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出版者:机械工业出版社

作者:刘继平

出品人:

页数:130

译者:

出版时间:2003-1

价格:12.0

装帧:平装

isbn号码:9787111071358

丛书系列:

图书标签:

• 工业电子学
• 电子技术
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• 电力电子
• 自动化
• 电路分析
• 嵌入式系统

《现代光学与光子学导论》 内容提要 本书旨在为读者提供现代光学与光子学领域的全面而深入的导论。它不仅涵盖了经典光学的基础原理，如光的波动性、干涉、衍射和偏振，更深入探讨了激光、光纤通信、非线性光学、光电子学器件以及新兴的光学成像技术。全书结构严谨，理论阐述与工程应用紧密结合，力求使读者在掌握基本物理概念的同时，能够理解这些原理在现代高科技产业中的具体实现。 第一部分：经典光学基础与波动理论 第一章：光的本质与电磁波理论基础 本章首先回顾麦克斯韦方程组在真空及介质中的形式，建立起光作为电磁波的基本图像。重点讨论光的横波性质、坡印廷矢量（能量流密度）及其在光场分析中的重要性。随后，引入光的传播常数、波长、频率和波数等基本概念，并详细解析了光的偏振态（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）的数学描述及其琼斯矩阵的初步应用。本章为后续更复杂的波动现象奠定坚实的数学和物理基础。 第二章：几何光学：光线近似与成像原理 尽管本书侧重于波动光学，但几何光学作为工程设计的基础仍然不可或缺。本章从费马原理出发，推导了光线的反射定律和折射定律（斯涅尔定律）。系统地分析了球面和平面反射镜、透镜的基本成像原理，包括焦距、放大率和像差的定性描述。特别地，本章将详细分析理想成像系统（如照相机、显微镜和望远镜）的光学设计要素，并探讨光线追迹法在复杂多透镜系统中的应用。 第三章：干涉现象与应用 干涉是光波动性的核心体现。本章首先从光程差的概念入手，系统分析了杨氏双缝干涉、薄膜干涉（包括牛顿环和迈克尔逊干涉仪）的强度分布。随后，深入探讨了光程差的精确控制在测量学中的应用，如干涉测量术在精密位移测量和材料表面形貌分析中的关键作用。此外，本章还将介绍现代光刻技术中对干涉稳定性的严苛要求。 第四章：衍射现象与分辨率极限 衍射是光绕过障碍物或孔径时的传播现象。本章首先从夫琅和费衍射（单缝、圆孔、光栅）入手，解释了衍射图案的形成机制，并推导出光栅方程及其在光谱分析中的应用。接着，讨论了更复杂的圆孔衍射（泊松斑）以及人眼和望远镜的分辨率极限——瑞利判据。本章的重点在于理解衍射限制如何定义了所有基于光的成像和传感系统的基本性能边界。 第二部分：光的吸收、发射与量子光学 第五章：光的吸收、散射与物质相互作用 本部分转向光与物质相互作用的微观层面。本章详细阐述了光的吸收、自发辐射和受激辐射的基本机制，引入爱因斯坦的A、B系数。随后，深入分析了瑞利散射和米氏散射的物理机制，解释了天空呈蓝色的原因以及大气对光信号的影响。最后，对拉曼散射和布里渊散射进行了初步介绍，强调了它们在分子结构分析中的潜力。 第六章：激光原理与器件 激光（受激辐射光放大）是现代科技的基石之一。本章详细剖析了粒子数反转、光学谐振腔理论、泵浦效率和阈值功率等核心概念。对不同类型的激光器进行了分类比较，包括气体激光器（如He-Ne）、固体激光器（如Nd:YAG）和半导体激光器。本章的重点是理解激光的单色性、方向性和相干性是如何从量子力学和腔体设计中产生的。 第七章：半导体光电子学基础 本章聚焦于半导体材料中的光电转换过程。深入分析了半导体能带结构、吸收系数与发射效率的关系。详细介绍了光电二极管（PD）、光电倍增管（PMT）以及激光二极管（LD）的工作原理，包括载流子寿命、响应速度和量子效率的计算。这是理解光纤通信和光感应系统的关键基础。 第三部分：传播、调制与集成光子学 第八章：光的传播与导引：光纤光学 本章系统地讨论了光在介质中传播的现象，特别是全内反射原理在光纤中的应用。对阶跃型和渐变型光纤的结构、数值孔径和有效模场面积进行了精确分析。深入探讨了光纤中的损耗机制（吸收、散射）以及色散（模间色散、材料色散、波导色散）对信号带宽的限制。本章最后会介绍光纤的耦合效率和光纤放大器的工作原理。 第九章：光信号的调制与解调 为了实现信息传输，光波必须被调制。本章详细介绍了光的强度调制、相位调制和偏振调制技术。对直接调制和外调制器（如马赫-曾德尔调制器和电光效应调制器）的性能参数（如$V_pi$、消光比）进行了详细的对比分析。在解调部分，讨论了直接检测和相干检测方案的优劣。 第十, 十一章：非线性光学与现代成像技术 第十章：非线性光学现象 当光强度达到一定阈值时，物质的响应不再是线性的。本章详细分析了二次谐波产生（SHG）、倍频和和频产生（SFG）的物理机制。重点阐述了周期性极化反转（PPLN/PPLT）技术在高效频率转换中的应用，以及克尔效应在光纤通信中的重要性。 第十一章：先进光学成像与传感 本章展望了现代光学在图像获取和计量学中的前沿应用。内容涵盖了数字全息术的原理、计算层析成像（CT）的基本思路，以及光场相机（Light Field Camera）如何捕获场景的完整光信息。此外，还将简要介绍光学相干断层扫描（OCT）在生物医学成像中的应用，强调了相干性在成像深度和分辨率中的作用。 全书在每章末都附有总结性的思考题和推荐的进阶阅读材料，旨在促进读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。本书适合高等院校的物理学、电子工程、信息科学及材料科学等相关专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书使用。

