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出版者:机械工业

作者:郁道银 编

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2007-6

价格:34.00元

装帧:

isbn号码:9787111212928

丛书系列:

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探索光的世界：从基础原理到前沿应用 光，作为宇宙中最基本、最神秘的能量载体之一，其奥秘贯穿了我们对世界的认知和科技的进步。从古人仰望星空，到现代科学家利用光进行癌症治疗，光的探索从未止步。本书并非一本教科书，而是一次沉浸式的光的世界的探索之旅，旨在为对光及其应用感兴趣的读者提供一个广阔的视野。我们将从光的本质出发，逐步深入到其丰富多样的现象，并最终触及光在各个领域的前沿应用，让你深刻理解光如何塑造我们的生活，以及它未来的无限可能。 第一章：光的本质——粒子还是波？一场跨越世纪的辩论 在踏入光的奇妙旅程之前，我们有必要先理解“光究竟是什么？”这个问题。这并非一个简单的哲学提问，而是物理学史上的一场伟大探索，也是本书理解一切的基础。我们将追溯历史，从牛顿的微粒说，到惠更斯和杨的双缝干涉实验所揭示的光的波动性。你将了解到，光既可以表现出粒子般的离散特性，如光电效应中的光子，又能展现出如同水波一般的干涉和衍射现象。我们将深入浅出地介绍量子力学中的波粒二象性概念，让你理解光这种奇特的“双重性格”，是如何被现代物理学所解释的。 光的粒子性： 探索光量子的概念，理解光子作为基本粒子如何携带能量和动量。我们将以光电效应为例，解释光子与物质相互作用的机制，以及它在太阳能电池等技术中的应用。 光的波动性： 深入解析光的干涉和衍射现象。你将学习到，当光波遇到障碍物或通过狭缝时，如何产生明暗相间的条纹，这不仅是理解全息术的基础，也解释了为什么我们能看到彩虹般的色彩。 波粒二象性的哲学意义： 探讨波粒二象性对我们理解物质世界的基本观念带来的冲击，以及它如何挑战我们直观的经验。 第二章：光的传播与相互作用——光如何与我们周围的世界对话 理解了光的本质，我们下一步将关注光是如何在空间中传播，以及它如何与物质发生各种各样的相互作用。这包括了我们日常生活中最直观的光学现象，如反射、折射，以及更复杂的散射和吸收。 反射与折射： 从平面镜到曲面镜，再到棱镜和透镜，我们将详细阐述光的反射和折射定律，并解释这些原理如何应用于各种光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等。你将理解为什么我们看到的物体有时会变形，以及透镜如何聚焦光线形成清晰的图像。 光的色散： 探索白光为何会分解成七彩光谱的奥秘。我们将介绍棱镜的色散作用，以及不同颜色的光在介质中传播速度不同的原因。这一现象不仅解释了彩虹的形成，也对光谱分析技术至关重要。 光的散射： 理解光为何会散射，以及散射的强度与波长之间的关系。我们将解释为什么天空是蓝色的，而日落时天空会呈现出红色。此外，散射在医学成像、大气科学等领域也扮演着重要角色。 光的吸收： 探讨物质如何吸收不同波长的光，从而呈现出不同的颜色。我们将介绍吸收光谱和透射光谱的概念，以及它们在化学分析、材料科学等领域的应用。 第三章：光与人眼——揭开视觉的奥秘 光之所以如此重要，很大程度上是因为它构成了我们感知世界的主要途径——视觉。本章将带领你深入了解人眼这个精密的“光学仪器”，以及光线是如何在大脑中转化为我们所见的丰富多彩的世界。 人眼的光学结构： 从角膜、晶状体到视网膜，我们将解析人眼各个组成部分的功能，以及它们如何协同工作，将外界的光线聚焦并在视网膜上形成清晰的图像。 