Principles and Applications of Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Brustolon, M. R.

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价格:199.99

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isbn号码:9780813809120

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图书标签:

• EPR
• Electron Paramagnetic Resonance
• Spectroscopy
• Physics
• Chemistry
• Materials Science
• Magnetic Resonance
• Molecular Physics
• Quantum Chemistry
• Radicals

探索物质世界的无形之手：非线性光学现象及其在现代科学中的应用 本书旨在为物理学、化学以及材料科学领域的科研人员和高级学生提供一个深入、全面的视角，聚焦于非线性光学（Nonlinear Optics, NLO）这一前沿且至关重要的研究领域。我们避开了传统的电子顺磁共振（EPR）光谱学的具体技术细节和应用案例，转而深入探讨光与物质相互作用在强光场下所展现出的复杂、非线性的物理机制，及其如何催生出革命性的技术和新的材料设计原理。 非线性光学是研究光场强度足够强，使得介质的极化强度不再是电场强度的线性函数的现象的学科。在日常的低强度光照下，物质的响应是线性的，这构成了我们理解折射率和吸收等基本光学性质的基础。然而，当光子的通量达到特定阈值时，电子云的振动模式开始偏离简谐近似，高阶的极化项——如三阶、五阶乃至更高阶的项——变得不可忽略，这便是非线性光学现象的物理根源。 本书的结构被精心设计，旨在引导读者从基础的量子力学和经典电磁学出发，逐步构建对非线性光学现象的直观理解和精确数学描述。 第一部分：非线性光学的基础理论框架 本部分着重于建立理解非线性光学效应所需的理论基石。 第一章：从线性到非线性的转变：介质极化与场耦合 我们首先回顾经典的麦克斯韦方程组在线性介质中的解，引入介电函数和Susceptibility张量的概念。随后，我们将重点分析极化强度 $mathbf{P}$ 对电场 $mathbf{E}$ 的泰勒展开，精确地界定二阶 ($chi^{(2)}$)、三阶 ($chi^{(3)}$) 等高阶非线性极化率的物理意义。讨论这些高阶极化率张量在晶体对称性下的张量形式，强调其各分量的物理限制和它们对特定光学过程的决定性作用。 第二章：频率转换的量子力学诠释 本章深入探究微观层面：光子是如何被介质吸收、激发，并以新的频率组合重新发射出来的。我们将运用时间依赖微扰理论（Time-Dependent Perturbation Theory），特别是Keldysh-Floquet理论的简化形式，来推导产生二阶和三阶非线性效应的概率幅。详细分析能量守恒（相位匹配的重要性）和动量守恒（波矢匹配）在宏观效应实现中的关键作用。 第三章：光场驱动下的介质响应动态学 除了瞬时的效应，我们还将探讨光场驱动下电子云的非平衡态响应。引入玻尔兹摩尔模型（Bloch Equations）的非线性推广，用于描述在超快激光脉冲作用下，介质（特别是半导体和稀有气体）中载流子布居数、相干演化与非线性极化的相互作用。这将为理解诸如自聚焦和超快光谱学奠定基础。 第二部分：核心非线性光学现象的深度剖析 本部分详细阐述了最重要的几类非线性光学效应，并区分了它们在不同材料系统中的表现差异。 第四章：二阶非线性过程：频率倍增与和频/差频生成 重点研究具有无反演对称性的晶体（如铌酸锂LiNbO3或BBO晶体）中发生的二阶效应。详细分析二次谐波产生（Second Harmonic Generation, SHG）的效率依赖于晶体结构、泵浦光强度和至关重要的相位匹配（Phase Matching）技术——包括双折射匹配和准相位匹配（Quasi-Phase Matching, QPM）的实现原理与工程挑战。同时，对比分析和频生成（Sum-Frequency Generation, SFG）在表面或界面分析中的独特优势。 第五章：三阶非线性光学：四波混频与自作用效应 本章聚焦于所有材料（包括中心对称介质）中都存在的三阶非线性效应。详细阐述四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）的原理，解释其在生成新的频率成分（如参量放大）中的应用。随后，深入剖析光学克尔效应（Optical Kerr Effect），这是导致自聚焦（Self-Focusing）和自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）的核心机制。这些效应是超快激光物理学，特别是飞秒脉冲展宽和孤子形成理论的基石。 第六章：拉曼与布里渊散射的非线性光子学视角 将传统的散射过程提升至非线性相互作用的高度。分析受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）和受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）中，光子与声子（晶格振动）的非线性耦合机制。讨论这些过程在光纤通信中的限制（如SBS引起的功率阈值）以及它们在新型光纤激光器中的积极应用。 第三部分：现代非线性光子器件与前沿应用 本部分将理论知识与工程实践紧密结合，探讨非线性光学如何驱动现代光学技术的发展。 第七章：超连续谱的产生与超快光学脉冲的塑造 本章聚焦于利用高非线性光纤（如微结构光纤）的强大三阶非线性能力，实现超连续谱（Supercontinuum Generation, SCG）。详细分析SCG过程中，SPM、交叉相位调制（XPM）以及光孤子等效应的协同作用，如何将窄带宽的泵浦光扩展至近乎整个可见光和近红外波段。讨论SCG在计量学和生物成像中的重要性。 第八章：非线性集成光子学与片上频率梳 探讨如何将非线性光学效应集成到微纳尺度平台上。详细介绍硅基、氮化硅（SiN）等平台中波导的有效非线性系数优化，以及如何利用高Q值谐振腔实现光频率梳（Optical Frequency Comb）的片上产生。分析如何通过精确控制腔内色散和克尔效应的平衡来实现克尔透镜锁模。 第九章：非线性光学在传感与成像中的新范式 考察非线性过程在生物医学和材料表征中的应用。超越传统的线性吸收，重点研究二次谐波显微成像（SHG Microscopy）在无标记、高对比度检测非中心对称结构（如胶原纤维）中的独特优势，以及双光子吸收（Two-Photon Absorption, TPA）在深层活体成像和光动力疗法中的潜力。讨论如何利用高阶非线性效应实现对物质内部结构的无损、高分辨率探测。 结论：面向未来的非线性材料设计 最后，本书总结了非线性光学领域面临的挑战，特别是开发具有更高非线性响应、更低损耗和更宽光谱窗口的新型介质材料的需求。展望未来，展望人工超材料（Metamaterials）和拓扑绝缘体在增强和调控非线性效应方面的巨大潜力。 本书力求通过严谨的理论推导和丰富的实例分析，使用户能够透彻掌握光与物质在强场作用下的复杂舞蹈，并能灵活应用于解决复杂的物理、化学和工程问题。

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