Metamaterials and Plasmonics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Zouhdi, Said/ Sihvola, Ari/ Vinogradov, Alexey P.

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2008-12-05

价格:USD 89.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781402094064

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
• 教材
• textbook
• plasmonics
• metamaterials
• Metamaterials
• Plasmonics
• Nanophotonics
• Electromagnetics
• Optical Materials
• Nanotechnology
• Physics
• Engineering
• Materials Science
• Optics

《光与物质的奇妙共舞：现代光学器件的创新之路》 本书深入探索了现代光学器件领域的革命性进展，聚焦于那些能够以前所未有的方式操控光线的尖端技术。我们不再局限于利用传统材料的固定光学属性，而是着眼于通过精心设计物质的微观结构，从而赋予材料全新的光响应特性。这不仅仅是材料科学的进步，更是对光与物质相互作用规律的深刻理解和巧妙应用。 本书从基础的光学原理出发，逐步深入到那些驱动着下一代光学技术发展的核心概念。我们将从光波的本质、光的传播、衍射、干涉等基础光学现象讲起，为读者构建坚实的理论基石。随后，我们将重点介绍那些能够突破传统光学极限的“人工材料”——它们的出现彻底改变了我们设计和制造光学器件的思路。 其中，一个重要的章节将详细阐述“结构色”的原理及其应用。不同于传统颜料染料的吸收机制，结构色是通过控制材料表面的微纳结构，使光发生选择性地衍射、干涉或散射而产生的。从蝴蝶翅膀的绚丽色彩到宝石内部的迷人光泽，自然界早已为我们展示了结构色的神奇。本书将揭示人类如何通过仿生学原理，在微纳尺度上构建出具有特定光学结构的材料，从而实现对颜色的精确控制，并展望其在显示技术、防伪标识、艺术设计等领域的广阔前景。 另一大篇幅将集中讨论“负折射率材料”及其带来的颠覆性潜力。传统材料的折射率均为正值，这意味着光在其中传播时，其相位速度和群速度方向一致。然而，理论上存在着折射率为负数的奇特材料，在这些材料中，光的相位速度和群速度方向相反，这会引发一系列令人惊叹的物理现象。本书将深入剖析负折射率材料的实现途径，包括其在超材料（metamaterials）领域的研究进展。我们会详细介绍如何通过设计周期性的亚波长金属或介质结构，来操控电磁波的传播，从而实现负的介电常数和磁导率，最终获得负折射率。 负折射率材料的出现，为实现“完美透镜”（perfect lens）提供了理论基础。传统的透镜由于衍射极限的存在，无法清晰地成像小于光波长的物体。而完美透镜则有望突破这一限制，实现超越衍射极限的超高分辨率成像。我们将探讨完美透镜的成像原理，分析其在纳米制造、生物医学成像、材料表征等前沿领域带来的革命性影响。 此外，本书还将深入探讨“表面等离激元”（surface plasmon polaritons, SPPs）这一独特的电磁激发模式。当光照射到金属表面时，特别是当光的频率接近金属的等离激振荡频率时，会在金属表面激发出集体电子振荡，这种振荡与光波耦合形成的准粒子就是表面等离激元。SPPs能够将电磁能量局域在金属表面，并以亚波长的尺度传播，这为实现纳米尺度的光操控和信息传输提供了可能。 我们将详细介绍表面等离激元在纳米光子学中的应用，包括其在超材料中的作用、在提高光学器件性能方面的潜力，以及在传感器、光电器件、能量收集等领域的创新应用。本书将详细讲解如何设计金属纳米结构，如纳米颗粒、纳米线、纳米光栅等，来激发和操控表面等离激元，从而实现对光的聚焦、引导和增强。 本书还将触及“光学超材料”（optical metamaterials）这一前沿概念。光学超材料是特指那些具有人工设计的亚波长结构，其整体光学性能（如折射率、磁导率等）并非由其构成材料本身的固有属性决定，而是由其精巧的结构设计所赋予。通过巧妙地设计这些亚波长单元，我们可以制造出自然界中不存在的具有特殊光学性质的材料。 我们将深入探讨光学超材料的设计原则、制备技术以及其在隐身衣、负折射率超透镜、完美吸波体、光子晶体等领域的最新研究进展。本书将为读者揭示如何通过“逆向工程”的思路，根据所需的光学功能反推出所需的材料结构，从而设计出具有前所未有光学特性的新型材料。 最后，本书不会止步于理论的探讨，而是会结合大量的实验案例和最新的研究成果，展示这些创新技术是如何从实验室走向实际应用的。从微纳加工技术的进步，到新型材料的发现，再到器件设计的优化，我们将勾勒出一条从基础研究到实际应用的光明路径。 总而言之，《光与物质的奇妙共舞：现代光学器件的创新之路》旨在为读者提供一个全面而深入的视角，去理解和探索那些正在重塑我们认识和利用光的世界的新兴技术。它将激发您对光学科学的浓厚兴趣，并为您提供洞察未来光学发展方向的宝贵知识。无论您是材料科学家、物理学家、工程师，还是对前沿科技充满好奇的读者，本书都将为您带来一场思想的盛宴。

