束流光學（第2版）/中國科學技術大學精品教材·“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉祖平，馮光耀 著

圖書標籤:

• 光學
• 束流光學
• 光綫追蹤
• 光學設計
• 衍射光學
• 激光
• 物理學
• 中國科學技術大學
• 精品教材
• 高等教育

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312035203

版次：2

商品編碼：11566238

包裝：平裝

叢書名： 中國科學技術大學精品教材 ，

開本：16開

齣版時間：2014-08-01

用紙：膠版紙

頁數：339

字數：419000

正文語種：中文

內容簡介

　　《束流光學（第2版）/中國科學技術大學精品教材·“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目》主要研究帶電粒子束流的形態及其在電磁場中的運動規律，側重點不在於粒子能量的變化，而在於約束粒子的軌跡，使束流在傳輸中偏轉、會聚、發散、成像、成形、實現相空間匹配或滿足其他要求。全書分為電子光學和束流傳輸理論兩篇，分彆針對電子束器件中的低能電子束和加速器係統中的其他帶電粒子束，講述其運動規律、數學描述手段、主要元器件、組閤係統設計計算方法和誤差分析方法。《束流光學（第2版）/中國科學技術大學精品教材·“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目》用作粒子加速器物理專業的教科書，亦可供其他與粒子加速器、電子束器件相關專業的大學本科生或研究生，或者已在相關領域供職而需要進修的人員選讀。

內頁插圖

目錄

總序
前言
緒論
0.1 束流光學的研究對象
0.2 束流橫嚮運動的一些基本概念
0.3 電子光學與束流傳輸理論各自的特點
0.4 束流光學與幾何光學的相似性
0.5 課程內容簡介

上篇 電子光學
第1章 電子在軸對稱場中的運動
1.1 軸對稱電場和磁場
1.2 電子在軸對稱電場中的運動·高斯軌跡方程
1.3 電子在軸對稱電磁場中的運動·布許定理
1.4 橫嚮運動綫性方程的解的矩陣形式
1.5 傳輸矩陣與相空間、發射度和包絡·劉維爾定理
第2章 電子透鏡
2.1 電子透鏡概述
2.2 電子透鏡的主要參量和傳輸矩陣、場分布
2.3 常用靜電透鏡簡介
2.4 常用磁透鏡簡介
2.5 電子透鏡應用舉例
第3章 有關像差的基本概念
3.1 像差概述
3.2 幾何像差
3.3 色差和其他像差
第4章 非軸對稱電子光學器件
4.1 偏轉係統
4.2 四極透鏡
4.3 靜電柱麵透鏡
第5章 寬束、強流及射頻加速結構中的電子光學簡介
5.1 寬電子束及其聚焦成像
5.2 強流中的空間電荷效應
5.3 強流電子束的成形和維持
5.4 射頻直綫加速器中的電子橫嚮運動
第6章 場與軌跡方程的數值解
6.1 差分法計算場分布
6.2 有限元法計算場分布
6.3 實驗、測量法確定場分布
6.4 電子運動軌跡的計算

下篇 束流傳輸理論
第7章 束流傳輸理論的主要問題
7.1 概述
7.2 麯軸正交坐標係及磁場、軌跡方程錶達式
7.3 多維相空問和傳輸矩陣
第8章 束流傳輸元器件和對應的傳輸矩陣
8.1 概述及標準運動方程的解
8.2 四極透鏡和其他有恒定橫嚮磁場的直綫型元件
8.3 彎轉磁鐵及其邊緣場
8.4 色散函數和包絡函數
第9章 組閤係統設計
9.1 概述
9.2 消色散係統及其他與縱嚮運動有關的組閤係統一
9.3 發射度匹配和組閤係統設計計算
第10章 誤差與非理想場
10.1 概述
10.2 綫性誤差和非理想場
10.3 非綫性效應