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这本关于电路基础的书，简直是为初学者量身定制的入门指南。作者并没有上来就抛出一大堆复杂的公式和晦涩难懂的理论，而是用非常生活化的例子和清晰的逻辑，一步步引导读者理解电流、电压、电阻这些基本概念。我印象最深的是它对欧姆定律的讲解，图文并茂，甚至结合了水流的比喻，让人一下子就抓住了核心要点。书中对常用元器件的介绍也非常到位，比如电阻、电容、电感，不仅解释了它们的功能，还配有实物图和电路符号，确保读者能迅速将其与实际电路板上的元件对应起来。更难能可贵的是，作者非常注重实践操作的指导。书的后半部分专门辟出章节，详细介绍了如何使用万用表进行测量，从基础的电压测量到更高级的电阻档位选择，每一步都写得极为细致，甚至连读数时需要注意的精度问题都有提及。读完这部分内容，我感觉自己不再是那个面对电路板一筹莫展的门外汉，而是有了一定的动手能力。对于那些想从零开始学习电子技术，又害怕被枯燥理论吓退的人来说，这本书绝对是开启电子世界大门的钥匙。它成功地将一个看似高深的领域，变得亲切而易于上手，极大地增强了我的学习信心。

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这本书给我的整体感受是，它更像是一本充满实战经验的“工具箱”，而不是冷冰冰的学术专著。它的价值在于那些穿插在理论讲解中的“经验之谈”和“陷阱提示”。例如，在讨论电源设计时，书中特别强调了滤波电容的选择不仅要看容量，更要关注其等效串联电阻（ESR）对高频噪声的影响，这一点在很多标准教材中往往是一笔带过，但实际工程中却是至关重要的。再比如，在讲解PCB布局布线时，作者详细分析了“地线回路”和“交叉干扰”的危害，甚至配有“好”与“坏”的布局对比图，这对于设计新手来说，是避免走弯路的金玉良言。书中还穿插了不少对经典电路故障的案例分析，比如振荡电路为何会停止工作、放大器输出失真如何判断是截止失真还是交越失真等。这些内容极大地提升了这本书的实用价值，让我感觉作者是一位真正经历过无数次设计、调试和失败的老工程师。它不仅教你“怎么做”，更教你“为什么不能那样做”，这种对细节的关注和工程视角的融入，是这本书最大的亮点所在。

