光学变换·从量子到经典 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:380

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出版时间:1970-1

价格:55.00元

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isbn号码:9787313052933

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 光学变换
• 量子光学
• 经典光学
• 光物理
• 量子力学
• 电磁学
• 光学
• 物理学
• 变换光学
• 光子学

书籍简介：现代光电子学中的多维信息处理与传输 导言 在信息时代，光作为信息载体所展现出的巨大潜力，推动了从基础物理学到尖端工程学的深刻变革。本书深入探讨了现代光电子学领域中，如何利用光的波动特性和量子特性，实现对信息的编码、传输、调制和解调。我们聚焦于那些超越传统线性光学范畴，涉及空间域、时间域以及偏振域等多个维度耦合的复杂光场调控技术，旨在为读者构建一个全面、深入且富于前瞻性的知识图谱。 第一部分：基础理论的深化与扩展 本书的开篇部分，致力于夯实读者在经典电磁场理论和基础量子力学基础上的理解，并将其提升到处理复杂光场问题的层面。 1.1 偏振态的拓扑描述与高维编码 我们首先超越传统的琼斯矢量和斯托克斯参数，引入更具物理洞察力的拓扑概念来描述和表征光的偏振态。重点讨论了庞加莱球（Poincaré Sphere）之外的更高阶拓扑不变量，例如与光束中心点的奇异点（Singularities）相关的拓扑荷。这些拓扑结构，如光涡旋（Optical Vortices）和光铰链（Optical Hinges），不仅仅是数学上的抽象，它们承载着固有的轨道角动量（OAM），是实现高维信息复用（Multiplexing）的关键。详细阐述了如何利用复杂的偏振结构，如矢量光束（Vector Beams），实现对偏振-空间耦合的精确控制。 1.2 空间光场调控的衍射理论与非均匀介质 传统傅里叶光学基于远场近似（Fraunhofer Diffraction），对于需要精确控制近场行为的应用而言已显不足。本部分着重分析了菲涅尔衍射在描述近场光学元件特性时的优越性。更进一步，本书探讨了光场在非均匀介质中传播的物理规律。这包括光线在折射率梯度场中的轨迹分析，以及梯度折射率（GRIN）透镜阵列在并行光路处理中的应用。我们引入了本征波函数（Eigenfunctions）的概念，来描述光场在具有周期性或梯度结构波导中的本征模式，这对于设计高效的光子芯片至关重要。 1.3 时频联合域的调制与分辨 信息传输的速度和容量越来越依赖于对光信号在时间和频率两个维度上进行协同处理的能力。本章详细解析了光学任意波形发生（Arbitrary Waveform Generation, AWG）的技术细节，特别是基于可编程空间光调制器（SLM）结合色散元件的实现路径。讨论了光梳（Optical Frequency Combs）作为超宽带、高相干性光源在精密测量和高速通信中的核心作用。此外，还深入分析了时域脉冲整形（Temporal Pulse Shaping）中的傅里叶变换对偶性，解释了如何通过空间域的相位调制来精确控制脉冲的瞬时频率随时间的变化（即啁啾）。 第二部分：先进光学系统的设计与实现 基于前述理论基础，本部分将视角转向实际的工程应用，聚焦于如何利用非线性光学和超材料技术，打破传统光学元件的性能极限。 2.1 非线性光学现象的在信息处理中的应用 非线性效应是实现光信号主动调控的根本手段。本书详细剖析了自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）以及受激拉曼散射（SRS）在光纤通信中的影响与利用。重点阐述了如何利用光孤子（Optical Solitons）的稳定性进行超长距离无损传输，以及如何通过频率转换（如和频/差频产生）在光域内实现信号的波长转换和混频，从而有效缓解光纤通信中的波长资源限制。 2.2 超材料与负折射率光学 超材料（Metamaterials）和超表面（Metasurfaces）代表了一种全新的光场调控范式，它们通过亚波长尺度的结构设计来实现对光波前、振幅和偏振的宏观效应所无法比拟的控制。本书详细介绍了电磁参数的负值对光传播的影响，并重点探讨了平板超透镜（Flat Lenses）的原理，即利用二维亚波长单元阵列实现对平面波的完美聚焦，彻底克服了传统折射光学中阿贝衍射极限和球差问题。特别分析了实现隐身斗篷（Invisibility Cloaks）在信息感知和隐私保护方面的潜在应用。 2.3 相干性和量子成像基础 在低照度或对背景噪声敏感的成像系统中，利用光场的相干性是提高信噪比的关键。本书引入了相干转移函数（Coherence Transfer Function）的概念，用以描述系统对输入光场相干性的影响。随后，本书对量子成像（Quantum Imaging）进行了入门级的介绍，侧重于纠缠光子对在时间分辨和空间分辨增强中的应用，例如鬼成像（Ghost Imaging）如何在不直接探测目标光场的情况下，重构出目标的清晰图像。这部分内容旨在引导读者思考信息处理的极限，即利用量子关联进行增强测量。 第三部分：集成化与未来展望 最后一部分将目光投向光电子系统的微型化和大规模集成，这是信息处理技术向便携化和高性能化发展的必然趋势。 3.1 硅基光子学与片上集成 硅光子学（Silicon Photonics）已成为主流的集成平台。本书剖析了硅基波导的损耗机制和耦合技术，特别是光栅耦合器（Grating Couplers）在连接光纤与片上器件时的效率优化问题。详细讨论了载流子注入型调制器（如电吸收调制器 EAM）和载流子存储器（如光缓冲器）的物理原理，以及它们在构建全光或光电混合集成电路中的关键作用。 3.2 光计算的结构范式 本书探讨了超越冯·诺依曼结构的光计算概念。重点分析了全光神经网络（All-Optical Neural Networks）的设计，特别是如何利用非线性光学元件模拟神经元的激活函数，实现信号的并行处理和快速学习。此外，还简要介绍了拓扑量子计算的初步概念，即如何利用拓扑结构保护信息，以对抗环境噪声的干扰，为未来容错计算描绘了蓝图。 总结 本书为读者提供了一个从基础原理到前沿应用的综合性视角，涵盖了偏振拓扑、时频联合调控、非线性光学、超材料以及光子集成等多个交叉学科的核心内容。它旨在培养读者驾驭复杂光场，设计和分析新一代光信息处理系统的能力。

