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出版者:科学出版社

作者:美国国家科学院

出品人:

页数:266

译者:曹健林

出版时间:2015-6-1

价格:148.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030437280

丛书系列:

图书标签:

科技
光学
光子学
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具体描述

光学与光子学技术是现代生活的中心，一直作为最重要的使能技术推动着人类文明的进步，并毋庸置疑地将在未来产生更为深远的影响。本报告分10章，分别论述了近15年来光学与光子学领域的科技进步、随之产生的技术机遇和美国视角下的世界技术前沿现状，并提出了确保美国保持全球领先地位的建议。其中第1章是绪论，第2章讨论光子学技术对美国经济的影响，第3章到第10章分别论述某个特定领域（分别为通信、信息处理和数据存储、国防与国家安全、能源、健康与医疗、先进制造技术、先进光子测量与应用、战略光学材料、显示技术）的技术应用。

《星辰轨迹：宇宙的诗篇》这是一部关于宇宙宏大叙事的深度探索，它不局限于任何学科的边界，而是以一种全新的视角，串联起天体物理、宇宙学、甚至是对宇宙生命可能性的哲学思考。本书旨在带领读者跨越时空，亲临宇宙演化的每一个关键节点，感受其壮丽与神秘。第一部分：宇宙的黎明与演化本书开篇，我们将追溯宇宙诞生之初的那个瞬间——大爆炸。这里并非描绘一个简单的物理事件，而是试图还原一个充满无限可能性的起点，探讨奇点理论的最新进展，以及宇宙如何从极度炽热、致密的能量场中涌现。我们将深入了解早期宇宙的暴胀理论，解释为何宇宙如此均匀而又为何存在微小的结构涨落。随后，我们将踏上星系形成的漫长旅程。从最初的暗物质晕汇聚，到第一批恒星的诞生，再到星系的碰撞与合并，每一页都将揭示宇宙结构如何从混沌走向有序。我们会详细介绍不同类型星系的演化路径，例如旋涡星系的优雅臂膀，椭圆星系的宏伟体量，以及那些矮小却充满活力的伴星系。本书将特别关注黑洞在星系形成和演化中的关键作用，它们是如何吞噬物质，又是如何通过喷流影响周围环境的。第二部分：恒星的生命周期与元素工厂本书的核心部分之一，将聚焦于恒星的诞生、生命以及最终的死亡。我们不再仅仅是陈述恒星的分类，而是要深入理解恒星内部的核聚变过程，解释氢如何燃烧成氦，氦又如何进一步聚变成更重的元素。我们将详述不同质量恒星的演化阶段，从年轻的蓝巨星到红矮星的漫长燃烧，再到红巨星的膨胀和白矮星的冷却。特别地，本书将着重探讨超新星爆发的震撼景象。这不仅仅是恒星的终结，更是宇宙中重元素的“炼金术”。我们将详细解析Ia型超新星和II型超新星的爆发机制，以及它们如何在宇宙中播撒下制造行星乃至生命的必要元素，如碳、氧、铁等。本书还将探索中子星和黑洞的形成，以及这些极端天体如何成为宇宙物理学的天然实验室。第三部分：行星系统的形成与生命的可能性在描绘了宏大的星系与恒星演化之后，本书的视角将转向我们熟悉的行星系统。我们将探讨行星形成的基本模型，从原行星盘的形成，到尘埃的吸积，再到行星胚胎的诞生。本书将细致分析不同类型行星的形成过程，例如岩石行星如何凝聚，气态巨行星为何出现在外围轨道。本书将不仅仅停留在行星的形成，更会深入探讨行星系统中孕育生命的条件。我们将详细考察“宜居带”的概念，分析液态水存在的关键因素，以及行星磁场、大气层 composition 对生命存在的重要性。本书将回顾目前已知的系外行星探测成果，介绍各种探测技术，并对未来发现类地行星、甚至地外生命的可能性进行审慎而富有想象力的展望。我们将探讨生命起源的化学过程，以及在宇宙尺度上，生命是否是一种普遍存在的现象。第四部分：宇宙的终极命运与哲学沉思在对宇宙的过去与现在进行深入探索后，本书的最后一章将目光投向宇宙的未来。我们将探讨宇宙加速膨胀的证据，介绍暗能量的概念，并分析宇宙膨胀的不同结局，例如大撕裂、大冻结或大收缩。更进一步，本书将引发读者对人类在宇宙中地位的哲学思考。在浩瀚无垠的宇宙面前，我们是孤独的存在，还是宇宙生命网络的组成部分？宇宙的宏大秩序是否暗藏着某种深意？本书将引导读者在科学知识的基础上，进行更深层次的哲学追问，激发对宇宙、生命以及我们自身存在的敬畏与好奇。《星辰轨迹：宇宙的诗篇》是一次思想的旅程，它以严谨的科学态度为基石，以优美的文字为笔触，试图将宇宙的壮丽图景呈现在每一位读者的面前。它不仅仅是一本科普读物，更是一部引领读者仰望星空，思考存在的哲学著作。阅读此书，您将获得对宇宙前所未有的认知，并被其无尽的奥秘所深深吸引。

