光學與光子學叢書：強光光學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 赫光生，劉頌豪 著

圖書標籤:

• 光學
• 光子學
• 強光光學
• 非綫性光學
• 激光物理
• 量子光學
• 電磁學
• 物理學
• 光學材料
• 光器件

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030312266

版次：1

商品編碼：11900145

包裝：精裝

叢書名： 光學與光子學叢書

開本：16開

齣版時間：2011-06-01

用紙：膠版紙

頁數：440

字數：556000

正文語種：中文

內容簡介

　　《光學與光子學叢書：強光光學》作者為國際知名學者，長期在非綫性光學領域從事基礎與前沿性研究。《光學與光子學叢書：強光光學》主要描述強相乾光輻射與物質相互作用過程中的各種非綫性光學效應，包括它們産生的物理原理、實驗技術、新近研究成果，以及在現代科學技術發展中的獨特應用。主要內容有：二階和三階非綫性混頻效應，強光引起的感應摺射率變化、自聚焦、自散焦、相位自調製和光譜自加寬效應，強光受激散射效應，非綫性光譜學效應，光學相位共軛效應，瞬態相乾光學效應，多光子吸收和激發效應，以及時間和空間光學孤子效應和應用等，《光學與光子學叢書：強光光學》具有概念描述清楚、公式推導簡潔、理論與實驗並重，以及圖文並茂等特點。
　　《光學與光子學叢書：強光光學》可作為物理、光學、光電子學、信息與通信工程等專業之高年級本科生或研究生“非綫性光學”課程的教學參考書，也可作為相關課題領域內科技工作者的專業參考書。

作者簡介

　　赫光生（G.S.He），國際知名激光物理學傢和非綫性光學研究學者，1963年畢業於長春光學精密機械學院（首屆），先後工作於中國科學院電子學研究所。中國科學院上海光學精密機械研究所（1965—1986年），從事與激光物理和非綫性光學有關的基礎研究。1987年赴美國紐約州立大學布法羅分校光子學研究實驗室工作，現任該校激光、光子學與生物光子學研究所的資深研究科學傢。先後閤作齣版過的專著有：《激光物理學》（1975）、《激光器設計基礎》（1979）、《強光光學及其應用》（1995）。以及《Physics 0f Nonlinear Optics》（2000）等；發錶學術論文140佘篇。赴美後主要研究領域為強光受激散射、光學相位共軛、多光子激發過程及其應用。首創性研究成果有：發現並命名受激Kerr散射（1990）和受激Rayleigh—Bragg散射（2004）；首次理論闡述光頻Pockels效應（1986）；統一解釋反嚮受激散射和激光發射的相位共軛特性；在國際上首次實現三光子泵浦（2002）以及四光子泵浦（2005）頻率上轉換激光發射。
　　
　　劉頌豪（S.H.Liu）：著名光學和激光專傢，中國科學院院士，1951年畢業於廣東文理學院物理係。1951年起，先後在中國科學院長春。上海、安徽光學精密機械研究所從事光學和激光研究。主要研究方嚮先後為新型光學材料和激光器件、強激光與物質相互作用、新型激光光譜技術、激光生命科學研究，以及光縴傳感器、光孤子技術和納米光電材料等；科研成果豐碩，曾獲多項國傢科技成果奬。先後在國內外重要學術刊物及國際會議上發錶論史400多篇，齣版專著4部，其中《光子學技術與應用》2008年獲第二屆中華優秀齣版物圖書奬。曾任中國科學院安徽光學精密機械所所長、中國科學院閤肥分院副院長、華南師範大學校長、全國政協委員、全國科協委員、美國光學學會會士（fellow）。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 強光光學導論
1．1 強光光學的學科定義
1．2 強激光與物質相互作用的主要特點
1．3 強光光學效應的應用價值和科學意義
1．4 描述強光光學效應的兩種理論體係

第2章 非綫性電極化過程的基礎知識
2．1 光學介質的非綫性感應電極化效應
2．2 介質産生感應電極化的物理機製
2．3 非綫性電極化率的張量錶現形式
2．4 非綫性電極化率的基本性質
2．5 非綫性電極化作用下的耦閤波動方程
參考文獻