前言/序言

束流光學（第2版） 內容簡介 《束流光學（第2版）》是集光學領域多年教學與科研實踐於一體的精品教材，也是“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目的重要成果。本書係統深入地闡述瞭束流光學的基本原理、理論模型、實驗方法和最新發展，旨在為從事光學、光電子學、激光技術、精密儀器、微電子學等相關領域研究和工程的師生、科研人員提供一本全麵、權威、實用的參考書。 第一部分：束流光學基礎理論 本部分著重構建束流光學的宏觀框架，從基礎概念入手，逐步深入到核心理論。 第一章 導論 本章將首先迴顧光學發展的簡要曆史，引齣束流光學作為現代光學分支的重要性及其在各個學科和技術領域的廣泛應用。我們將界定什麼是“束流”，及其與傳統意義上光波的不同之處，重點強調束流在傳播過程中保持其空間相乾性和方嚮性的特性。通過介紹束流的典型來源，如激光器、電子束等，初步展示其多樣的物理本質。本章還將概述本書的章節結構和學習目標，幫助讀者建立清晰的學習路綫圖。 第二章 幾何光學與惠更斯原理 在介紹束流的波動和粒子圖像之前，我們首先需要紮實幾何光學的根基。本章將詳細闡述光綫模型，包括反射定律和摺射定律（斯涅爾定律），並引入光路、焦距、放大率等基本概念。我們將探討透鏡和反射鏡係統，分析其成像原理和像差形成。在此基礎上，本章將引入惠更斯原理，從微觀角度解釋光的傳播，為後續理解衍射和乾涉現象奠定基礎。特彆是，我們將討論惠更斯原理如何適用於束流的傳播，解釋其在傳播路徑上的連續性和方嚮性。 第三章 波動光學：乾涉與衍射 本章深入探討光的波動性，這是理解束流傳播特性的關鍵。我們將詳細介紹光的乾涉原理，包括相乾條件、雙縫乾涉、多縫乾涉以及薄膜乾涉等經典實驗，並解釋如何通過乾涉現象測量波長和摺射率。緊接著，我們將重點討論光的衍射現象，從單縫衍射、圓孔衍射到夫琅禾費衍射和菲涅耳衍射。我們將分析衍射圖案的形成機製，以及束流在通過障礙物或孔徑時的空間展寬和形狀改變。本章還將介紹衍射光柵的結構和應用，以及其在光譜分析中的重要作用。 第四章 偏振光學 偏振是光波的一個重要特性，對於束流的許多應用至關重要。本章將從馬呂斯定律入手，介紹綫偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的産生和檢測方法。我們將詳細討論起偏器和檢偏器的原理，以及它們的組閤應用。重點將放在布儒斯特角現象，解釋光在界麵反射和摺射過程中偏振態的變化。本章還將介紹光學活性物質對偏振光的影響，以及圓二色譜（CD）等相關測量技術。最後，我們將探討偏振在液晶顯示、光學成像、光通信等領域的應用。 第五章 衍射理論的新進展與束流的相乾性 在前一章對衍射理論進行基礎介紹後，本章將進一步拓展和深化。我們將引入更先進的衍射理論，例如標量衍射理論的局限性以及矢量衍射理論的必要性，特彆是在描述高數值孔徑聚焦下的束流時。本章將詳細討論束流的相乾性，區分空間相乾性和時間相乾性，並介紹描述相乾性的統計方法，如相乾函數。我們將深入分析光強分布與相乾性之間的關係，以及相乾性對乾涉和衍射圖樣清晰度的影響。本章還將簡要介紹一些錶徵和測量束流相乾性的技術。 第二部分：束流的形成與調控 本部分將聚焦於如何産生、塑造和控製束流，這是束流光學實際應用的基礎。 第六章 激光原理與激光束的形成 激光是束流光學最重要、最廣泛的應用之一。本章將係統介紹激光的基本原理，包括受激發射、粒子數反轉、諧振腔的結構和工作模式。我們將討論激光器的類型，如氣體激光器、固體激光器、半導體激光器等，並分析它們的特性和適用範圍。本章將重點研究激光束的性質，如單色性、方嚮性、相乾性等，並引入高斯光束模型，詳細推導其束腰半徑、發散角、瑞利長度等重要參數。我們將討論激光束的傳播特性，以及如何在傳播過程中保持其高質量。 第七章 非綫性光學與新型束流的産生 隨著激光技術的飛速發展，非綫性光學現象為産生新型束流提供瞭強大的手段。本章將介紹非綫性光學效應，如二次諧波産生（SHG）、三次諧波産生（THG）、和頻産生（SFG）、差頻産生（DFG）等，並解釋其物理機製。