Slow Light Science and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Khurgin, Jacob B.

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:

价格:1308.00元

装帧:

isbn号码:9781420061512

丛书系列:

图书标签:

• Slow light
• Optical physics
• Photonics
• Wave propagation
• Nonlinear optics
• Metamaterials
• Optical delay
• Quantum optics
• Optical storage
• Coherent control

领域前沿探索：光学、量子物理与先进材料的交汇 书名： 光的奇迹：从基本粒子到未来技术的跨越 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨光与物质相互作用的深层机制，以及这些基本原理如何驱动着现代物理学和工程学的最新突破。我们聚焦于光在不同介质中的行为、量子光学的前沿进展，以及这些知识如何转化为下一代信息技术、传感和能源解决方案。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从理论基础到实际应用的广泛领域。 第一部分：光的基本性质与经典光学重述 本部分将对光的本质进行一次深刻的回顾与拓展。首先，我们将从麦克斯韦方程组出发，系统阐述电磁波的传播理论，包括光的偏振态、干涉和衍射现象的数学描述。我们不会止步于高中物理的范畴，而是深入探讨傅里叶光学，解析光场在空间和频率域的转换规律，这对于理解图像处理和光学信息处理至关重要。 接着，我们将详细讨论光在复杂介质中的传播特性。这包括对折射率、色散关系（如康普顿散射和拉曼散射的经典解释）的深入分析。我们将引入非线性光学的基础，探讨高强度光束与物质相互作用时产生的倍频、和频生成等现象，为后续量子非线性效应的讨论奠定基础。 第二部分：量子电动力学与光物质相互作用的微观图景 本卷是全书的核心理论部分，它将读者带入量子力学的领域，阐述光子作为基本粒子的特性。我们将详细解析光与原子、分子相互作用的量子理论框架，包括爱因斯坦的自发辐射、受激辐射和吸收系数的定量描述。 重点章节将深入探讨量子光学领域： 1. 量子态的描述： 介绍相干态、压缩态以及光场量子化的数学工具，如对易关系和产生湮灭算符。我们将解释如何通过量子态来描述光场的噪声特性，并初步引入量子信息论的基本概念。 2. 光与物质的耦合机制： 详细分析光在腔体内的行为，即腔量子电动力学（Cavity QED）。我们将探讨光子与处于特定能级的原子在强耦合状态下的行为，例如拉比振荡和Purcell效应，这些现象是构建新型光子器件的关键。 3. 量子噪声与测量： 深入解析光场中的散粒噪声（Shot Noise）的来源，并介绍如何通过压缩光（Squeezed Light）技术来突破经典测量精度极限，这对于高灵敏度引力波探测等应用具有里程碑意义。 第三部分：先进光学材料与结构设计 本部分将理论与工程实践紧密结合，探讨如何通过设计特定的材料结构来精确控制光的行为，从而实现传统光学元件无法达到的功能。 1. 超材料（Metamaterials）与负折射率： 详细介绍超材料的基本设计原理，即通过亚波长尺度的结构单元（meta-atoms）来模拟天然材料中不存在的等效电磁参数（如负介电常数和负磁导率）。重点讨论负折射率透镜的理论可行性和局限性。 2. 光子晶体（Photonic Crystals）： 阐述光子带隙的形成机制，即周期性结构如何阻止特定频率光子的传播。我们将分析一维、二维和三维光子晶体的能带结构计算方法，以及它们在波导、滤波器和光限制器中的应用潜力。 3. 拓扑光子学： 这是一个新兴且快速发展的领域。我们将介绍拓扑不变量在描述光场模式中的作用，重点讲解边缘态（Edge States）的鲁棒性——这些模式对缺陷和散射具有极强的抵抗力，为构建抗损耗的光学电路提供了全新的思路。 第四部分：光子技术的应用前沿 本书的最后部分将展示上述基础物理和材料科学的最新应用成果，涵盖信息、计算和传感三大领域。 1. 高速光通信与集成光子学： 讨论硅基光子学（Silicon Photonics）的最新进展，包括如何利用CMOS工艺制造高速调制器、波导耦合器和片上光源。我们将分析硅光子器件在高带宽数据中心中的关键作用。 2. 量子信息处理的基础光学实现： 探讨利用光子作为量子比特（Qubit）的优势。内容包括单光子源的制备技术（如利用量子点或缺陷中心）、光子逻辑门的实现（如线性光学下的贝尔态测量）以及如何构建量子网络中的光子中继器。 3. 高精度光学传感与成像： 介绍利用量子增强技术提高传感灵敏度的案例，例如利用压缩光提高干涉仪的信噪比。此外，我们将探讨幽灵成像（Ghost Imaging）和基于光场调控的深度传感技术，展示光学在生物医学和遥感领域的巨大潜力。 本书面向具有扎实数学和物理背景的本科高年级学生、研究生以及光电子、信息物理领域的研究人员和工程师。通过对经典、量子和结构化光学的多维度整合，读者将能够建立一个连贯的知识体系，为应对未来的技术挑战做好准备。我们相信，对光本质的深刻理解是通往下一代科学发现的关键钥匙。

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