第3章 二階非綫性（三波）混頻效應
3．1 光學二次諧波效應
3．1．1 二次諧波産生的量子圖像描述
3．1．2 二次諧波的半經典理論定量描述
3．1．3 産生二次諧波的工作物質
3．1．4 産生二次諧波的實驗裝置
3．2 光學和頻與差頻效應
3．2．1 光學和頻效應
3．2．2 光學差頻效應
3．2．3 光學和頻與差頻産生的實驗裝置
3．3 光學參量放大與振蕩效應
3．3．1 光學參量效應的物理描述
3．3．2 光學參量放大和振蕩條件的推導
3．3．3 光學參量放大器和振蕩器實驗係統
參考文獻

第4章 三階非綫性（四波）混頻效應
4．1 四波混頻（四光子參量作用）的幾種方式
4．2 光學三次諧波的産生
4．2．1 三次諧波效應的非綫性電極化理論描述
4．2．2 實現三次諧波相位匹配的方法
4．2．3 三次諧波産生的共振增強
4．2．4 産生三次諧波及和頻幅射的介質和裝置
4．3 拉曼共振增強的四波混頻
4．3．1 相乾斯托剋斯與反斯托剋斯環狀輻射的産生
4．3．2 兩拉曼差頻光束成微小角度入射的情況
4．4 非共振四光子參量作用
4．4．1 部分簡並四光子參量作用
4．4．2 簡並四光子參量作用
參考文獻

第5章 強光引起的摺射率變化
5．1 綫性光學中對摺射率的描述
5．2 非綫性光學中對摺射率的描述
5．3 雙光束入射引起的摺射率變化
5．4 雙光子共振引起的摺射率增強變化
5．5 拉曼共振引起的摺射率增強變化
5．6 摺射率感應變化的物理機製
5．6．1 引起摺射率變化的不同物理機製
5．6．2 分子再取嚮剋爾效應引起摺射率變化的錶示式
5．6．3 電緻伸縮效應導緻的摺射率變化的錶示式
5．6．4 感應摺射率變化的時間特性
5．7 二階非綫性電極化過程導緻的摺射率耦閤變化（光頻泡剋耳斯效應）
參考文獻

第6章 強光自然焦、自相位調製與光譜自加寬
6．1 強光自聚焦的基本理論描述
6．1．1 自聚焦現象概述
6．1．2 光束自陷的感應波導模型
6．1．3 穩態自聚焦解析理論
6．1．4 穩態自聚焦焦距的半經驗公式
6．1．5 動態自聚焦描述
6．2 自聚焦的直接觀測實驗
6．2．1 自聚焦光束多焦點結構的直接觀測
6．2．2 對超短脈衝産生多焦點自聚焦行為的模擬數值計算
……
第7章 強光受激散射效應
第8章 光學相位共軛效應
第9章 非綫性光譜學效應
第10章 瞬態相乾光學效應
第11章 光學時間孤子
第12章 光學空間孤子
第13章 多光子激發過程和應用
第14章 非綫性電極化率的詳盡理論
附錄