我們將討論參量放大（OPA）和參量振蕩（OPO）的原理，以及它們如何用於産生寬光譜、可調諧的相乾光束。本章還將介紹超短脈衝激光器的原理，以及如何通過光學元件（如光柵對、棱鏡對）實現脈衝壓縮，産生飛秒、阿秒量級的超短光束。最後，我們將探討利用非綫性效應産生奇特光束（如拉蓋爾-高斯光束、貝塞爾光束）的可能性。 第八章 衍射光學元件（DOE）的設計與應用 衍射光學元件（DOE）利用光的衍射原理實現各種光學功能，與傳統的摺射和反射元件相比，具有體積小、重量輕、功能集成度高等優點。本章將詳細介紹DOE的設計原理，包括全息圖、衍射光柵、衍射透鏡等。我們將討論DOE的設計方法，如標量衍射理論、矢量衍射理論在DOE設計中的應用，以及計算全息（CGH）技術的實現。本章還將重點介紹DOE的種類及其在光束整形、分束、閤束、聚焦、偏振轉換等方麵的應用，例如頭盔顯示器、光刻設備、光學傳感器等。 第九章 光束整形與質量控製技術 本章關注如何有效地改變和控製束流的空間分布和質量。我們將介紹各種光束整形技術，如空間光調製器（SLM）在精確光束整形中的作用，以及如何利用SLM實現任意形狀光束的産生。我們將討論光束壓縮、光束擴展、光束拓撲荷載（如拉蓋爾-高斯光束的角動量）的産生和調控。本章還將深入研究束流的質量評價指標，如M²因子，並介紹各種測量M²因子的方法。我們將探討如何通過光學設計和主動補償技術來提高束流的質量，以滿足高端應用的需求。 第三部分：束流的傳播與應用 本部分將探討束流在不同介質中的傳播特性，以及其在科學研究和工程技術中的重要應用。 第十章 束流在介質中的傳播 本章將分析束流在均勻介質、非均勻介質以及復雜介質中的傳播特性。我們將詳細討論束流在各嚮同性介質中的傳播，包括高斯光束在傳播過程中束腰的變化和發散。然後，我們將轉嚮更復雜的傳播環境，如湍大氣、水下介質等。本章將介紹傳播引起的各種效應，例如湍流引起的閃爍、相位畸變和光束展寬，以及如何通過自適應光學技術進行補償。我們還將討論束流在非綫性介質中的傳播，例如自聚焦、自相位調製等現象。 第十一章 束流在光學係統中的成像與聚焦 聚焦和成像能力是束流光學應用的核心。本章將深入分析束流在光學係統中的成像過程，包括點擴展函數（PSF）和調製傳遞函數（MTF）的概念，以及它們如何錶徵成像係統的分辨率和圖像質量。我們將討論高數值孔徑（NA）聚焦下的束流特性，以及其在微納加工、生物成像等領域的應用。本章還將探討衍射極限成像的原理，以及如何通過先進的光學設計突破衍射極限。我們將分析各種聚焦元件，如菲涅耳透鏡、衍射聚焦元件等，以及它們在不同應用場景下的優劣。 第十二章 束流在精密測量與傳感領域的應用 束流的高方嚮性、高相乾性和高強度使其成為精密測量和傳感的理想工具。本章將列舉並詳細介紹束流在多個領域的應用。例如，在乾涉測量領域，我們將介紹激光乾涉儀在長度測量、形狀測量、振動測量中的原理和應用，如邁剋爾遜乾涉儀、薩奈剋乾涉儀等。在全息術領域，我們將闡述全息記錄和再現的原理，以及全息在信息存儲、三維顯示、計量等方麵的應用。本章還將介紹激光雷達（LiDAR）在測距、環境監測、自動駕駛等方麵的應用，以及光鑷技術在微納粒子操縱和生物力學研究中的重要作用。 第十三章 束流在光通信與信息處理中的應用 光縴通信是現代信息傳輸的基石，而束流光學在其中扮演著至關重要的角色。本章將介紹光縴通信的基本原理，包括光信號的産生、傳輸和接收。我們將重點關注激光器作為光信號源在光縴通信中的作用，以及光放大器如何實現信號的增益。此外，本章還將探討光信息處理的原理，例如利用光學器件實現邏輯運算、模式識彆、信息存儲等。我們將介紹光學互連技術在高性能計算和集成電路中的潛力，以及如何利用束流實現高效的數據傳輸和處理。 第十四章 束流在材料加工與微納製造中的應用 激光的精確性和能量密度使其成為理想的材料加工工具。本章將深入探討激光在材料加工領域的應用。例如，我們將介紹激光切割、激光焊接、激光打標、激光退火等工藝的原理和參數選擇。在本章的後半部分，我們將重點介紹激光在微納製造中的應用，如激光誘導沉積（LID）、激光誘導蝕刻（LIE）等。我們將詳細討論飛秒激光加工技術在實現超高精度、超精細加工方麵的優勢，以及其在微電子、MEMS、生物芯片等領域的廣泛應用。 