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这本书的排版和配图质量，不得不提，达到了我所读过的技术专著中的顶尖水平。许多关于复杂三维结构相互作用的示意图，如果处理不当，极易造成视觉混乱，但这里的插图都经过了高度的提炼和优化，色彩的运用极具功能性，每一种颜色或阴影都精确地对应着特定的物理参数或电磁场分布。文字的间距和字体选择也充分考虑了长时间阅读的舒适度，这在需要反复查阅和深入思考的专业书籍中尤为重要。而且，书中引用的参考文献组织得井井有条，从经典的麦克斯韦方程组到近期的顶级期刊论文都有覆盖，形成了一个完整的知识网络。这使得这本书不仅是一本独立的学习资源，更成为了一个高效的学术检索起点，任何一个感兴趣的知识点都可以顺藤摸瓜地找到源头。整体来看，这是一部兼具学术深度、阅读广度和精美制作的典范之作，值得所有对光电、材料科学乃至基础物理感兴趣的人细细品味。

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这本书的语言风格非常独特，它成功地在学术的严谨性与科普的趣味性之间找到了一个完美的平衡点。我注意到，作者在阐述高度专业化的概念时，会不自觉地切换到一种更加口语化、充满激情的语调，仿佛他正在与一位聪明的同行进行一次深夜的学术交流。例如，在解释表面等离激元（SPP）的激发机制时，作者用了“电子海洋的集体共振”这样一个极富画面感的描述，而不是单纯地堆砌傅里叶变换和边界条件。更令人惊喜的是，书中对于实验方法论的介绍也毫不含糊，它详细描述了电子束刻蚀、聚焦离子束等尖端制造技术在构建这些微结构时的挑战与诀窍。这些细节的披露，让非实验物理背景的读者也能窥见“创造”这些新材料的不易，体会到科研工作者在将理论变为现实过程中的智慧与汗水。这种将“硬核技术细节”包裹在“引人入胜的故事外衣”下的写作手法，让阅读体验远超一般的技术手册。

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深入阅读后，我最大的感受是，这本书的结构逻辑清晰得令人赞叹，它采取了一种由宏观现象引导至微观机制的“倒推”叙事策略。例如，在讨论到特定频率电磁波的完美吸收时，作者并没有直接跳入复杂的积分方程，而是先描绘了这种“隐形”技术在未来军事或能源领域的巨大潜力，成功激发了读者的好奇心。紧接着，他才开始系统地剖析构成吸收体的基本单元——那些精心设计的纳米天线阵列。对于这些结构单元的排列方式、几何尺寸如何精细调控电子振荡模式，作者给出了非常细致的剖析，但其行文风格却异常的轻快流畅。我尤其欣赏作者在介绍不同周期性结构对光场调控效果的对比章节，他采用了大量的图示对比和简洁的工程学分析，使得原本晦涩的布拉格反射、法布里-珀罗谐振等概念，变得触手可及。整本书读下来，仿佛完成了一次从概念设计到实际制造流程的完整考察，每一个理论的提出都有其实际应用场景作为支撑，这使得学习过程充满了目的性和成就感。

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这部书的封面设计简直是一场视觉的盛宴，深邃的蓝色调中点缀着流光溢彩的微观结构图景，一下子就抓住了我的眼球。我原以为这会是一本专注于硬核物理的教科书，结果翻开后发现，作者的叙事方式极为高明，他没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是从光与物质相互作用的哲学思辨入手，娓娓道来。书中对自然界中存在的“超常”现象进行了梳理，比如蝴蝶翅膀的颜色、孔雀羽毛的结构色，这些看似寻常的自然美景，被作者用一种近乎诗意的语言解构，引人深思。特别是关于电磁波在特定介质中如何“弯曲”的描述，即便是一个初涉此领域的读者，也能通过形象的比喻和生动的类比，初步建立起对宏观尺度下调控光线行为的直观认知。作者在探讨这些基础概念时，穿插了大量历史性的轶事，比如早期科学家们在尝试操控光线时遇到的瓶颈与突破，使得整本书读起来像是跟着一位经验丰富的老教授进行一场知识的漫游，而非枯燥的知识灌输。这种对背景和历史的重视，极大地降低了阅读的门槛，让那些原本对前沿物理抱有畏惧心理的读者也能轻松进入状态，可以说是非常贴心的处理。

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对我而言，这本书最大的价值在于其前瞻性和跨学科的视野。它不仅仅局限于描述已有的技术和理论，更大量的篇幅用于探讨未来“不可能实现”的领域。书中对超材料在信息传输、生物传感乃至量子计算中的潜在角色进行了大胆的预测和论证。作者并没有把这些预测写成科幻小说，而是基于现有的电磁理论和材料科学的最新进展，构建了一套严谨的推演框架。特别是关于负折射率和完美成像（亚波长分辨率）的部分，作者深入剖析了传统光学衍射极限的物理根源，并巧妙地展示了如何通过人工设计结构来“绕过”这些限制。这种对“突破性”研究的深度挖掘，极大地拓宽了我对物理学边界的想象。我能感受到作者强烈的研究热情，他似乎在邀请读者一起去探索那些尚未被命名的物理现象和尚未被发明的器件，读完之后，我感觉自己对未来的技术发展方向有了更清晰的把握。

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