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我个人对这本书在信号处理和数字逻辑部分的处理方式印象尤为深刻。它并没有将模拟和数字电子学割裂开来，而是巧妙地通过模数转换（ADC）和数模转换（DAC）这两个桥梁将两者有机地结合起来。关于ADC的章节，对采样定理（奈奎斯特频率）的解释非常直观，并详细对比了逐次逼近式、双积分式等不同ADC架构的工作原理和各自的优缺点，这对于理解现代数据采集系统至关重要。而在数字部分，作者没有陷入到晦涩的布尔代数证明中，而是着重于CMOS反相器的特性分析，解释了为什么CMOS技术能够实现极低的静态功耗。通过对传输门和锁存器的结构分析，读者可以清晰地理解D触发器是如何构建的，以及时序逻辑电路是如何工作的。最让我惊喜的是，书中还涉及了简单的FPGA编程概念，用硬件描述语言（HDL）的思维来描述电路，这显示出作者对技术前沿的关注。这本书成功地平衡了基础理论的深度和面向现代系统设计的广度，让人在掌握经典知识的同时，不至于脱离当前电子领域的发展方向。

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这本书的排版和插图设计，可以说是精心雕琢的艺术品，这极大地缓解了阅读技术书籍的枯燥感。它的字体选择适中，行距宽松，使得长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。特别值得称赞的是，全书的插图质量极高，不再是那种粗糙的线条图。电路图采用了统一、清晰的风格，关键节点和信号流向都用不同的颜色或粗细线进行了强调，即便是复杂的集成电路内部结构图，也能做到一目了然。更重要的是，那些概念图和流程图的设计极其巧妙，它们不是简单地复制书本文字的逻辑，而是用视觉化的方式对抽象概念进行了提炼和重构。比如，在解释滤波器特性时，不仅有S域的波德图，还有实际时间响应的对比图，两者并行展示，使得理论理解和实际效果的关联性大大增强。这种对视觉传达的重视，体现了作者对读者体验的深度关怀。对于我这种视觉学习者来说，一本图文并茂、设计精美的技术书，其学习效率和兴趣保持度，远胜过那些只有密密麻麻文字的书籍。可以说，这本书的物理呈现本身就是一种高水准的技术教学辅助。

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我得说，这本书在系统性和深度上，远远超出了我阅读过的许多同类教材。它并非只停留在基础概念的讲解上，而是迅速将读者带入到更复杂的电路分析领域。尤其在对晶体管（BJT和FET）的分析部分，简直是教科书级别的严谨。作者没有采用那种简单的“记住这个公式”的教学方式，而是深入剖析了半导体器件的物理工作原理，解释了PN结是如何形成，以及在外加电压下载流子如何迁移，最终实现电流控制。这种追本溯源的讲解方式，让我对“开关”和“放大”这两个核心功能有了全新的认识。当我看到它用图形化方式展示不同偏置电路对晶体管工作点的影响时，我立刻明白了为什么有些电路设计出来会不稳定。此外，书中对反馈理论的阐述也非常精彩，无论是正反馈还是负反馈，都给出了详细的数学模型和实际应用案例，比如在运算放大器（Op-Amp）中的应用，清晰地展示了如何通过负反馈来稳定和精确地控制信号增益。这本书显然是面向希望深入理解电子系统内部机制的工程师或高级学生，它要求读者具备一定的微积分基础，但带来的知识回报是巨大的，它提供的知识结构是完整且逻辑自洽的。

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