电磁场与电磁波 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:冯林

出品人:

页数:292

译者:

出版时间:2004-6-1

价格:26.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111141358

丛书系列:

图书标签:

• 电磁场
• 电磁波
• 物理学
• 电磁学
• 大学教材
• 理工科
• 高等教育
• 电动力学
• 麦克斯韦方程
• 信号与系统

《光影流转：光学原理与应用探索》 内容概要： 本书深入剖析了经典光学与现代光电子学的核心理论，旨在为读者构建一个全面、系统的光学知识框架。我们从光的基本性质——波动性与粒子性——出发，系统阐述了光的传播、干涉、衍射和偏振等现象的物理机制。随后，将理论知识与实际应用紧密结合，详细介绍了精密光学元件的设计、制造工艺，以及现代光学技术在信息传输、精密测量和生物医学成像等前沿领域的突破性进展。 --- 第一章：光的本源与基本性质 1.1 光的波粒二象性：跨越经典与量子的鸿沟 本章首先回归光学研究的基石——光的本质。我们将回顾历史上关于光的本质之争，从惠更斯的光的波动理论到牛顿的微粒说，直至爱因斯坦的光量子假说。重点在于理解在不同尺度和能量水平下，光如何表现出波的特性（如干涉、衍射）和粒子的特性（如光电效应、康普顿散射）。 光速的测定与相对论基础： 讨论现代物理学中光速的确定方法及其在狭义相对论中的核心地位。 光子能量与频率关系： 阐释普朗克关系式 $E=hf$ 在理解光与物质相互作用中的关键作用。 1.2 几何光学：光线的路径与成像 在宏观尺度下，几何光学依然是理解成像系统的基础。本章详细推导了费马原理，并基于此原理构建了光的传播模型。 光的反射与折射定律： 深入分析斯涅尔定律的物理意义，并引入折射率的介质依赖性。 平面与球面反射镜成像： 运用高斯公式（或牛顿公式）分析理想反射镜的成像特性，讨论像差的初步概念。 透镜成像系统： 详细分析单薄透镜和厚透镜的成像原理，重点讨论放大率、焦距的确定以及像点偏移的几何解释。 1.3 波动光学：光的叠加与干涉现象 波动光学是理解光场分布、色彩产生以及精密测量的关键。本章聚焦于光波的叠加原理。 惠更斯-菲涅尔原理： 作为衍射和干涉的理论基础，本节将详细介绍其数学表述和物理意义。 双缝干涉实验的精细分析： 从夫琅禾费衍射的理想条件出发，推导明暗条纹的条件，并分析不同参数（如缝宽、间距、波长）对干涉图样的影响。 迈克尔逊干涉仪： 阐述该仪器在测量光程差、确定光谱结构上的经典应用和技术细节。 --- 第二章：光的调制与传播 2.1 偏振光：光波的横向属性 光的偏振态是其电场矢量振动方向的体现。本章深入探讨了偏振现象的产生机理及其在信息技术中的重要性。 马吕斯定律与布鲁斯特角： 结合反射和折射过程，推导特定角度下光波的完全偏振条件。 偏振片的运用： 分析线偏振片、圆偏振片和椭圆偏振片的工作原理，并讨论三偏振片组合对光强度的调制作用。 双折射现象： 介绍晶体内部的光学各向异性，如方解石中的双折射现象，并解释波片（如四分之一波片）如何改变光的偏振态。 2.2 衍射现象与空间分辨率 衍射是光波绕过障碍物或孔径边缘时传播方向发生偏离的现象，它直接决定了光学系统的分辨率极限。 单缝与圆孔衍射： 详细分析夫琅禾费衍射的数学模型，明确衍射级次与零级光斑宽度之间的关系。 光栅衍射： 介绍平面衍射光栅的结构和原理，推导其色散公式，并阐述其在光谱分析中的核心地位。 