第十五章 束流光學的前沿進展與未來展望 為瞭保持本書的先進性，本章將聚焦於束流光學領域的前沿研究和未來發展趨勢。我們將介紹近年來在量子光學、超快光學、超材料光學等領域取得的突破性進展。例如，我們將討論量子點光源、單光子源在量子信息和量子計算中的應用。我們將探討超材料（Metamaterials）如何通過人工設計的結構實現對光的獨特調控，為産生新型光束和光學器件提供可能。本章還將展望束流光學在人工智能、生物醫學、新能源等交叉學科領域的潛在應用，激發讀者的科研興趣。 《束流光學（第2版）》力求內容準確、體係完整、闡述清晰，既注重理論的嚴謹性，又強調實踐的應用性，是束流光學領域不可多得的優質參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實令人眼前一亮，封麵簡潔大氣，采用瞭深邃的藍色調，搭配燙金的書名和作者信息，散發齣一種嚴謹而專業的學術氣息。翻開書頁，紙張的質感也相當不錯，厚實且略帶米黃，對眼睛非常友好，長時間閱讀也不會感到疲勞。排版清晰，章節劃分閤理，目錄結構一目瞭然，讓人能夠快速定位自己想要查找的內容。在學習過程中，我特彆欣賞書中豐富的插圖和圖示，它們將原本抽象的光學概念具象化，比如在講解高斯光束的傳播時，那些精美的圖例清晰地展示瞭光束的腰部、瑞利長度以及光斑大小的變化，這對於我這種視覺型學習者來說，簡直是福音。即使是初次接觸束流光學，也能在這些圖示的幫助下，逐步理解其核心要義。此外，書中對一些關鍵公式的推導過程也展示得十分詳盡，每一步的邏輯都很清晰，這讓我能夠追溯其源頭，而不隻是死記硬背。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值並不僅僅體現在知識的傳遞上，更在於它培養瞭一種嚴謹的科學思維方式。在講解每一個實驗現象或理論模型時，作者都強調瞭其背後的物理原理、實驗依據以及存在的局限性。這種對細節的關注和對科學嚴謹性的追求，對於我們這些未來的科研工作者來說，尤為重要。我注意到，書中對於一些重要的物理常數和單位的定義，都做瞭非常清晰的說明，並且在整個書的行文中都保持瞭一緻性，這避免瞭初學者在閱讀時可能産生的混淆。此外，書中還經常會提及一些最新的研究進展和尚未完全解決的問題，這讓我能夠感受到束流光學作為一門仍在不斷發展的學科的活力，也激發瞭我進一步探索和學習的興趣。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書的深度和廣度讓我初讀時有些挑戰，尤其是在接觸到某些復雜的數學推導和物理模型時。不過，正因如此，它纔真正配得上“精品教材”的稱號。作者在處理像自由電子激光、粒子加速器等前沿應用時，並沒有止步於概念的介紹，而是深入剖析瞭其中的光學原理和關鍵技術。我印象特彆深刻的是關於相乾光源和非相乾光源在束流光學中的作用分析，書中不僅解釋瞭它們在性質上的差異，更詳細闡述瞭如何在實際應用中選擇和利用它們來優化性能。例如，在討論激光驅動的粒子加速時，作者詳細分析瞭高亮度、高相乾性的激光束如何影響電子束的注入和加速效率，並引用瞭相關實驗數據進行佐證，這讓理論與實踐的聯係變得無比緊密。這種深入淺齣的講解方式，即使對於非專業背景的讀者，也提供瞭一個循序漸進的學習路徑。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在攻讀相關專業的學生，我發現這本書在知識體係的構建上做得非常齣色。它從基礎的光學理論齣發，逐步過渡到更專業的束流光學內容，包括束流的形成、傳輸、聚焦以及相關的測量方法。書中對每一項內容都進行瞭係統性的闡述，邏輯鏈條清晰，前後呼應緊密。我尤其欣賞的是，在介紹完一個重要的光學概念或定理後，作者往往會立刻給齣相關的典型例題，並通過詳細的步驟和分析來展示如何應用所學知識解決實際問題。這些例題的難度適中，既能檢驗我們對理論的掌握程度，又能讓我們熟悉實際操作中的注意事項。此外，書中還提供瞭一些思考題和課後習題，這些題目設計得很有啓發性，能夠引導我們深入思考，並將知識融會貫通。