视网膜的光学信号转换： 介绍视网膜上的视锥细胞和视杆细胞，以及它们如何将光信号转化为电信号。你将了解到，我们如何感知颜色、明暗以及细微的形状变化。 视觉感知与大脑处理： 探讨光信号是如何通过视神经传递到大脑，并在大脑皮层经过复杂的处理，最终形成我们所理解的“看到”的概念。我们将简要提及视觉错觉，以及大脑如何“填充”和“解读”信息。 与视觉相关的光学缺陷： 简单介绍近视、远视、散光等常见的屈光不正，以及它们是如何影响人眼对光的聚焦能力，并简述现代矫正方法。 第四章：光与现代科技——无处不在的光学应用 如今，光已经渗透到我们生活的方方面面，成为现代科技发展的强大驱动力。本章将为你呈现光在各个领域的令人惊叹的应用，从日常生活到尖端科技，你会惊叹于光的力量。 信息时代的光： 光纤通信： 介绍光纤通信的基本原理，为何光纤能够以极高的速度传输海量信息，以及它如何改变了我们获取和分享信息的方式。 激光技术： 探索激光的独特性质（单色性、方向性、相干性），以及它在光盘播放器、条形码扫描仪、激光打印机、工业切割和焊接等领域的广泛应用。 显示技术： 从液晶显示（LCD）到有机发光二极管（OLED），再到未来的全息显示，我们将简要介绍现代显示技术的原理，以及它们如何让我们“看见”数字世界。 医疗健康的光： 医学成像： 介绍X射线、CT扫描、核磁共振（MRI）等成像技术背后的光学原理（尽管MRI不直接用光，但与电磁波谱相关，我们将其作为成像技术的一部分介绍），以及它们在疾病诊断中的关键作用。 激光手术与治疗： 探讨激光在眼科手术（如近视矫正）、皮肤治疗、甚至癌症治疗中的应用，以及它们如何实现精准、微创的治疗。 光动力疗法（PDT）： 介绍PDT如何利用光激活药物来杀死癌细胞，以及它在肿瘤治疗中的潜力。 工业与制造的光： 精密测量与检测： 介绍干涉测量、激光测距等技术如何实现高精度的尺寸测量和表面检测，在航空航天、精密制造等领域不可或缺。 3D打印与光刻： 讲解光在3D打印（如光固化）和半导体制造中的关键作用，它们如何支撑着现代工业和电子产品的发展。 科学研究的光： 光谱分析： 再次强调光谱分析在识别物质成分、研究天体、环境监测等方面的强大功能。 显微技术： 从光学显微镜到电子显微镜（虽然不是纯粹的光学，但其原理是观察微观世界，与光学显微镜形成对比和延伸），探索科学家如何利用光（或其他粒子束）揭示微观世界的奥秘。 天文观测： 介绍望远镜如何收集遥远星系发出的光，帮助我们了解宇宙的起源和演化。 第五章：光的未来展望——探索未知的领域 光的研究和应用仍在不断突破边界。本章将带领你展望光的未来，探索那些令人兴奋的前沿领域，思考光将如何继续改变我们的世界。 量子光学与量子信息： 介绍量子光学的发展，以及如何利用光的量子特性来开发量子通信、量子计算等颠覆性技术，它们将彻底改变信息处理和安全领域。 超材料与负折射： 探索具有奇特光学性质的超材料，以及它们在隐身衣、超分辨成像等方面的潜在应用。 光镊技术： 介绍光镊如何利用光来操纵微小粒子，这对生物学、纳米科学等领域的研究具有革命性意义。 仿生光学： 学习自然界中生物的光学奇迹，并将其应用到人工设计中，例如仿生相机、仿生传感器等。 下一代显示与照明： 展望更节能、更逼真、更具交互性的显示技术和照明技术。 结语： 光，不仅仅是一种物理现象，更是我们探索未知、创造未来的强大工具。通过这次光的世界的探索，我们希望你能对光有一个更全面、更深刻的认识。无论是其内在的奥秘，还是其外在的应用，光都以其独特的方式影响着我们的生活。希望这本书能激发你对光学的更多兴趣，让你在未来的学习和生活中，都能以更敏锐的眼光去观察和理解这个由光点亮的世界。

