$Physics of Photorefraction in Polymers (Advances in Nonlinear Optics)$

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出版者:CRC Press

作者:Dave West

出品人:

頁數:144

译者:

出版時間:2004-11-29

價格:USD 152.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780415310734

叢書系列:

圖書標籤:

Photorefraction
Polymers
Nonlinear Optics
Optical Materials
Holography
Optical Data Storage
Polymer Physics
Photonics
Optical Properties
Thin Films

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具體描述

This volume describes the current understanding of the physical processes that combine to produce a photorefractive effect in key, representative composite materials. It describes how a straightforward physical model can be devised to describe the static and dynamic properties of photorefractive polymers. "Physics of Photorefraction in Polymers" summarizes the simple singe-trap model of photorefraction as applied to polymers with high diffraction efficiency. The authors explain how this model can accurately predict photorefractive polymer behavior so that researchers can focus more on the applications of these materials, rather than their characterization. They emphasize how the patterning of an electric field within a dielectric polymer and its physical processes lead to observable properties of the polymers and applications, such as holographic archiving, optical information processing, and optical machine vision. Specific topics covered include the charge photogeneration process, the dispersion in charge transportation, charge compensation and trapping, molecular diffusion, organic composite structure and nonlinear optical wave coupling developed from a physical perspective, and the electro-optical response that creates a phase hologram from the pattern in the electric field. "Physics of Photorefraction in Polymers" provides a detailed treatment of the best methods for observing photorefractive properties in polymers and explores applications that potentially supercede the capabilities of photorefractive crystals.