衍射极限与阿贝分辨判据： 讨论任何光学仪器（如显微镜和望远镜）所面临的空间分辨率极限，这是微观成像和天文观测的根本制约因素。 2.3 介质中的光传播与损耗 本章关注光波在实际材料（如玻璃、空气、半导体）中传播时的行为。 电磁场与物质的相互作用： 从麦克斯韦方程组在介质中的形式出发，导出光的传播常数、相位速度和群速度的概念。 吸收、散射与衰减： 分析光在介质中传播时能量的损失机制，包括瑞利散射和米氏散射的物理模型。 --- 第三章：现代光学系统与光电子器件 3.1 几何像差的修正与系统优化 在设计高精度光学仪器时，必须解决由球面或非球面引起的像差问题。 五大几何像差： 详细分析球差、彗差、像散、场曲和畸变这五种主要像差的成因、表现形式及其对成像质量的影响。 像差的校正方法： 介绍通过组合不同曲率和材质的透镜、引入非球面技术来平衡和消除像差的工程实践。 3.2 激光原理与特性 激光作为一种高度相干、单色的光源，是现代光学应用的核心驱动力。 受激辐射的机制： 阐述受激发射、自发辐射和吸收之间的关系，以及粒子数反转的必要性。 激光器结构与工作模式： 介绍谐振腔、增益介质和泵浦源的基本组成，并分析连续波（CW）和脉冲激光的工作特性。 3.3 光纤通信与导波原理 光纤作为信息高速公路的载体，其理论基础是全内反射和导波机制。 光纤结构与参数： 介绍单模光纤和多模光纤的结构差异，重点分析数值孔径（NA）和截止波长对导光模式的影响。 损耗、色散与非线性效应： 讨论光纤通信中限制传输距离和速率的关键因素，包括材料吸收、模间/材料色散，以及高功率传输中的拉曼散射等。 3.4 光电子器件基础 本部分将目光投向半导体光电子学，介绍光与电信号转换的器件。 光电探测器： 阐述光电二极管、光电倍增管的工作原理，以及它们在光信号接收中的响应速度和灵敏度。 发光二极管（LED）与半导体激光器： 比较两者的发光机制（自发辐射与受激辐射），及其在显示技术和光互连中的应用差异。 --- 第四章：光学成像与测量的前沿应用 4.1 显微成像技术的新进展 突破衍射极限是现代显微科学追求的核心目标。 衍射受限显微镜： 回顾阿贝衍射极限的严格性，并介绍超越传统光学显微镜分辨率的策略，如STED、PALM/STORM等超分辨技术的基本原理。 共聚焦显微镜： 详细解释共聚焦成像如何通过空间滤波实现三维层析成像，以及其在活体细胞观察中的优势。 4.2 现代光学测量技术 光学方法因其非接触、高灵敏度的特性，在工程测量中占据重要地位。 全息术原理： 介绍全息记录和再现光的原理，区分振幅全息图与相位全息图，并讨论数字全息技术在三维数据采集中的潜力。 干涉测量在高精度检测中的应用： 从傅里叶变换光谱仪到轮廓测量仪，阐释如何利用相位信息实现纳米级的形貌检测。 4.3 光学在生物医学中的应用 光学与生物学的交叉领域正经历快速发展。 光学相干层析成像（OCT）： 类比超声成像，解释OCT如何利用低相干光的干涉原理，实现对软组织的高分辨率深度剖面成像。 光动力疗法（PDT）基础： 简要介绍激光与光敏剂结合在靶向治疗中的基本流程和物理化学基础。 --- 结语： 《光影流转：光学原理与应用探索》力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间架起桥梁，引导读者不仅理解光“如何”表现，更要理解其背后的“为什么”。全书内容覆盖从基础的几何光线追踪到复杂的量子光电效应，是致力于光学工程、物理学、信息科学及相关领域研究与实践的专业人士不可或缺的参考资料。