前言/序言

　　“強光光學”或通常所稱的“非綫性光學”是一門隨著激光技術的齣現而發展起來的新興學科，它著重研究激光技術齣現後，人們通過強相乾光與物質間相互作用而陸續發現的一係列前所未知的光學現象和效應，包括它們的實驗錶現、物理解釋、理論描述以及技術應用。
　　1961年*一個非綫性光學效應——光學二次諧波的被發現，標誌著這一新興學科的誕生，至今這一學科已經曆瞭相當長的發展曆程。可以毫不誇張地說，到目前為止，人們對這一學科領域內有關光與物質相互作用規律的理解和知識，已經遠遠超過瞭激光技術齣現前幾百年所積纍的相關知識的總和。當今激光技術應用領域的諸多方麵，如光學相乾變頻、超短光脈衝技術、超高分辨光譜術、高速率長距離光縴通信、光信息存儲與處理等，均在不同程度上利用瞭非綫性光學的一些基本原理。
　　本書的兩位作者以前曾齣版過《強光光學及其應用》（劉頌豪與赫光生著，廣東科技齣版社，1995），以及Physicsof Nonlin，ear Optics（G。S。He＆S.H.Liu，World Scientific，2000）。這兩本書著重介紹瞭各種非綫性光學效應的基本物理原理、實驗現象特徵，以及它們的獨特技術應用等。本書則是作者在整閤與精煉上述兩本書的基礎上，著重補充和加強瞭有關近些年來的新發展和新成就的介紹，其中也包括瞭作者及其閤作者們多年來在非綫性光學這一學科領域的某些重要專題方麵（強光受激散射、光學相位共軛、多光子過程與應用等）所做齣的一些成果和貢獻。
　　從作者本身的寫作意願來說，力求能做到體係完整、立論嚴謹、理論與實驗並重，以及圖文並茂。至於本書齣版後是否能夠達到上述要求，則需要經過讀者和時間的檢驗。本書采用國際單位製（SI）。
　　作者感謝中國科學院科學齣版基金對本書齣版的資助，此外，在本書的成書和定稿過程中，承濛崔一平教授、王慧田教授、鄭慶東研究員、瀋宇震研究員、呂昌貴副教授、硃菁博士、蔡紅星副教授、郭邦紅博士等給予的支持和幫助，作者謹嚮他們錶示誠摯的謝意。最後，作者感謝王飛龍先生對本書初稿成型和劉鳳娟女士對本書最後定稿所做齣的貢獻。

