Principles of Lasers and Optics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Chang, William S.

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2005-2

价格:$ 150.29

装帧:

isbn号码:9780521642293

丛书系列:

图书标签:

• 激光原理
• 光学
• 光电子学
• 量子光学
• 非线性光学
• 光学工程
• 物理学
• 电磁学
• 光学材料
• 光波学

好的，以下是一份关于《Principles of Lasers and Optics》这本书内容的详细图书简介，重点突出其核心主题和深度，确保内容详实且专业。 --- 《激光与光学原理》图书简介 书名： Principles of Lasers and Optics （中文译名：激光与光学原理） 书籍概述： 《激光与光学原理》是一本为物理学、电子工程学以及相关应用科学领域的研究生和高年级本科生精心撰写的权威性教材。本书旨在为读者构建一个坚实而全面的理论基础，深入剖析光学现象的本质、激光技术的物理机制及其在现代科技中的广泛应用。全书内容涵盖了从经典几何光学到前沿量子光学与非线性光学等多个维度，力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间取得完美的平衡。 本书的结构设计遵循由浅入深、循序渐进的逻辑，首先从经典光学的基础概念入手，逐步过渡到对激光器核心工作原理的精细阐述，并最终深入探讨现代光子学的前沿课题。我们相信，对激光这一革命性光源的深刻理解，必须建立在对光波动性、传播特性以及与物质相互作用的透彻认识之上。 --- 第一部分：经典光学基础 (Classical Optics Foundations) 本部分致力于夯实读者对光作为电磁波的理解，这是掌握后续激光物理的基石。 第一章：光的电磁场理论与波动性 本章从麦克斯韦方程组出发，系统地推导了自由空间中的光波传播方程。重点探讨了平面波、球面波的解析表示法，并引入了光波的偏振态——包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振的数学描述。通过对光强、能量流密度（坡印廷矢量）的分析，确立了光能传输的基本框架。 第二章：几何光学与光线追迹 虽然本书核心在于波动光学，但几何光学作为工程应用的基础依然不可或缺。本章涵盖了费马原理、光的反射和折射定律（包括斯涅尔定律）。随后，详细分析了透镜、反射镜、棱镜等光学元件的成像原理，并介绍了矩阵光学（ABCD矩阵）方法，用于高效处理复杂多元件系统的光路设计和光束传输分析，包括但不限于光束的束腰、束散角和光束质量因子M²的初步概念。 第三章：干涉现象 (Interference Phenomena) 干涉是波动光学的核心证据。本章深入研究了干涉的必要条件，区分了相干光源的产生方法（如分波面法和分振幅法）。详细分析了杨氏双缝干涉、薄膜干涉（包括牛顿环和迈克尔逊干涉仪）的定量理论。特别关注了反射式和透射式干涉滤光片的工作原理，为理解腔内模式奠定基础。 第四章：衍射理论 (Diffraction Theory) 本章探讨了光波绕过障碍物或孔径时产生的偏离直线传播的现象。从惠更斯-菲涅尔原理出发，推导了夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的数学表达式。重点分析了单缝、圆孔、光栅的衍射图样，并详细阐述了光栅方程在光谱分析中的应用。此外，还引入了衍射极限和阿贝衍射理论，探讨了成像系统的分辨率限制。 --- 第二部分：物质与光的作用及激光基础 (Interaction of Light and Matter, Laser Fundamentals) 本部分是连接经典光学与激光技术的核心桥梁，专注于光与原子、分子能级间的量子相互作用。 第五章：原子能级与量子力学基础 本章简要回顾了玻尔模型和薛定谔方程在描述原子结构中的作用，重点介绍描述原子能量、角动量和自旋的量子数。系统阐述了能级结构、吸收、自发辐射和受激辐射的量子力学基础，特别是爱因斯坦A、B系数的推导及其物理意义，这是理解激光增益的理论基础。 第六章：光学物质的吸收与散射 详细分析了光与物质相互作用的宏观描述，包括吸收系数、折射率和色散关系。介绍了克拉默斯-克罗尼希关系（Kramers-Kronig relations）。对瑞利散射、米氏散射以及拉曼散射等重要的光散射机制进行了深入讨论，这些现象对于理解光在介质中的损耗和光谱特性至关重要。 第七章：激光原理与增益介质 本章是全书的重点之一。首先阐述了实现激光振荡所需的三个基本要素：受激辐射、粒子数反转和光学谐振腔。详细分析了不同类型的能级系统（如两能级、三能级和四能级系统）的吸收与发射特性，并推导出激光增益系数的表达式。讨论了泵浦机制的物理限制和效率。 第八章：光学谐振腔理论 (Optical Resonator Theory) 谐振腔是激光器的核心。本章系统地分析了不同几何形状的腔体（如平凹腔、共焦腔、赫歇尔-格尼腔）的稳定性条件，并利用光线矩阵法进行稳定性分析。推导了腔内电磁场模式（纵模和横模，TEMmn）的分布，阐明了纵模的频率间隔和横模的结构。引入了腔损耗的概念及其与阈值泵浦功率的关系。 --- 第三部分：激光器类型与特性 (Laser Types and Characteristics) 本部分侧重于介绍不同类型激光器的具体实现方式、工作特性和工程应用。 第九章：固体激光器 (Solid-State Lasers) 重点介绍如Nd:YAG、红宝石激光器的工作原理、能级结构和Q开关、锁模技术。讨论了晶体材料的激光性能，以及增益介质的热效应和退火处理。 第十-十一章：气体激光器与半导体激光器 深入探讨了气体激光器（如He-Ne、CO2激光器）的激发机制、等离子体特性和输出功率限制。随后，本书将大量的篇幅聚焦于半导体激光器（二极管激光器），详细解释了PN结中的载流子注入、辐射复合过程、光子产生与耦合效率，以及异质结结构在提高性能中的作用。 第十二章：激光输出特性与应用 本章总结了激光器的关键性能指标，包括光束质量（M²因子）、线宽、频率稳定性与模式竞争。此外，还对激光在材料加工（切割、焊接）、信息传输、医疗应用（如激光手术刀）中的基本物理过程进行了概述。 --- 第四部分：高级光学主题 (Advanced Optical Topics) 本部分面向希望深入研究前沿光子学的读者，涵盖了非线性光学和现代光子学领域的重要概念。 第十三章：非线性光学导论 (Introduction to Nonlinear Optics) 本章从电极化率的级数展开出发，引入了二阶和三阶非线性响应。详细分析了二次谐波产生（SHG）、倍频和和频产生（SFG）的相位匹配条件，这是频率转换技术的核心。讨论了克尔效应、自相位调制（SPM）和自聚焦现象。 第十四章：光纤光学与传输 系统阐述了光纤的结构（阶跃型和渐变型光纤）及其模导特性。推导了光在光纤中的传播方程，包括模式场直径和有效面积。重点讨论了色散（材料色散和波导色散）和非线性效应（如受激拉曼散射SRS）对高速光通信的影响。 第十五章：全息术与相干光学 本章介绍全息记录和再现的基本原理，包括信息存储在干涉条纹中的方式。讨论了相干光在信息处理和模式识别中的应用，以及全息光学元件（HODs）的设计基础。 总结： 《激光与光学原理》不仅是一本知识的汇编，更是一套严谨的思维训练体系。通过对这些基本原理的掌握，读者将能够理解现有激光系统的设计原理，并具备设计和分析未来光电系统的基础能力。本书的数学推导详尽而严谨，配有大量的图示和例题，旨在培养读者将理论知识应用于实际工程问题的能力。

