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出版者:化学工业出版社

作者:陈明旦

出品人:

页数:295

译者:

出版时间:2010-7

价格:34.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502574307

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 化学信息学
• 药物设计
• 分子建模
• 数据挖掘
• 机器学习
• 化学数据库
• 虚拟筛选
• QSAR
• 生物信息学
• 计算化学

现代物理光学：原理、应用与前沿探索 本书聚焦于经典与现代物理光学的基础理论、关键实验技术以及在当代科学与工程领域中的广泛应用。 本书旨在为物理学、光学工程、材料科学等相关专业的学生、研究人员和专业技术人员提供一本全面、深入且具有前瞻性的参考资料。 --- 第一部分：光的基础与波动光学 本部分系统回顾了光的本质——从早期微粒说的争论到最终确立的电磁波理论。我们将深入探讨光的传播特性、性质以及其在介质中的行为。 第一章：电磁波理论与光的本质 本章首先从麦克斯韦方程组出发，推导出自由空间和各向同性均匀介质中光波的传播方程。详细阐述了电磁波的横波特性、坡印廷矢量（Poynting Vector）及其物理意义，即能量的传输方向与大小。讨论了光波的频率、波长、波数与光速之间的关系，并引入了光子的概念，为后续的量子光学打下基础。重点剖析了光的色散（Dispersion）现象，区分了正常色散与反常色散，并介绍了不同材料（如玻璃、水）的色散关系模型。 第二章：光的干涉现象 本章深入研究了光的叠加原理，这是理解波动光学的核心。详细分析了双缝干涉（Young's Experiment）的定量理论，包括干涉条纹的强度分布函数（艾里斑的理论描述）。随后，扩展到多光束干涉，重点讨论了法布里-珀罗（Fabry-Perot, F-P）干涉仪的原理、透射率曲线及其在光谱分析中的应用。讨论了薄膜干涉，包括反射与透射的相位变化，并解释了增透膜和高反射膜的设计基础。 第三章：光的衍射现象 衍射是光波绕过障碍物或孔径边缘时传播方向偏离直线传播的现象。本章首先分析了夫琅禾费衍射（Fraunhofer Diffraction），包括单缝衍射、圆孔衍射（艾里斑的精确推导）和光栅衍射。通过傅里叶光学理论，将衍射视为一种空间频率的滤波过程。紧接着，深入研究了菲涅耳衍射（Fresnel Diffraction），特别是半波带法（Huygens-Fresnel Principle）在计算近场衍射时的应用，并介绍了惠更斯-菲涅耳原理的数学形式。 第四章：光的偏振与散射 本章探讨光的横波特性在偏振现象中的体现。系统介绍了光的各种偏振态：自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。通过琼斯矩阵（Jones Calculus）和穆勒矩阵（Mueller Calculus）对偏振态的数学描述和转换进行详尽分析。讨论了马吕斯定律（Malus's Law）在偏振光通过偏振片时的应用，以及菲涅尔方程在界面反射与折射中的作用。此外，本章还详细阐述了光的散射现象，包括瑞利散射（Rayleigh Scattering，解释天空呈蓝色的原因）和米氏散射（Mie Scattering），并简要介绍了拉曼散射（Raman Scattering）在分子结构分析中的意义。 --- 第二部分：几何光学与光学系统设计 本部分将波动光学理论暂时搁置，回归到将光视为射线并进行系统设计和成像分析的几何光学框架。 第五章：几何光学的基本定律与成像 本章从费马原理出发，推导出光的直线传播定律、反射定律和折射定律（斯涅耳定律）。重点分析了成像过程，包括物像关系、放大率的计算。详细研究了理想光学元件——平面镜、球面镜和薄透镜——的成像特性。引入了眼睛和简单放大镜的工作原理。 第六章：像差理论与校正 真实光学系统不可避免地存在像差，本章是光学设计中的关键部分。系统性地分类和分析了主要的几何像差：球差（Spherical Aberration）、彗差（Coma）、像散（Astigmatism）、场曲（Curvature of Field）和畸变（Distortion）。对每个像差的产生机理、数学表达式和对成像质量的影响进行了深入剖析。随后，介绍了通过组合镜面、改变曲率或使用非球面元件来校正像差的初步方法。 第七章：现代光学仪器与系统 本章将理论应用于实际系统。详细分析了复合光学仪器的结构和性能指标，包括： 1. 显微镜系统： 复式显微镜的放大率计算、数值孔径（NA）的意义及其对分辨率的影响。 2. 望远系统： 折射式和反射式望远镜的结构（如开普勒、开普勒-史密斯、卡塞格林系统）及其在不同应用场景下的优劣。 3. 光瞳与光束限制： 入瞳（Entrance Pupil）、出瞳（Exit Pupil）的定义及其对系统视场和亮度的控制作用。 --- 第三部分：量子光学基础与前沿现象 本部分将物理光学与现代物理学相结合，探讨光与物质相互作用的微观层面，并介绍前沿技术。 第八章：光的量子性质与光物质相互作用 本章追溯光电效应、康普顿散射等实验对光的量子化理论的支撑。深入阐述了光与原子、分子的相互作用：吸收、自发辐射和受激辐射的概率。详细介绍了爱因斯坦的A、B系数。这是理解激光原理的理论基石。 第九章：激光原理与技术 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是20世纪最伟大的发明之一。本章从粒子数反转、激光谐振腔设计（腔模、稳定性判据）入手，构建了激光器的完整物理模型。深入分析了不同类型的激光器（如气体激光器、半导体激光器、光纤激光器）的工作特性和输出模式。重点讨论了激光的关键参数：相干性（时间相干性与空间相干性）、单色性、准直性。 第十章：非线性光学导论 当光场强度足够高时，物质的响应不再是线性的，非线性光学现象变得显著。本章介绍了电磁场与极化强度之间的非线性关系（P的级数展开）。详细分析了几个关键的二阶非线性过程： 1. 倍频（Second Harmonic Generation, SHG）： 频率加倍的原理与相位匹配（Phase Matching）技术。 2. 和频产生（Sum Frequency Generation, SFG）与差频产生（Difference Frequency Generation, DFG）。 3. 简要介绍三阶非线性效应，如自聚焦（Self-focusing）和克尔效应。 --- 附录与扩展阅读 附录部分提供了进行光学计算所需的重要数学工具，包括傅里叶变换在光学中的应用、矩阵光学（光线追迹的矩阵方法）以及常用光学材料的折射率数据表。 目标读者将通过本书，不仅掌握经典光学严谨的数学框架，更能理解现代光学现象的量子本质，并具备分析和设计复杂光学系统的基础能力。