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这本书，坦率地说，在我的光电学习之路上，起到了非常关键的奠基作用。它并非那种高深莫测、充斥着晦涩难懂公式的“天书”，而更像一位耐心、严谨的导师，一步步地将我从对光学现象的模糊认知，引向了扎实的理论框架。我记得最清楚的是它对夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的讲解，作者没有急于抛出复杂的积分形式，而是先通过生动的几何作图和类比，比如用水波的扩散来解释光波的传播特性，这对于初学者来说简直是醍醐灌顶。特别是关于光阑对成像质量的影响那一部分，它用非常直观的图示对比了不同孔径比下点光源成像的艾里斑，让我立刻明白了为什么在实际设计中需要对光束进行精确的控制。书中的习题设计也极其精妙，它们大多不是那种纯粹的数值计算题，而是引导你去思考物理图像的本质，比如要求分析一个特定形状的衍射屏对远场图像的影响，这极大地培养了我解决实际工程问题的能力。整体来说，这本书的叙述逻辑清晰流畅，知识点覆盖全面且深入浅出，是理工科学生入门工程光学领域不可多得的良器。

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这本书的内容组织结构，在我看来，是按照“从宏观现象到微观机制”的层次逐步递进的，这种编排方式极大地减轻了阅读时的认知负担。我特别欣赏它在介绍傅里叶光学时所采用的视角——将透镜视为一个完美的傅里叶变换器。在早期的教材中，傅里叶变换常常被孤立地讲解，让人觉得与光学应用脱节。然而，这本书巧妙地将透镜的成像过程与二维傅里叶变换建立起直接的联系，通过解析光场在不同平面的传播特性，清晰地展示了如何通过改变物面信息（如相位掩模）来调控傅里叶平面（即后焦面）的强度分布，反之亦然。这种“对称性”的展示，让整个光学系统变得更加透明和可预测。此外，对于偏振光部分，它不仅仅停留在琼斯矩阵的罗列，而是结合了实际应用，比如液晶显示器的工作原理，用大量的实例来佐证理论的有效性，这让枯燥的矢量代数变得生动起来，我感觉自己是在学习一门实用的工具，而非纯粹的数学理论。

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这本书的语言风格非常内敛和精确，如同德国制造的精密仪器，每一个词语的选用都经过了深思熟虑，力求避免任何歧义。在阐述较为复杂的物理概念时，作者展现出一种令人信服的权威感，但这种权威感并非来自于高高在上，而是源于对物理现象深刻的洞察力。例如，在处理光波的近场和远场传播问题时，它非常细致地辨析了不同积分近似（如菲涅耳近似、基尔霍夫衍射理论的适用边界）的物理前提和适用范围，并且清晰地指出了每种近似在工程实践中可能引入的误差。这种对“适用性边界”的强调，对于一个正在构建复杂光学系统的学习者来说至关重要——我们必须知道我们所使用的公式在多大程度上是“真实”的。对于那些追求扎实基础的读者而言，这本书提供的知识深度是无可挑剔的，它迫使你不仅仅是“知道”一个公式，而是真正“理解”它诞生的物理背景。

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对我而言，这本书的价值远超出了教科书的范畴，它更像是一部系统性的工程思维手册。我尤其欣赏其中对“光束整形”和“光场调控”的介绍。它不仅介绍了高斯光束的理论特性（比如束腰、瑞利长度），还深入探讨了如何利用柱透镜阵列和非球面元件来有效地整形光束，以满足特定的能量分布要求。这些内容衔接得非常自然，从基本的模式分析过渡到实际的光束操作。与市场上其他偏重于像学设计（如镜头设计软件使用）的教材不同，这本书更关注光在空间中传播和相互作用的“物理本质”。它对干涉和衍射的统一性描述，让我对波动光学有了更统一、更宏观的认识。读完它，我感觉自己对如何设计一个高效的光学系统有了一个全新的认知框架，不再是零散知识点的堆砌，而是具备了从整体上把握光传输特性的能力。

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翻阅这本书的时候，我常常感受到作者在力求平衡“理论的严谨性”与“工程的可操作性”之间所付出的努力。它不像某些纯理论著作那样，为了追求数学上的完美而忽略了实际物理约束；反之，它也避免了将内容流于表面、缺乏深度的工程手册的弊病。最让我受益的是关于成像质量评价的部分。它没有简单地给出MTF（调制传递函数）的定义公式，而是花了好大篇幅去解释MTF是如何从光瞳函数（Pupil Function）推导出来的，以及它与点扩散函数（PSF）之间的傅里叶变换关系。这种“追本溯源”的讲解方式，让我明白了为什么在系统设计中，我们会优先考虑优化光瞳函数的设计，因为它是决定系统传递性能的“源头活水”。书中对像差的描述也十分到位，它没有堆砌大量的塞德尔系数，而是更侧重于分析不同像差对MTF曲线的影响，比如彗差如何导致高频分量衰减，这对于光学工程师进行容差分析和系统优化是极其宝贵的实践指导。

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写的不明白..

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