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这本书简直是光学物理爱好者的福音！我是在寻找一本能系统梳理激光基础理论，同时又不失严谨性的教材时偶然发现它的。首先，我对作者处理复杂概念的方式印象极其深刻。他们没有采取那种干巴巴的公式堆砌，而是用极其巧妙的比喻和清晰的逻辑链条，将光与物质相互作用的微观机制，以及由此衍生出的宏观激光特性，解释得淋漓尽致。例如，在阐述受激辐射的阈值条件和增益特性时，作者反复引入了“能量平衡的微妙舞蹈”这一概念，使得原本抽象的速率方程组变得生动起来。更令人赞赏的是，书中对不同类型激光器的工作原理进行了详尽的对比分析，从气体激光到半导体激光，再到光纤激光器，每一个章节都提供了详实的工程背景和应用实例，这对于我这种希望将理论知识转化为实际操作能力的读者来说，无疑是至关重要的。书中的图表绘制得极其精美和清晰，许多示意图的复杂度适中，既能帮助理解，又不会让人在细节中迷失方向。我特别喜欢它在介绍光束质量（如高斯光束的M²因子）时所展现出的那种对工程实用性的执着追求，这使得本书超越了一般的理论参考书的范畴，更像是一位经验丰富的导师在耳边细细讲解。读完前几章，我已经感觉自己对光场传播和相干性的理解上升到了一个新的层次，迫不及待地想深入研究后面的非线性光学部分。