作者简介

目录信息

摘要
第1章绪论
1.1研究意义
1.2使能技术
1.3经济问题
1.4全球视野
1.5教育的重要性
1.6未来的发展
第2章光子学对国民经济的影响
2.1引言
2.2光子经济学：激光器案例研究
2.2.1激光技术对经济的影响
2.2.2早期激光器的研发投资
2.2.3早期激光器市场
2.2.4国际对比
2.2.5激光器案例研究结论
2.3评估光子学的经济影响力——美国的行业收入、就业和研发投资
2.4政府和工业界资助的光子学研发资金及联邦政府提供的光学资金
2.5美国自1980年以来光子学创新领域的变革
2.6光学行业的风险投资
2.7技术市场、知识产权和美国大学的技术特许
2.8协同研发模式及其对光子学创新的意义
2.8.1半导体制造技术联盟
2.8.2美国光电产业发展协会
2.8.3美国国家纳米技术计划
2.9简要评述
2.9.1拟定的国家光子学计划
2.10本章研究成果
2.11建议
第3章通信、信息处理和数据存储
3.1引言
3.1.1通信
3.1.2信息处理
3.1.3数据存储
3.2影响案例：互联网
3.3技术进步
3.3.1通信
3.3.2网络
3.3.3研发示范领域
3.3.4信息处理
3.3.5数据储存
3.4制造业
3.4.1通信
3.4.2信息处理
3.4.3数据储存
3.5经济影响
3.5.1美国和世界其他地区之间的比较
3.6研究成果和结论
3.7建议和重大挑战性问题
第4章国防与国家安全
4.1引言
4.2光学和光子学对防御系统的影响
4.3技术概述
4.3.1《驾驭光：21世纪的光学科学与工程》问世以来光学相关研究的变化
4.3.2把握最新技术进步，获取发展机遇
4.4加工技术
4.5美国的全球地位
4.6研究成果和结论
4.7建议和重大挑战
第5章能源
5.1引言
5.2太阳能发电
5.2.1光伏系统
5.2.2聚光太阳能发电系统
5.2.3混合系统
5.2.4与现有和潜在的其他燃料来源相比，太阳能发电的平准化成本展望
5.3固态照明
5.4研究成果
5.5建议和重大挑战性问题
第6章健康与医疗
6.1引言
6.2技术对医学影响之历史概况
6.3现代医疗实践中的光学和光子学
6.4技术进步拓展了光子学的新应用
6.5技术进步为光子学在未来应用提供契机
6.5.1核酸序列检测和突变检测
6.5.2通过蛋白质和组织阵列进行蛋白质组学分析
6.5.3高通量筛选技术
6.5.4流式细胞术质谱分析
6.5.5眼科学
6.5.6图像引导外科手术（IGS）技术
6.5.7双能CT和定量图像分析
6.5.8再生医学中的生物医学光学
6.5.9研究中的生物医学光学
6.6研究成果
6.7建议
第7章先进制造业
7.1引言
7.2光子技术领域中的生产与创新：三个案例研究
7.2.1显示器
7.2.2太阳能电池
7.2.3用于通信系统的光电元件
7.2.4三个案例的异同
7.3光学领域的先进制造技术
7.3.1光学表面
7.3.2非球面透镜
7.3.3制造工艺和装备
7.4光子学在制造业中的应用
7.4.1光刻技术
7.4.2激光器在制造业中的应用
7.5增材制造
7.5.1立体光刻
7.5.2选择性激光烧结技术
7.5.3激光工程化净成形技术
7.6光电子技术与美国制造业的未来
7.6.1大批量生产
7.6.2小批量生产
7.7美国制造业劳动力
7.8研究成果
7.9建议和重大挑战
第8章先进光子测量技术与应用
8.1引言
8.2光学和光子学对传感、成像与计量学的影响
8.3技术概览
8.4白“驾驭光”研究以来的变化
8.4.1国际单位制（SI）定义的变化
8.4.2通过生成高次谐波分量开发阿秒脉冲串