光學與光子學叢書：微納光學與超材料 叢書編委： [此處可列舉多位知名光學、物理學、材料學領域的專傢教授姓名及所屬機構] 本書主編： [此處列舉本書主編姓名及機構] --- 內容提要 本書是“光學與光子學叢書”中的重要組成部分，專注於當前物理學和工程學領域最前沿的研究方嚮之一：微納光學與超材料。本書係統、深入地探討瞭在微米甚至納米尺度上調控光與物質相互作用的理論基礎、實驗技術以及新興應用。我們旨在為光子學、材料科學、微電子學以及信息技術等領域的科研人員、研究生和高級工程師提供一本內容詳實、理論嚴謹且兼具前瞻性的參考專著。 本書突破瞭傳統幾何光學和波動光學的局限，重點聚焦於亞波長結構對光場的精確操控能力。我們將從基礎物理原理齣發，循序漸進地講解如何通過設計具有特定周期性或非周期性結構的介質材料，實現對光波前、相位、振幅和偏振態的任意調控，從而實現超越傳統光學器件的超常光場調控功能。 --- 第一部分：微納光學基礎理論 本部分為後續章節構建瞭堅實的理論框架，深入剖析瞭在微納尺度下描述光與物質相互作用的核心數學工具和物理概念。 第一章：電磁散射與亞波長結構基礎 1.1 麥剋斯韋方程組在多孔介質中的應用與數值方法概述（有限差分時域法FDTD、有限元法FEM、邊界元法BEM）。 1.2 錶麵等離激元極化激元（SPP）的理論基礎：德魯德模型與洛倫茲模型在金屬納米結構中的應用。 1.3 局域錶麵等離激元共振（LSPR）的特性、綫型與調控機製。 1.4 介質結構中的麥剋斯韋束縛態（MBS）與慢光效應。 1.5 散射理論的廣義擴展：T矩陣理論與多重散射模型在密集納米陣列中的應用。 第二章：光子晶體（Photonic Crystals）的能帶理論 2.1 周期性介質中的光波傳播：布洛赫定理在光子係統中的引入。 2.2 光子帶隙（PBG）的産生機理與拓撲結構分析。 2.3 2D和3D光子晶體的能帶結構計算與拓撲不變量概念。 2.4 光子晶體缺陷態與波導的構建。 2.5 等效介電常數模型與宏觀近似的適用性分析。 第三章：超材料的宏觀等效與廣義有效介質理論 3.1 從微觀結構到宏觀等效：有效介質理論（EMT）的局限性與發展。 3.2 負摺射率材料（Negative Index Materials, NIMs）的物理內涵與實現途徑。 3.3 張量介電常數與張量磁導率的引入：描述各嚮異性超材料。 3.4 變換光學（Transformation Optics）的幾何映射原理及其在光路設計的應用。 3.5 基於拉格朗日量和守恒定律的廣義有效參數提取方法。 --- 第二部分：關鍵微納光學結構與器件原理 本部分深入探討瞭實現超常光學現象的具體結構單元，並詳述瞭它們在光子器件中的集成原理。 第四章：金屬納米結構與等離激元學 4.1 鈀（Pd）與金（Au）納米顆粒的局域場增強效應（Hot Spots）。 4.2 錶麵等離激元波導（SPP Waveguides）的損耗分析與耦閤技術。 4.3 等離激元共振的敏感性：在傳感領域的應用。 4.4 錶麵增強拉曼散射（SERS）中的電磁增強機製。 4.5 介電結構中的“磁偶極子”激發與共振。 第五章：超錶麵（Metasurfaces）與平麵光學 5.1 超錶麵的基本單元：亞波長“超原子”的設計與功能化。 5.2 廣義斯涅爾定律：基於Huygens-Fresnel原理的超錶麵相位梯度調控。 5.3 幾何相位（Pancharatnam-Berry, PB）超錶麵：實現高效率偏振控製。 5.4 廣義梯度相位超錶麵：實現光束偏轉、聚焦和全息成像。 5.5 超錶麵器件的設計與製造挑戰：高精度圖案化技術。 第六章：拓撲光子學（Topological Photonics） 6.1 拓撲不變量在電子係統與光子係統中的映射關係。 6.2 量子霍爾效應（QHE）與拓撲絕緣體（TI）在光子晶體中的類比。 6.3 拓撲邊界態（Edge States）的無倒易失性傳播特性。 6.4 基於時間反演對稱性（TRS）的拓撲邊界態設計與實現。 6.5 拓撲光子器件：抗背散射的單嚮波導與環形腔。 --- 第三部分：先進技術與前沿應用 本部分聚焦於微納光學和超材料領域最新的研究熱點，特彆是涉及功能集成與動態調控的方麵。 第七章：動態與可重構光學係統 7.1 響應性介質：相變材料（如VO2, GST）在光控開關中的應用。 7.2 電緻調控：利用電場調控液晶、石墨烯等材料的介電特性。 7.3 機械形變可重構光學係統：應變工程對光場分布的影響。 7.4 頻率梳與非綫性光學在微納平颱上的集成。 第八章：集成光子學中的微納結構 8.1 矽基光子學（Silicon Photonics）平颱上的亞波長組件設計。 8.2 耦閤器與多路復用器：光柵耦閤器、模耦閤器與波分復用器（AWG）。 8.3 異質集成：將等離激元、光子晶體與矽基波導的有效接口技術。 8.4 光子集成電路（PICs）中的低損耗傳輸綫設計。 第九章：前沿應用展望 9.1 亞衍射極限成像：超分辨成像技術（STED, SIM, PETI）的超材料增強。 9.2 等離激元增強光譜學在生物傳感和化學分析中的前沿應用。 9.3 隱身與完美吸收體：廣義變換光學在電磁隱身鬥篷中的最新進展。 9.4 量子信息科學中的微納光子學：單光子源、單光子探測器的集成化。 9.5 仿生光學與光驅動：受自然界啓發的新型光功能器件設計。 --- 讀者對象與特色 本書內容涵蓋瞭從基礎理論到尖端應用的完整鏈條，理論推導詳盡，並輔以大量實例和計算結果，非常適閤以下讀者群： 1. 高校高年級本科生、研究生及青年科研工作者： 作為深入學習微納光學和超材料的專業教材或參考書。 2. 光電子與半導體行業工程師： 用於指導新型光器件的設計、仿真和製造。 3. 物理學、材料學、電子工程學交叉領域的研究人員： 瞭解如何利用結構設計實現對光波的顛覆性控製。 本書的特色在於：理論深度與工程實踐的緊密結閤，係統梳理瞭近年來（特彆是近十年）超錶麵、拓撲光子學等熱點領域取得的突破性進展，為讀者指明瞭未來研究的可能方嚮。全書采用統一的物理符號和嚴謹的數學錶述，力求全麵、準確地展現微納尺度下光與物質相互作用的豐富內涵。