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从一个已经对相关领域有所了解的读者的角度来看，这本书的价值在于它对细节和边界情况的深入挖掘。许多入门级的读物往往会为了简化概念而忽略掉一些重要的细节，但这本著作显然没有这样做。它非常诚实地探讨了理论模型的适用范围和局限性。例如，在讨论经典光学极限时，作者并没有简单地宣称“当波长趋近于零时”，而是细致地分析了从波动性到射线性的过渡区域所涉及的物理量级和实际观察到的现象。这种严谨的态度，使得这本书不仅适合初学者建立基础认知，更适合有一定基础的人士进行知识体系的查漏补缺和深层次的理解巩固。它提供了一种更为成熟和全面的视角。

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这本书的封面设计极具现代感，黑白灰的色调搭配大胆的几何图形，一眼望去就给人一种深邃而理性的感觉。我原本以为这会是一本晦涩难懂的理论专著，但翻开第一页，作者的语言风格就让我眼前一亮。他没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是从一些非常生活化的例子入手，比如光影的魔术，镜子的原理，甚至是人眼成像的机制。这种循序渐进的引导方式，让我在毫无压力的情况下，逐渐进入到对光学现象更深层次的思考中去。特别是关于折射和衍射的章节，作者用了一种近乎诗意的笔触来描绘光线的路径，让我感觉自己不再是在阅读教科书，而是在跟随一位经验丰富的向导，一起探索光的世界。他擅长用简洁明了的语言解释复杂现象，使得那些原本感觉遥不可及的物理概念变得触手可及。这种行文的流畅度和对读者体验的关注，让我对后续内容的期待值大大增加。

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这本书最让我感到惊喜的是其内在的哲学思辨色彩，这一点在纯粹的技术书籍中是相当罕见的。作者在关键的理论转折点上，常常会停下来探讨“我们为什么选择这种描述方式？”以及“这种描述方式的本质局限在哪里？”。他引导读者去思考科学理论的构建过程本身，而不是仅仅接受既定的结论。这种对科学方法论的探讨，将阅读体验从单纯的知识获取，升华为一种智力上的探险。它促使读者去质疑、去反思，去构建自己对物理世界的认知框架。这种深层次的精神引导，远比那些华丽的数学公式更能留在读者的记忆中，也更能影响一个人未来的研究方向和思考深度。

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读完这本书的后半部分，我不得不佩服作者在内容组织上的匠心独运。他巧妙地将宏大的理论框架与具体的应用实例结合起来。比如，在讲解傅里叶光学时，他并没有仅仅停留在数学推导上，而是立刻将读者带入到图像处理和信息传输的实际场景中。这种“学以致用”的结构，极大地提升了阅读的趣味性和实用价值。我尤其欣赏他对于“变换”这一核心概念的处理方式，他不仅仅是陈述了数学上的等价性，更深入探讨了不同尺度和不同物理背景下，这种变换所蕴含的深刻物理意义。每一次理论的跨越，都伴随着一次视角上的转换，让读者能清晰地看到，原来看似毫不相关的物理现象，背后可能隐藏着同一种数学结构。这对于培养一种全局性的物理思维，无疑是极有助益的。

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这本书的排版和图示质量简直是教科书级别的典范。在物理类书籍中，清晰直观的插图是理解抽象概念的关键。这本书在这方面做得非常出色，几乎每一个关键的物理过程，都有配套的、精心绘制的图表进行辅助说明。这些图表不仅美观，更重要的是它们在信息传达上的效率极高，很多时候，一张图胜过千言万语。我特别注意到，作者在引入新概念时，常常会使用对比鲜明的图示来区分不同模型之间的差异，这大大减少了我在理解过程中的认知负担。此外，书中的字体选择和行距设置也考虑到了长时间阅读的舒适度，这对于需要反复查阅和深入研读的读者来说，是一个非常贴心的设计。

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利用符号算术研究。。。不能很好的理解

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