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这本书的装帧设计非常讲究，封面采用了深邃的墨绿色搭配烫金字体，给人一种沉稳而又充满知识分量的感觉。内页纸张质地细腻，印刷清晰，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。排版上，作者显然花了不少心思，图文并茂的布局使得复杂的理论公式不再显得那么枯燥乏味。特别是那些示意图，线条流畅，逻辑清晰，即便是初次接触这个领域的读者，也能通过这些图示迅速捕捉到物理概念的核心。书的开本适中，方便携带，无论是放在书包里通勤时翻阅，还是在图书馆静心研读，都极为顺手。细节之处见真章，例如书脊的装订牢固，翻开时不会出现书页松动的情况，这对于一本需要经常翻查参考的专业书籍来说，简直是福音。总而言之，从拿到手的瞬间起，这本书就传递出一种专业、严谨且对读者体验极为友好的信号，让人忍不住想要立刻沉浸其中。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像传统的教科书那样板着脸孔，充满了公式和定理的堆砌。相反，它读起来更像是一位经验极其丰富的前辈，在深夜的实验室里，用他沙哑但充满热情的嗓音，向你娓娓道来物理世界的奥秘。语言的张力把握得恰到好处，既保持了科学的严谨性，又融入了对物理现象本身美感的赞叹。比如，在讨论“趋肤效应”时，作者没有止步于高中物理的简单电阻增加，而是深入剖析了高频电流如何在导体内部形成复杂的涡流结构，并用极富画面感的描述，勾勒出电流密度在横截面上呈指数衰减的景象，让人仿佛能“看见”那些在表皮下快速振荡的电荷。这种将冰冷的数学模型赋予生命力的叙述能力，是这本书最宝贵的财富之一。

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如果以工程应用的角度来看这本书的价值，那么它无疑是超乎预期的。我原本以为这只是一本偏重理论基础的著作，但事实证明，作者对实际工程问题的关注度极高。书的后半部分，对“传输线理论”的阐述，简直就是一本微波工程的入门指南。从史密斯圆图的绘制原理，到阻抗匹配网络的具体设计步骤，每一步都提供了详尽的案例分析，甚至连软件仿真中常见的收敛性问题，作者都有所提及，并给出了实用的调试建议。特别是关于“电磁兼容性（EMC）”的章节，它不再是空泛的原则罗列，而是直接指向了PCB设计中的关键痛点，比如地线的规划、屏蔽层的有效性判断等，这些都是我在实际工作中经常遇到的棘手问题，这本书提供的解决方案，简直是“雪中送炭”。

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从知识体系的构建来看，这本书的逻辑层次感极其分明，它采用了螺旋上升的结构，而非简单的线性推进。第一章建立基础框架，第二章引入矢量微积分工具，随后在各个应用章节中，作者会时不时地回溯到第一、二章的基本概念，用新的视角去重新审视和深化理解。这种设计的好处在于，它极大地避免了知识的碎片化。例如，当我们在讨论波导管的截止频率时，作者会巧妙地将之前在静电场部分推导出的泊松方程的解法重新引入，强调了本征值问题的普适性。这种跨章节的知识串联，使得读者在学习新内容时，能够自然而然地巩固旧知识，形成一个坚不可摧的知识网络。读完之后，你会感觉自己对整个物理领域的基础原理有了更深刻、更融会贯通的认识，而不仅仅是记住了一些孤立的公式。

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我花了整整一个周末的时间，试图去理解书中对于“波动方程”推导过程的论述，说实话，一开始感到有些吃力，但作者的处理方式非常巧妙。他并没有直接跳跃到最终的矢量形式，而是先从麦克斯韦方程组的基础概念入手，一步步地利用微分算子进行展开和组合。其中，对“散度和旋度的物理意义”的阐释，简直是画龙点睛之笔。很多教材往往只是简单地给出数学定义，但这本书的作者却用深入浅出的语言，结合现实世界中的流体动力学类比，让抽象的场量瞬间变得具象化。我尤其欣赏他在处理边界条件时所采用的“镜像法”，这种几何直观的解题思路，极大地简化了复杂的积分运算过程，使得原本令人望而生畏的解析解法变得触手可及，这对于提升解题的信心绝对是巨大的助力。

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