評分☆☆☆☆☆

第四段：充滿激情的科普愛好者視角 最近沉迷於探索宇宙的奧秘，因此找到瞭一本關於天體光學望遠鏡原理的通俗讀物。這本書的文筆極其生動活潑，完全沒有學術著作那種令人望而卻步的架勢。作者巧妙地將摺射望遠鏡和反射望遠鏡的工作機製，與卡塞格林係統的巧妙設計結閤起來進行闡述。我尤其喜歡它對“視寜度”（Seeing）現象的解釋，那種對大氣湍流對圖像影響的描繪，讓我仿佛親眼看到瞭遙遠星係的光芒是如何在我們眼前“跳舞”的。這本書激發瞭我對天文觀測的濃厚興趣，讓我明白瞭為何建造更大的鏡子並不僅僅是尺寸上的增加，而是涉及到無數光學工程的智慧結晶。

評分☆☆☆☆☆

第二段：資深科研人員的專業點評 最近閱讀瞭一本關於經典電磁場理論的專著，它的深度和廣度確實令人印象深刻。作者對麥剋斯韋方程組的推導和解讀非常嚴謹，特彆是對邊界條件的處理，詳盡到幾乎無可挑剔的地步。書中對波導理論的分析尤為精彩，從模式的劃分到色散關係的討論，都展示瞭作者深厚的學術功底。最讓我贊賞的是，它不僅停留在理論層麵，還穿插瞭對實際應用場景的考量，比如微波器件的設計約束。對於已經掌握基礎知識，希望在理論深度上有所突破的研究者來說，這本書絕對能提供堅實的理論支撐。它的參考文獻列錶也非常詳實，指引瞭我很多後續的深入閱讀方嚮。

評分☆☆☆☆☆

第五段：對比其他學科的跨界學習者感悟 我本職工作是做材料科學研究的，最近嘗試跨界瞭解一下量子信息處理中的光子學基礎。因此，我閱讀瞭一本係統介紹量子光學概念的書籍。這本書的獨特之處在於，它並沒有將量子力學和經典光學割裂開來，而是通過單光子源、量子糾纏等前沿概念，自然地將兩者串聯起來。它對光子的量子態描述，特彆是對偏振和路徑的疊加態的講解，非常清晰有力。對於習慣於宏觀世界思維的我來說，理解這些微觀現象的數學描述確實是一個挑戰，但這本書的結構設計——先鋪墊經典光學，再引入量子概念——極大地降低瞭我的認知門檻。這本書無疑是連接傳統光學與未來量子技術的一座重要橋梁。

評分☆☆☆☆☆

第一段：初涉物理世界的新手視角 我剛開始接觸物理學的時候，最讓我感到睏惑的就是那些抽象的公式和理論，感覺遙不可及。偶然翻到一本介紹光學基礎知識的書，裏麵的圖文並茂的解釋簡直是我的救星。它從最基礎的光的傳播、反射、摺射講起，用非常直觀的方式闡述瞭惠更斯原理，讓我這個理科小白也能大緻明白光的波動性是怎麼迴事。書裏還配瞭很多生活中的例子，比如彩虹的形成、鏡子的原理，這些都能讓我很快地將抽象的知識點和現實聯係起來。雖然有些章節涉及到瞭更深入的幾何光學，但我感覺作者的行文非常耐心，一步步引導讀者理解，絲毫沒有因為讀者的基礎薄弱而感到不耐煩。這本書對於想入門光學領域的人來說，無疑是一本非常友好的嚮導。

評分☆☆☆☆☆

第三段：對應用技術領域感興趣的工程師的反饋 我主要關注的是半導體製造中的光刻技術，所以對光刻膠的性能和曝光係統的精度非常感興趣。我最近讀瞭一本著重介紹精密光學設計與公差分析的書籍。這本書的實用性非常強，它沒有過多糾纏於純粹的物理學基礎，而是直接切入到如何通過優化鏡片組的布局來控製像差。書裏詳細講解瞭MTF（調製傳遞函數）的計算和評估方法，這對於我們工程師來說是至關重要的質量指標。它提供的案例都是工業界常見的應用，比如高數值孔徑物鏡的設計挑戰。這本書更像是一本實戰手冊，而不是純理論教材，對於提升我解決實際光學係統問題的能力幫助巨大。