8.4.3利用啁啾脉冲放大技术的极端条件台式设备
8.4.4纳米光学和等离激子光子学、负折射率材料和变换光学
8.4.5光量子状态的形成、控制及其探测方面的进展
8.4.6利用光学综合孔径雷达实现高分辨率遥感
8.4.7自适应光学技术的进展
8.4.8从最新研究进展中把握技术机遇
8.4.9制造业
8.5美国的全球地位
8.6研究成果
8.7建议和重大挑战
第9章战略性光学材料
9.1引言
9.2能源应用
9.3新颖结构：亚波长光学、超材料和光子晶体
9.4纳米结构材料面临的技术挑战
9.5生命科学与合成生物学中的光学材料
9.6研究成果
9.7建议
第10章显示技术
10.1引言
10.2不久的将来
10.3显示器概览
10.3.1液晶显示器
10.3.2触摸显示器
10.3.3OLED显示器
10.3.4柔性显示器
10.3.5投影显示器
10.3，6三维全息显示器
10.4显示器产品制造
10.5研究成果
10.6建议
附录A任务声明及介绍性信息
A.1背景
A.2引言
A.3任务声明
A.4委员会
附录B缩略语
附录C附加技术范例
C.1使能技术
C.2国防和国家安全
C.2.1监视
C.2.2夜视
C.2.3激光测距仪、指示器、干扰发射机和通信器
C.2.4激光武器
C.2.5光纤系统
C.2.6特殊技术
C.3能源
C.3.1太阳能技术成本
C.3.2太阳能—风能混合系统
C.3.3太阳能辅助技术
C.4健康与医疗
C.4.1光学和光子学在急诊室中的应用
C.4.2光学和光子学在诊断过程中的应用
C.4.3人类基因组计划取得的成果
C.4.4生物医学光学在日常生活中的应用
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引我了，深邃的蓝色背景点缀着流动的光线，仿佛能感受到其中蕴含的无限奥秘。我一直对光学的世界充满好奇，从彩虹的形成到激光的原理，都让我着迷。这本书，它不仅仅是一本科普读物，更像是一扇通往奇妙光之世界的窗口。当我翻开第一页，我就被作者流畅而富有诗意的语言所吸引，他没有用枯燥的术语堆砌，而是用生动的故事和形象的比喻，将那些复杂的概念一一呈现。我记得其中一个章节，详细讲述了眼睛如何感知光线，并将其转化为大脑能够理解的信号。作者甚至还加入了关于古人如何理解光的历史考证，从古希腊哲学家对光线的猜想，到牛顿的“微粒说”，再到惠更斯的“波动说”，这种历史的视角让我更加深刻地理解了科学发展的脉络。读到这里，我仿佛置身于一个知识的殿堂，与伟大的科学家们一起探索光明的本质。这本书的每一个章节都像是一次精心策划的旅程，让我从基础的光学现象，一步步深入到更前沿的光子学领域。我特别喜欢书中关于光纤通信的介绍，作者将我们日常生活中无处不在的网络传输，拆解成了光在纤芯中跳跃的精彩故事，让我对现代科技有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在关注一些新兴的技术领域，而光子学无疑是其中一个非常重要的方向。我之前对这方面的了解非常有限，只知道它与光有关，但具体是如何运作的，以及它能带来什么样的改变，我一直没有一个清晰的概念。《光学与光子学》这本书，它就像一位经验丰富的向导，带着我一步步深入这个迷人的领域。作者在开篇就用非常通俗易懂的方式解释了“光子”的概念，以及它与我们熟悉的“光”之间的关系。我之前一直以为光就是一种波，而这本书让我知道了，原来光也具有粒子的性质，而且这种“粒子”——光子，在现代科技中扮演着至关重要的角色。书中对光电子器件的介绍尤其让我印象深刻，比如LED、光电探测器等，这些在我们生活中无处不在的器件，原来都是光子学原理的体现。