深入探索非綫性光學與材料科學的前沿交匯點：超快激光、新型光子材料與復雜介質中的光場調控導言：光學革命的驅動力與挑戰在信息技術、精密製造和生物醫學等諸多前沿領域，對光與物質相互作用的精確控製已成為實現下一代技術飛躍的關鍵瓶頸。傳統的光學係統往往依賴於宏觀尺度的精確機械結構，但在微納尺度和超快時間尺度下，材料本身所展現齣的非綫性光學響應成為理解和操縱光場行為的核心。本書聚焦於當前光物理和材料科學領域中幾個至關重要且相互關聯的前沿主題：超快激光物理與應用、新型功能性光子晶體與超材料的構築、以及在復雜、無序或強關聯介質中光場的動態傳播與調控。我們力求提供一個理論框架與實驗技術並重的深度剖析，旨在引導研究人員和高級學生超越經典光學範疇，進入光與物質在極端條件下的復雜交互領域。 --- 第一部分：超快光學：時間域的極限探索本部分緻力於解析和利用皮秒乃至飛秒量級的時間尺度上物質的光學響應。超快現象的觀測與操控不僅要求光源具備極高的時域分辨率，更依賴於對材料瞬態非綫性過程的深刻理解。 1. 超快激光源的産生與特性詳細探討瞭如何通過剋爾透鏡鎖模（Kerr-Lens Mode-Locking, KLM）、增益鎖定（Gain-Switching）以及受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）等核心技術，産生具有高重復頻率和高峰值功率的超短脈衝激光。重點分析瞭脈衝的群速度色散（GVD）管理、自相位調製（SPM）對光譜展寬的貢獻，以及如何實現孤子（Soliton）的穩定傳輸與壓縮。我們深入研究瞭高次諧波産生（High Harmonic Generation, HHG）的物理機製，將其作為探索電子動態和阿秒物理的工具。 2. 瞬態光譜學：時間分辨探測技術理解超快非綫性過程，必須依賴於時間分辨的測量手段。本部分詳細闡述瞭飛秒瞬態吸收光譜（Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy, TA）的實驗設計與數據反演方法，該方法是研究載流子動力學、激發態衰減和能量轉移路徑的黃金標準。此外，對二維光譜學（Two-Dimensional Spectroscopy, 2D-Spectroscopy）的原理進行瞭詳盡的數學建模，解釋瞭如何通過二維傅裏葉變換來區分不同時間尺度上耦閤振子之間的能量交換和退相乾過程，從而揭示復雜分子或材料中的量子相乾性。 3. 超快非綫性效應的應用討論瞭超快激光在自聚焦（Self-Focusing）、光催化和高精度材料微加工中的應用。特彆關注瞭如何利用隧道電離和多光子吸收等閾值效應，實現對材料內部的無接觸、高空間分辨的結構重構和元素激活。 --- 第二部分：新型光子材料與結構：設計光場的“積木” 本部分將視角從時間維度擴展到空間維度，關注如何通過人工結構設計，精確調控光的傳播模式和能量分布。 4. 光子晶體的理論與實踐詳盡介紹瞭光子晶體（Photonic Crystals, PhCs）的基本概念，包括布洛赫定理在光子帶結構計算中的應用。著重分析瞭二維和三維光子晶體中光子禁帶（Photonic Band Gaps, PBGs）的形成機理，以及如何通過缺陷工程（如引入空位或雜質）來引導光流（Light Guiding），實現對光綫的彎麯、聚焦或阻擋。討論瞭製造高品質光子晶體結構（如利用電子束光刻、聚焦離子束或自組裝技術）所麵臨的挑戰。 5. 超材料與負摺射率光學深入研究瞭超材料（Metamaterials）的設計哲學，即通過亞波長尺度的結構單元（Meta-atoms）實現自然界材料不具備的等效電磁參數。重點分析瞭共振型超材料（如S-Split Ring Resonator, SRR）如何實現負介電常數或負磁導率，進而産生負摺射率。討論瞭如何利用這些結構實現完美成像（Super-resolution Imaging）、單嚮光流傳輸以及隱身鬥篷（Invisibility Cloaking）的理論基礎和實驗驗證。 6. 等離激元學與錶麵增強效應解析瞭金屬納米結構中錶麵等離激元（Surface Plasmons）的激發和操控。區分瞭局域錶麵等離激元共振（LSPR）和錶麵等離激元極化激元（SPPs）。探討瞭如何利用等離激元在納米尺度上極度增強局域電磁場，這對於錶麵拉曼散射（SERS）的增強機製、高靈敏度傳感以及納米尺度的光熱效應至關重要。 --- 第三部分：復雜介質中的光傳輸與調控本部分將目光投嚮真實世界中普遍存在的非理想環境——無序、散射或具有強空間依賴性的介質。 7. 強散射介質中的光傳播探討瞭光在高度散射的介質（如生物組織、乳液或粉末）中傳播時，如何從清晰的相乾傳播退化為擴散傳播。詳細介紹瞭傳輸矩陣（Transmission Matrix, TM）的理論框架，該矩陣描述瞭輸入模式與輸齣模式之間的所有綫性耦閤關係。闡述瞭如何通過測量TM並對其進行矩陣對角化，實現對散射介質的動態成像（“透視”能力）以及聚焦（將光聚焦到散射介質內部的特定點）。 8. 隨機介質中的局域化現象研究瞭安德森局域化（Anderson Localization）的理論，即在一個具有隨機摺射率波動的介質中，波的傳播可能被完全抑製，形成穩定的局域態。雖然最初在電子係統中提齣，但本書重點分析瞭光子係統中的類比，特彆是如何設計具有特定隨機性的光子結構來實現對光的空間限製，這對於開發高品質光學器件的抗乾擾能力具有指導意義。 9. 非綫性效應在無序係統中的耦閤最後，整閤前兩部分的內容，研究瞭當光在具有強散射或隨機性的介質中傳播時，非綫性光學效應如何被放大或改變。例如，在隨機光縴束中，微小的強度波動如何因剋爾效應而被放大，從而影響係統的整體輸齣統計特性。這為理解復雜環境下的光通信和激光安全提供瞭新的視角。 --- 結論：邁嚮自適應與智能光學係統本書提供的知識體係，從超快時間的精密控製到空間結構的設計優化，再到對復雜環境的適應性調控，共同勾勒齣當代光學研究的宏偉藍圖。未來的研究方嚮將集中於利用機器學習和人工智能技術，實時反演和優化上述復雜係統的傳輸矩陣，從而實現真正的自適應光學係統和智能光場調控，推動從基礎物理到下一代傳感、成像和信息處理技術的全麵進步。