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阅读完这本书的导论部分，我立刻产生了一种豁然开朗的感觉。原以为化学信息学是一个高度依赖计算机编程和复杂算法的“硬核”学科，需要扎实的数学和统计学背景才能入门，但这本书巧妙地构建了一个知识的“缓冲带”。作者非常擅长用类比和比喻来解释复杂的概念。比如，他将化合物的结构描述比作一个DNA序列，将数据库的构建比作建立一个庞大而精密的图书馆，而信息学的任务，就是教会我们如何快速地从这座图书馆中检索到那本“救命稻草”——具有特定功能的分子。这种叙述方式极大地降低了初学者的心理门槛，使得那些原本让人望而却步的图论、拓扑学概念，在具体的化学背景下变得生动起来。全书的行文节奏把握得恰到好处，不会让人感到拖沓，也不会因为信息量过大而产生阅读疲劳。每当引入一个新的工具或方法论时，作者总会贴心地附上一个小小的“历史回顾”，介绍它是如何从最初的设想一步步发展至今的，这种对知识演进历程的尊重和呈现，让读者不仅学会了“是什么”，更理解了“为什么会是这样”。

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这本书的文字风格，与其说是学术论述，不如说更像是一场与领域内资深专家的深度对话。作者的语言充满了一种老派学者的沉稳与洞察力，但又不失现代研究者的敏锐和前瞻性。他对现有技术的局限性和未来研究的潜在方向，都有着独到且中肯的评价。比如，在讨论到基于密集的量子化学计算来进行大规模分子筛选时，作者没有一味地赞美其精确性，而是坦率地指出了其高昂的计算成本和时间消耗，并巧妙地引出了模型预测的必要性和可行性。这种客观且辩证的分析态度，是我在许多同类著作中很少见到的。更值得称赞的是，书中对数据质量和偏差的强调，作者反复告诫读者：“垃圾进，垃圾出”，提醒我们任何高级算法都无法弥补输入数据本身的缺陷。这种对科学诚信和严谨性的坚持，不仅提升了本书的权威性，更潜移默化地影响着读者的科学观。

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这本书的编排结构，简直就是一本教科书级别的范本，它体现了作者对化学信息学这个交叉学科深刻的理解。它不是简单地堆砌算法和公式，而是精心设计了一条从基础到高级的、循序渐进的学习路径。开篇对化学信息学的基本概念和历史脉络的梳理，为后续的深入探讨打下了坚实的基础。随后，它花费了大量篇幅讲解如何对化学数据进行标准化处理和表示，这是信息学应用的前提，作者对SMILES、InChI等标准编码格式的讲解细致入微，甚至连编码规则中的细微差别都考虑进去了，显示出极高的专业素养。最精彩的部分在于对化学信息检索系统的介绍，作者没有停留在概念层面，而是深入探讨了不同检索策略（如子结构检索、相似性检索）背后的计算复杂度和效率权衡。这种对底层逻辑的剖析，使得读者在实际应用中，能够根据具体需求选择最恰当的技术，而不是盲目地套用公式。读到这些地方，我常常停下来，反思自己过去在做实验时，如果能早点接触到这些系统化的工具和思维方式，效率可能会提高多少倍。

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我必须承认，这本书在某些章节的阅读体验是充满挑战的，但这种挑战恰恰是其价值所在。比如，涉及到图神经网络在分子表示学习中的应用时，虽然作者力求简化，但涉及到矩阵运算和高维空间映射时，我还是需要借助外部资源进行反复的理解和消化。然而，正是这种“硬骨头”，激发了我更深层次的学习欲望。作者没有将我们视为被动的知识接收者，而是将我们定位为主动的探索者，他提供的是探索的地图和指南针，但真正穿越密林的路，还需要我们自己用思考去开辟。书中后半部分关于知识图谱在化学发现中的应用案例，尤其令人振奋。它描绘了一幅宏伟的蓝图：未来的化学研究将不再是孤立的实验和理论的碰撞，而是一个由海量信息、智能算法和人类智慧紧密编织的网络。这本书，与其说是一本关于“化学信息学”的书，不如说是一扇通往未来化学研究范式的、无可替代的窗口。

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这本书的封面设计得非常别致，深蓝色的底色上点缀着跃动的分子结构图，视觉冲击力很强，让人一眼就能感受到它蕴含的深邃与严谨。我原本对“信息学”这个词汇抱有一定的距离感，总觉得是晦涩难懂的抽象概念，但翻开这本书的扉页后，我的顾虑立刻烟消云散了。作者的叙事风格极其平易近人，仿佛一位经验丰富的向导，正带着初入迷宫的旅人，一步步清晰地勾勒出整个领域的宏伟蓝图。他没有一开始就抛出那些佶屈聱牙的专业术语，而是从化学研究中遇到的实际问题入手，比如如何高效地筛选药物先导化合物，如何预测化合物的理化性质，这些都是化学家们日常工作中头疼不已的“老大难”。书中对这些问题的梳理脉络清晰，逻辑性极强，让人很容易跟上作者的思路。尤其让我印象深刻的是，他对数据挖掘和机器学习在化学领域应用的阐述，没有停留在理论的层面，而是穿插了大量的、看似不经意的行业案例，这些案例的细节描述得非常到位，让我真切地感受到了前沿科技如何精准地作用于化学实验的每一个环节，那种将冰冷的数据转化为鲜活的化学洞察力的过程，实在是太迷人了。

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