評分☆☆☆☆☆

對於我來說，這本《束流光學（第2版）》不僅僅是一本教科書，更像是一位循循善誘的老師。它不像有些教材那樣，上來就拋齣大量的公式和定義，而是先從宏觀概念入手，比如對“束流”這個核心概念進行多角度的闡釋，包括其物理本質、形成機製以及在不同領域的重要性。在深入講解具體的物理現象時，作者也善於用類比和生動有趣的語言來輔助理解。比如，在解釋光束的衍射時，他可能會將衍射比作水波遇到障礙物時産生的波動，或者將光束的傳播過程類比於河流的流動，這樣的描述立刻讓復雜的物理過程變得直觀起來。更讓我驚喜的是，書中還穿插瞭一些曆史典故和科學傢的故事，例如在介紹某些光學器件的發明曆程時，會提及相關的科學傢及其研究過程中的趣事，這極大地增加瞭閱讀的趣味性，也讓我對束流光學的曆史發展有瞭更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

有點難，還需要深入學習。。。。

評分☆☆☆☆☆

行文風格和劉老師講課一模一樣。內容編排也很好

評分☆☆☆☆☆

很好的書，，很好的教材。。。

評分☆☆☆☆☆

有點難，還需要深入學習。。。。

評分☆☆☆☆☆

看上去不錯，咱一個瞭。

評分☆☆☆☆☆

很好的書，，很好的教材。。。

評分☆☆☆☆☆

有點難，還需要深入學習。。。。

評分☆☆☆☆☆

很好的書，，很好的教材。。。

評分☆☆☆☆☆

有點難，還需要深入學習。。。。