具体描述
好的，这是一份关于一本名为《Nanophotonics》的图书的详细简介，内容不涉及您提到的具体书名，而是侧重于光与物质在纳米尺度上的相互作用这一广泛领域。 --- 书名：微纳光子学：基础理论与前沿应用 (Hypothetical Title for Context) 图书简介 第一部分：微纳光子学的核心概念与理论基石 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，剖析光与物质在纳米尺度上的复杂相互作用及其所催生的新兴技术领域。微纳光子学，作为连接光学、凝聚态物理和材料科学的交叉学科，其核心在于对光波的精确操控和调控，以实现远超传统衍射极限的光学功能。本书结构严谨，从基础的光与物质相互作用的量子力学描述出发，逐步过渡到经典电磁场的波动理论及其在纳米结构中的应用。 理论基础：电磁场与物质的耦合 在微观层面，光子的能量与物质中电子能级的跃迁紧密相关。本书首先详尽阐述了光与原子、分子及固体材料相互作用的基本机制，包括吸收、自发辐射、受激辐射以及拉曼散射等。随后，我们将深入探讨这些相互作用在纳米尺度上如何被极端地放大或抑制。重点内容包括： 1. 麦克斯韦方程组的纳米尺度修正与数值求解： 传统麦克斯韦方程在描述亚波长结构中的电磁场分布时，需要借助先进的数值方法。本书详细介绍了有限差分时域法（FDTD）、有限元法（FEM）以及快速多极展开法（FMM）在模拟光在纳米结构中传播、散射和局域化行为中的应用。读者将学习如何准确捕捉表面等离激元共振、局域表面等离激元（LSPRs）以及光子带隙的形成机理。 2. 局域场增强效应与近场光学： 纳米结构，如金属纳米颗粒和光子晶体，能够将入射光限制在远小于波长的体积内，产生极强的电磁场局域增强。本书深入分析了等离激元学的基础——自由电子在金属表面的集体振荡，以及这种振荡如何引发强大的散射和吸收。同时，对近场扫描光学显微镜（NSOM）等技术背后的物理原理进行了详尽的论述，揭示了超越传统衍射极限的成像潜力。 光子晶体与能带工程 光子晶体作为一种人工设计的周期性介质结构，其核心功能在于调控光子的能量和动量，从而形成“光子能带结构”。本书用大量篇幅阐述了光子带隙理论，解释了三维光子晶体、二维光子晶体（Photonic Crystal Slabs）的设计准则和制备挑战。探讨了缺陷态的引入如何实现光波的引导、反射和滤波，为集成光路和新型谐振腔的设计奠定了理论基础。 第二部分：关键纳米光学结构与器件 微纳光子学的实践依赖于对特定纳米结构的精确构筑和功能集成。本部分聚焦于几种最具代表性的纳米光子器件及其背后的物理机制。 等离激元学器件：超越电子的速度极限 等离激元技术是当前研究的热点之一。本书细致地剖析了表面等离激元极化激元（SPPs）和局域表面等离激元（LSPRs）的特性。重点介绍了一系列基于等离激元的器件概念： 超分辨成像与传感： 等离激元纳米天线阵列如何实现对亚波长目标的精确探测，以及在生物医学成像和化学传感中的灵敏度提升。 等离激元波导： 论述了金属-介质界面和金属纳米线中SPP的传播损耗问题，以及通过结构优化（如孔径设计、介质填充）来延长传播距离和提高集成度的策略。 超构表面（Metasurfaces）： 这是一个革命性的概念，它利用二维超薄结构（亚波长单元阵列）来精确操控光的相位、振幅和偏振。本书详细介绍了Pancharatnam–Berry (PB) 相位原理，以及如何通过几何相位调控实现平面化、大角度的光束偏转、全息成像和广谱调控。 纳米激光器与光电集成 在微纳尺度下实现高效的光源是集成光子学的核心诉求。本书探讨了纳米腔体对自发辐射的调控作用（Purcell效应），这是设计高效激光器的关键。 半导体纳米激光器： 分析了分布式反馈（DFB）激光器、表面发射激光器（VCSELs）在纳米尺度下的性能提升，以及量子点、量子阱等半导体异质结在激光发射中的作用。 表面等离激元激光器（Spasers）： 这种新型激光器利用等离激元的局域场增强，克服了传统半导体激光器受衍射极限制约的尺寸限制。本书深入探讨了Spasers的阈值、增益机制以及其在超快光学和集成电路中的潜在应用。 第三部分：前沿应用与未来展望 微纳光子学已不再是纯理论研究，其成果正以前所未有的速度转化为实际应用，深刻影响着信息技术、能源和生命科学领域。 生物光子学与传感 纳米尺度的光学操作为生物系统的无创、高灵敏度检测提供了可能。本书详细讨论了： 单分子检测： 如何利用巨大的拉曼散射增强效应（SERS）实现对单个分子或极低浓度生物标志物的识别。 活细胞成像： 基于共聚焦技术和新型荧光探针，利用纳米结构实现的靶向照明和超分辨成像技术，用以观察细胞内动态过程。 光热疗法： 利用特定纳米材料（如金纳米棒、量子点）对特定波长光的选择性吸收，将其能量转化为热量以选择性摧毁癌细胞的机制和优化策略。 能源与光伏 在可再生能源领域，微纳光子学是提升光捕获效率的关键技术。本书探讨了如何通过纳米结构来拓宽太阳能电池的吸收光谱和增加光程长度： 纳米纹理化表面： 论述了微结构和纳米线阵列如何通过抗反射和光陷阱效应提高光吸收效率。 量子点太阳能电池： 探讨了利用量子限制效应实现多激子产生（MEG）的潜力，以及量子点作为光敏层在柔性和低成本光伏器件中的应用。 高速光通信与量子信息 微纳光子学是实现片上集成光路（Photonic Integrated Circuits, PICs）的基础，它有望解决传统电子元件的带宽和功耗瓶颈。 硅光子学（Silicon Photonics）： 深入分析了SOI（Silicon-on-Insulator）平台上的波导、耦合器、调制器和环形谐振腔等关键元件的设计和性能优化，以支持Tb/s级别的数据传输速率。 量子光源与光量子计算： 介绍了如何利用半导体量子点或色心（如NV色心）作为高效的单光子源，以及微纳腔体如何增强光子与量子比特之间的相互作用，从而为可扩展的量子信息处理奠定硬件基础。 总结 本书不仅是一本关于纳米尺度下光与物质相互作用的教科书，更是一部面向未来的技术蓝图。它强调理论的严谨性、数值模拟的实用性，以及实验实现的挑战与突破。通过对电磁场、材料结构和器件原理的系统性阐述，读者将能够掌握驾驭光子流动的核心能力，为下一代光电子和信息技术的创新提供坚实的知识储备。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.wenda123.org All Rights Reserved. 图书目录大全 版权所有