Liquid Crystals in Technology and Medicine pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Ingram Pub Services

作者:Ermakov, S. F.

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:

价格:$ 158.20

装帧:HRD

isbn号码:9781904602200

丛书系列:

图书标签:

• 液晶
• 技术
• 医学
• 材料科学
• 光学
• 显示技术
• 生物医学
• 传感器
• 诊断
• 药物递送

深入探索智能材料的未来：非线性光学与光子学 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前材料科学和工程领域最前沿、最具活力的分支之一：非线性光学材料及其在光子学器件中的应用。我们深知，随着信息技术对带宽和处理速度的需求持续攀升，传统线性光学方法已接近物理极限。因此，理解和驾驭材料的非线性响应机制，成为下一代光电子和量子信息技术发展的关键。 第一部分：非线性光学基础与理论框架 本部分将奠定坚实的理论基础，为理解复杂材料的相互作用提供必要的数学和物理工具。 第一章：电磁场与物质相互作用的量子电动力学视角 本章首先回顾经典电磁理论在描述光与物质相互作用时的局限性，随后引入量子电动力学（QED）的基本原理，重点阐述如何将光子视为激发态，并在微观层面上描述其与电子能级的耦合。我们将详细分析极化率（Polarizability）的概念，从静态电场下的诱导偶极矩过渡到时变电磁场下的高阶响应。重点讨论了微扰理论在计算高阶极化率张量中的应用，特别是二阶、三阶张量的定义及其在各向异性晶体中的具体表示形式。 第二章：高阶极化率张量的对称性与分类 理解非线性光学现象的物理实质，依赖于对材料对称性的深刻洞察。本章将系统梳理不同晶体群和分子结构对非线性极化率张量分量的限制。我们将详细分析宏观极化 $mathbf{P}$ 与电场 $mathbf{E}$ 之间的本构关系，区分 $chi^{(2)}$（二阶非线性，如倍频和和频产生）和 $chi^{(3)}$（三阶非线性，如克尔效应和四波混频）的张量特性。通过大量的实例分析，如立方晶系和六方晶系，揭示为何某些材料天然具备特定的非线性效应。 第三章：时间域与频率域的非线性响应 光场与物质的相互作用是高度依赖时间尺度的过程。本章探讨了瞬时非线性响应与时间延迟效应（如拉曼散射和电子弛豫）的区分。在频率域，我们将深入分析色散对非线性效应的影响，特别是共振增强机制。讨论的重点包括：如何通过精确控制入射光的频率，使其恰好处于电子能级跃迁附近，从而极大地提高非线性转换效率，同时也要处理由此带来的吸收损耗问题。 第二部分：关键非线性光学现象与机制 本部分将聚焦于几种核心的非线性光学现象，解释它们产生的物理条件以及在技术中的应用潜力。 第四章：二阶非线性效应：倍频、参量放大与电光调制 倍频（Second Harmonic Generation, SHG）和和频产生（Sum Frequency Generation, SFG）是 $chi^{(2)}$ 效应的直接体现。本章详述了相位匹配（Phase Matching）技术的重要性，这是实现高效频率转换的先决条件。我们将探讨空间（角度）匹配、时间（群速度）匹配以及准相位匹配（Quasi-Phase Matching, QPM）的原理，特别是周期性极化铌酸锂（PPLN）的制备与应用。此外，电光调制效应，即晶体折射率对外部电场的敏感性，及其在高速光通信中的作用也将被详尽分析。 第五章：三阶非线性光学：自相位调制、交叉相位调制与光孤子 三阶非线性（$chi^{(3)}$）效应通常与电子的瞬时响应和克尔项相关。本章核心讨论自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）如何导致光脉冲的频谱展宽和相位演化，这是超快激光技术中脉冲压缩的基础。更进一步，我们将深入研究克尔介质中的光孤子（Optical Solitons）现象，即光束在自聚焦和衍射之间达到动态平衡，从而在光纤或波导中实现无失真传输的机制。 第六章：受激散射与光限制 受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）和受激蒂曼散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）是重要的增益机制。本章解释了它们如何依赖于材料中的声子模式和分子振动模式。这些效应在光纤放大器和频率梳产生中扮演关键角色。同时，我们将探讨负折射率材料中可能出现的非线性效应，及其在光限制器（Optical Limiters）设计中的应用，用于保护高灵敏度探测器免受高强度激光的损伤。 第三部分：先进材料与器件工程 本部分将理论与工程实践相结合，探讨如何设计和制造具备特定非线性性能的新型光子材料和集成光子器件。 第七章：周期性极化材料与准相位匹配工程 QPM 技术是现代非线性光学器件设计的核心。本章详细介绍了周期性极化铌酸锂（PPLN）、周期性反转的磷酸氧钛钾（PPKTP）等晶体的制备工艺，包括热扩散、电场反转和离子交换技术。重点分析了设计不同周期结构以实现特定波长转换或光纤布拉格光栅（FBG）谐振的优化方法。 第八章：集成非线性光子学与波导结构 将非线性元件集成到芯片级平台是未来光计算的趋势。本章讨论了硅基、氮化硅基和铌酸锂基波导结构中实现高效非线性转换的挑战与机遇。我们将分析波导的限制效应（如泄漏、损耗）与非线性效率的权衡，特别是高非线性系数的氮化硅（SiN）在片上频率梳生成和集成光频率转换中的潜力。 第九章：新型非线性材料的探索与设计 介绍当前研究热点中的新型材料体系，如二维材料（如过渡金属硫化物中的二硫化钼 $ ext{MoS}_2$）和有机-无机钙钛矿材料。分析其独特的电子结构如何带来超高的三阶非线性响应，以及这些材料在超快光开关和高灵敏度传感方面的潜力。 结论：非线性光子学的未来展望 本书最后将总结当前非线性光学领域面临的瓶颈，并展望其在量子计算的非线性驱动、高精度光谱学、太赫兹波产生以及光场调控等前沿领域的广阔前景。本书旨在激发研究人员和工程师利用这些深刻的物理原理，推动下一代光技术创新。

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