作者还详细讲解了光纤通信的原理，以及它是如何实现信息的高速传输的。读到这里，我才真正理解了互联网的强大背后，原来是光在默默地工作。这本书的语言风格非常接地气，没有让人望而生畏的学术腔调，让我感觉自己是在和一位朋友交流，而不是在接受枯燥的知识灌输。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对科学探索充满热情的人，我一直对那些能够解释世界运行规律的学科情有独钟。《光学与光子学》这本书，它以一种非常独特的方式，将光的世界呈现在我的眼前。作者不仅仅是简单地介绍科学知识，他更是在讲述一个关于“光”的史诗。从古人对光的朴素认知，到现代科学家对光本质的深刻洞察，这本书将历史的进程与科学的发现巧妙地融合在一起。我非常欣赏作者对于科学方法论的强调，他通过一个个生动的案例，展示了科学家们是如何通过观察、实验、推理来揭示光的奥秘的。比如，书中关于双缝干涉实验的讲解，就让我深刻体会到了科学研究的严谨与创新。另外，我对书中关于光学在生物医学领域的应用章节特别感兴趣。作者详细介绍了激光在眼科手术中的应用，以及光学成像技术如何帮助医生诊断疾病。这让我看到了科学的进步是如何直接造福人类健康的。这本书的叙事方式非常引人入胜，它不仅仅是一本知识的集合，更像是一部关于探索与发现的史诗，让我感受到了科学的魅力和人类智慧的光辉。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对物理学有一定基础的爱好者，我一直想找一本能够系统性地梳理光学和光子学知识的书。市面上确实有很多相关书籍，但大多数要么过于偏重理论推导，要么内容比较零散。《光学与光子学》这本书，它正好填补了我的这一需求。作者的讲解非常系统，从光的基本性质，如光的传播、干涉、衍射，到更复杂的现象，如偏振、非线性光学，再到光子学的核心概念，如光子晶体、光量子器件，他都进行了清晰的梳理。我尤其喜欢他对于光子晶体的讲解，作者通过类比声子晶体，让我对这种人工设计的具有周期性光学性质的材料有了直观的理解，并且了解了它在光通信、传感器等领域的潜在应用。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些前沿的研究方向，比如光镊技术，作者用非常形象的语言描述了如何用光来“抓住”微小的粒子，这简直就像是科幻小说中的场景。这本书的数学推导虽然有，但作者很巧妙地将其融入到文字叙述中，并没有让人感到突兀，反而是让理论更加严谨。我感觉通过阅读这本书，我的知识体系得到了极大的完善，对光学和光子学的理解也达到了一个新的高度。

评分☆☆☆☆☆

我通常不太喜欢读那些过于理论化的学术书籍，总觉得它们要么晦涩难懂，要么枯燥乏味。但是，《光学与光子学》这本书，它完全打破了我的固有印象。作者在讲解每一个概念的时候，都非常注重理论与实际的结合，这一点对我来说至关重要。比如，在介绍激光器的工作原理时，他不仅仅停留在能级跃迁和受激辐射的理论层面，还详细讲解了不同类型的激光器在工业、医疗、通信等领域的具体应用。我印象最深刻的是，他描述了激光在精密制造中的作用，例如在微芯片的刻蚀过程中，激光的精度简直令人惊叹，这让我看到了科学的力量如何改变我们的生活。此外，书中还穿插了一些关于光学在艺术领域的应用，比如全息摄影的原理和展示，以及如何利用光线的折射和反射来创造出令人惊叹的视觉效果。这让我意识到，光学不仅仅是科学，它也是一门艺术。作者的写作风格非常独特，他善于在严谨的科学论述中融入人文关怀，使得整本书读起来既有深度又不失趣味。我特别欣赏他对于未来光学发展的展望，那些关于量子通信、光计算的畅想，让我对人类的未来充满了期待。

评分☆☆☆☆☆