《视觉神经生理学(第2版)》为全国高等学校视光学专业本科教材的修订版。在充分听取和吸收了各高校和使用单位的反馈意见和建议,并根据卫生部全国高等学校教材的原则和基本要求,对新版《视觉神经生理学》的布局、格式等进行了较大篇幅的调整。对各章节内容进行了更新、充实、修改,注意国内外视觉科学的新进展,新技术,同时也作了必要的调整、删减。诸如:第一章“概论”增加了视觉心理物理学和视觉神经生理学的内容;将“视知觉的研究方法”的内容并人“概论”;重新编写了视觉的神经机制部分;增加了“视觉发育”的内容;在“视网膜电图”部分增加了近年来关于视网膜电图各波起源研究的成果。这使得该教材的逻辑性、科学性、系统性、可读性更强,更符合教学规律。
《光学物理学:从基础到前沿》 内容简介 本书旨在全面、深入地探讨光学物理学的核心原理、关键技术及其在现代科学与工程中的广泛应用。内容覆盖了从经典几何光学到尖端量子光学、非线性光学等多个领域,力求构建一个系统、连贯且富有启发性的知识体系,以满足物理学专业学生、研究人员以及对光现象有深度兴趣的工程师的需求。 第一部分:几何光学与波动光学基础 第一章:光的本性与几何光学基础 本章首先回顾了人类对光本质的认识历史,从牛顿的微粒说到惠更斯的波动理论,为后续的深入探讨奠定基础。随后,重点阐述几何光学的基本定律,包括光的直线传播、反射定律和折射定律(斯涅尔定律)。详细分析了平面镜、球面镜和透镜的成像原理,通过矩阵光学(如焦平面矩阵、光线传输矩阵)方法,系统地描述了复杂光学系统的光路设计与像差分析,包括球差、彗差、像散和场曲等一、二级像差的产生机理及校正方法。此外,还讨论了光阑与孔径的控制,以及光束的通过能力和分辨率的理论极限。 第二章:电磁波理论与波动光学 本章将光学理论提升至麦克斯韦方程组的高度。首先,详细推导了光作为电磁波的性质,包括波的矢量特性(电场、磁场的方向和振动特性)。随后,深入探讨光的干涉现象,从双缝干涉、薄膜干涉到更为复杂的马赫-曾德尔干涉仪。对光的衍射现象进行了详尽的分析,包括夫琅禾费衍射(单缝、圆孔、光栅)和菲涅耳衍射,并利用傅里叶光学原理阐述了衍射的物理图像和数学描述。本章末尾,重点介绍偏振光的产生、描述(琼斯矢量、穆勒矩阵)及其应用,包括偏振片、波片等光学元件的工作原理。 第二部分:光与物质的相互作用 第三章:光的吸收、散射与辐射 本章聚焦于光与介质的相互作用。详细讨论了光在材料中的吸收、辐射和散射过程。在吸收方面,阐述了基于量子力学的能级跃迁理论,包括吸收截面、朗伯-比尔定律及其局限性。在散射方面,区分了瑞利散射、米氏散射,并引入了拉曼散射的原理,解释了其在分子结构分析中的重要性。此外,本章还深入探讨了黑体辐射理论,从维恩位移定律到普朗克辐射定律的推导过程,为激光的产生提供了理论基础。 第四章:晶体光学与双折射 本章专注于光在各向异性介质(晶体)中的传播特性。系统介绍了晶体的宏观电学性质与微观结构的关系,重点阐述了双折射现象,包括寻常光束和非常光束的形成、光程差的计算。通过分析晶体的光波法界面(Fresnel’s ellipsoid of wave normals),解释了单轴晶体和双轴晶体的光传播特性。详细讨论了波片(四分之一波片和半波片)的工作原理及其在控制光偏振态中的应用,并分析了双折射棱镜(如尼科尔棱镜)的分光作用。 第三部分:现代光学核心技术 第五章:激光原理与技术 激光是现代光学的核心技术之一。本章从爱因斯坦的受激辐射理论出发,详细阐述了激光产生的必要条件:粒子数反转、受激发射和受激吸收。全面分析了激光器的基本结构,包括增益介质、谐振腔(腔模、光束质量)和泵浦源。系统地分类介绍了不同类型的激光器,包括气体激光器(如He-Ne、CO2)、半导体激光器和固体激光器。重点讨论了激光的特性(单色性、相干性、方向性)及其在精密测量、材料加工和通信中的应用。 第六章:非线性光学 随着激光技术的发展,高强度光与物质的非线性相互作用成为研究热点。本章系统介绍了二阶非线性效应,如频率转换(倍频、和频、差频),并讨论了其在产生新波长光源中的应用。深入分析了三阶非线性效应,如自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和自聚焦。本章还涵盖了光孤子的理论基础及其在光纤通信中的潜力,以及参量放大和泵浦过程的理论模型。 第七章:傅里叶光学与信息处理 本章将波动光学与信号处理的理论相结合。详细阐述了光的衍射过程与傅里叶变换的关系,展示了透镜作为傅里叶变换器的作用。通过相干光照明下的光学系统,分析了系统的点扩散函数(PSF)、光学传递函数(OTF)和调制传递函数(MTF)。重点介绍了光学滤波技术,包括空间滤波(如相位型滤波、振幅型滤波)在图像去模糊、增强和模式识别中的应用。本章还简要介绍了全息术的原理,包括记录和再现过程。 第四部分:光纤与导波光学 第八章:光纤光学导波理论 光纤是现代通信和传感技术的基石。本章从麦克斯韦方程组在介质界面上的边界条件出发,推导了平面波在层状波导中的传播模式。随后,详细分析了圆介质光纤的导波特性,包括V数、有效折射率、归一化频率以及不同模式(HE、EH模式)的特点。重点区分了单模光纤和多模光纤的特性,并讨论了光纤中的损耗(吸收、散射)和色散(模间色散、材料色散、波导色散)机制及其对信号传输速率的影响。 第九章:光纤中的非线性与新型光纤 本章探讨了光纤中的高功率效应。回顾了光纤中的受激拉曼散射(SRS)和受激汤姆孙散射(STDS)。详细分析了非线性克尔效应在光纤中的表现,以及光孤子在零色散波长附近的稳定传输。本章最后介绍了特种光纤,如保偏光纤(PMF)的结构和原理、光子晶体光纤(PCF)的独特导光机制及其在光纤传感和高功率传输中的应用前景。 总结与展望 全书以严谨的数学推导和丰富的物理图像相结合的方式,力求清晰展现光学物理学的全貌。后续章节对量子光学、生物光学和先进成像技术(如共聚焦显微镜、荧光成像)的理论基础和工程实践进行了概述,指出了该领域未来在超快科学、量子计算和生物医学工程中的发展方向。本书的编写注重理论的深度和工程应用的广度,是理解和掌握现代光学技术的权威参考书。