☆☆☆☆

行文风格和刘老师讲课一模一样。内容编排也很好

评分☆☆☆☆☆

很好的书，，很好的教材。。。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

看上去不错，咱一个了。

评分☆☆☆☆☆

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