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坦白说，这本书的厚度让我一开始有些望而却步，但一旦翻开，我就发现时间过得飞快。它的深度是惊人的，尤其是在偏振光学和干涉测量法的处理上，简直可以说是教科书级别的典范。作者对于琼斯矩阵和穆勒矩阵的引入和应用，丝滑得让人叹为观止。他们没有仅仅停留在矩阵运算的层面，而是深入探讨了如何利用这些工具来分析自然光、圆偏振光、椭圆偏振光在复杂光学元件（如波片和偏振分束器）中传输后的状态变化，这对于从事偏振敏感的传感和成像研究的同行来说，是无价之宝。我记得有一次，我在处理一个关于散射偏振特性的实验数据时遇到了瓶颈，翻阅本书中关于散射理论与偏振态演化的章节，作者提供的详细推导和案例分析，瞬间点亮了我的思路。此外，书中对傅里叶光学和衍射理论的阐述也极为透彻。它并没有回避数学的复杂性，但总是确保每一步推导都有明确的物理意义支撑。这种“数学是工具，物理是核心”的写作哲学，使得本书在保持学术高度的同时，也极大地降低了读者的理解门槛。这本书已经成为了我工具箱里最可靠的参考工具书，每当遇到棘手的偏振或衍射问题，我总能从中找到最清晰的指引。

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这本书的广度令人称奇，它在覆盖了经典的光学和激光物理核心内容之外，还对一些新兴且关键的领域进行了恰到好处的介绍，这使得它在跨学科应用中显得尤为强大。例如，书中对激光安全性和生物医学应用中的光-组织相互作用有专门的章节，这在许多纯物理导向的教材中是很少见的。作者没有将这些内容视为“附加品”，而是将其系统地整合到了光学传播和物质相互作用的框架之内。我特别欣赏其在“非线性光学”部分的处理，它精准地把握了教学的平衡点，既介绍了倍频、和频生成等基础过程，也对光孤子和超快现象的初步概念进行了介绍，而所有的这一切都建立在对电磁场与介质相互作用的微扰理论的坚实基础之上。这本书的参考文献索引极其详尽且具有指导性，每当我对某个特定主题想进行更深入的探索时，总能从中找到最权威的后续阅读方向。总而言之，它是一部既能满足本科生入门需求，又能为研究生和专业工程师提供坚实理论后盾的百科全书式的经典著作。

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我必须承认，初次接触这本书时，我对其中关于相干性和全息术的部分感到有些迷茫，因为它涉及了大量的时域和频域的变换关系。然而，正是这部分内容，最终成为了我衡量其他光学书籍的标准。作者在解释相干性概念时，采用了多层次的视角——从光子统计的微观角度到场相位的宏观描述。他们巧妙地使用了“信息传递”和“噪声抑制”的视角来解释时间相干性和空间相干性的重要性，这比传统的基于自相关函数的定义要来得更直观、更有启发性。在全息术的介绍上，这本书的处理方式更是达到了出神入化的地步。它不仅详细推导了记录和再现全息图的数学基础，还深入探讨了体积全息和数字全息的现代变种。书中关于光的全息记录媒介的材料特性讨论，也体现了作者对前沿技术的关注。读完这些章节，我对“光的存储和信息载体”这一概念的理解不再停留在简单的记录层面，而是上升到了对光场信息编码和解码的深刻认识。这本书的价值在于，它不仅教你如何计算，更教你如何“思考”光。

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这本书的结构安排简直体现了作者对教育艺术的深刻理解。它采用了一种螺旋上升的学习路径，先用直观的物理图像建立基础概念，随后引入必要的数学框架进行严谨化，最后再通过大量的应用实例来巩固和深化理解。这种安排对于自学者尤其友好。我特别欣赏它在介绍光纤光学基础时的那一部分。它不仅仅是罗列了模式场直径、数值孔径这些参数，而是细致地剖析了光纤的有效折射率是如何影响模式传播常数的，以及色散和模间串扰的物理根源。对于光纤通信领域的研究者来说，这种从基本原理出发的深入剖析，远比那些只关注应用和性能指标的“手册式”书籍要来得实在。我注意到，书中有不少关于光场分布的数值计算方法和结果展示，这显示了作者对现代光学工程计算的重视。虽然书中的某些章节涉及到的微扰理论和半经典电动力学内容确实具有相当的难度，但作者的行文风格始终保持着一种鼓励和引导的态度，仿佛在说：“是的，这很难，但我们一步一步来，你一定能掌握。”这种自信且富有耐心的叙述方式，极大地提升了阅读体验，让人在攻克难关后获得巨大的成就感。

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