光子光學(xué)

前言

光是一種無需介質(zhì)而能在真空中傳輸?shù)碾姶挪?；光是由光子組成的能量波；光是可視而觸摸不到的特殊物質(zhì)}光是能量傳輸?shù)囊环N過渡態(tài)……由于光的本質(zhì)太復(fù)雜了，要回答光是什么的問題，真是一言難盡。因此，描述光的本質(zhì)的光學(xué)原理就更為復(fù)雜和豐富了。從常見的光學(xué)現(xiàn)象出發(fā)，在線性光學(xué)范圍內(nèi)，光學(xué)原理基本上可分為光線光學(xué)、光波光學(xué)和光子光學(xué)三大部分。光子光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。光線光學(xué)的光線理論，較完善地描述了光的折射和光的反射等有關(guān)現(xiàn)象；光波光學(xué)的電磁波理論較滿意地論述了光的干涉、光的衍射和光的偏振等有關(guān)現(xiàn)象；而光子光學(xué)的光量子理論準(zhǔn)確地闡述了光的輻射、吸收和光的發(fā)射等光的產(chǎn)生和光的湮滅現(xiàn)象，成為現(xiàn)代光學(xué)原理的重要組成部分。本書以第1章光子原理為基礎(chǔ)，在后五章中系統(tǒng)完整地分別論述光的輻射，光的色散，光的吸收，光的散射和光的發(fā)射等五類光學(xué)現(xiàn)象；第7章介紹應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)中典型的光子光學(xué)器件。光子光學(xué)的核心是光子能量的傳遞和物質(zhì)分子的能態(tài)改變。光子光學(xué)研究的對(duì)象是光與物質(zhì)的相互作用，光子光學(xué)試圖回答光從何處來，又到哪里去的問題。本書是作者在航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院幾十年的光學(xué)研究工作的結(jié)果，表達(dá)了對(duì)光學(xué)科學(xué)發(fā)展的關(guān)切之情，期盼現(xiàn)代光學(xué)原理更好地應(yīng)用和發(fā)展。本書的重點(diǎn)是對(duì)基本光學(xué)現(xiàn)象的分析，同時(shí)又注重應(yīng)用研究的需要，避免復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。不僅考慮光學(xué)學(xué)科研究的深度，而且又顧及基本原理應(yīng)用的廣度；既立足于分支學(xué)科的深入分析，又放眼于相關(guān)交叉學(xué)科的橫向發(fā)展。由于現(xiàn)代科學(xué)的飛速發(fā)展，知識(shí)已突破學(xué)科的界限，新興邊緣學(xué)科不斷涌現(xiàn)，任何學(xué)科都不能孤立地存在和發(fā)展，因而必須重視學(xué)科前沿的研究發(fā)展趨勢(shì)。

內(nèi)容概要

本書以光子學(xué)的基本原理為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地論述了光的輻射、光的吸收、光的色散、光的散射和光的發(fā)射等光與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象，最后介紹應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)中典型的光子光學(xué)器件。本書是一部學(xué)科基礎(chǔ)理論專著，也是一部研究與光學(xué)相關(guān)的許多交叉學(xué)科發(fā)展的基本理論參考書?！　”緯晒氖鹿鈱W(xué)以及相關(guān)交叉學(xué)科研究的科技工作者和教師閱讀參考，以及理、工、醫(yī)、農(nóng)等與光學(xué)交叉的各類專業(yè)的學(xué)生使用，還可作為高等院?！镀胀ü鈱W(xué)》課程的教材。

作者簡(jiǎn)介

李桂春，浙江海寧人，生于1943年10月。1966年畢業(yè)于浙江大學(xué)光學(xué)儀器系，分配到原七機(jī)部第701研究所工作(后改名為航天部北京空氣動(dòng)力技術(shù)研究所，現(xiàn)名為航天科技集團(tuán)公司航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院)?，F(xiàn)任航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院研究員，屬航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院專家組成員。數(shù)十年來，一直從事實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)和測(cè)量方法的研究，設(shè)計(jì)了多種類型的流場(chǎng)測(cè)量和顯示儀器，包括氣動(dòng)光學(xué)、光子光學(xué)及高速攝影等專業(yè)光學(xué)領(lǐng)域。曾任中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)高速攝影與光子學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員。1978年因參與高速火焰精密切割噴嘴研制合作項(xiàng)目獲全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。1982年在全國(guó)高速攝影技術(shù)學(xué)習(xí)班上，主講《高速攝影技術(shù)應(yīng)用方法》，推動(dòng)了高速攝影技術(shù)、氣動(dòng)光學(xué)與光子光學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展。在總結(jié)數(shù)十年實(shí)驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，2006年在國(guó)防工業(yè)出版社出版了空氣動(dòng)力學(xué)與光學(xué)的交叉學(xué)科專著——《氣動(dòng)光學(xué)》，2008年出版了空氣動(dòng)力模擬試驗(yàn)光學(xué)技術(shù)專著——《風(fēng)洞試驗(yàn)光學(xué)測(cè)量方法》，鍥而不舍地為光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

書籍目錄

緒論 第1章　光子原理 　1.1　光量子學(xué)說 　　1.1.1　普朗克的振子能量分立說 　　1.1.2　愛因斯坦的光量子理論 　　1.1.3　玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論 　1.2　能態(tài)體系 　　1.2.1　波函數(shù)、態(tài)矢及算符 　　1.2.2　薛定諤方程 　　1.2.3　密度算符 　　1.2.4　能級(jí)躍遷 　1.3　光子的量 　　1.3.1　光子場(chǎng) 　　1.3.2　光子的量 　1.4　光子的態(tài) 　　1.4.1　光子的狀態(tài) 　　1.4.2　光子數(shù)態(tài) 　　1.4.3　光子位相態(tài) 　　1.4.4　光子相干態(tài) 　1.5　光子在介質(zhì)中的傳輸， 　　1.5.1　光子分布函數(shù)和傳輸基本方程 　　1.5.2　光子的吸收、散射和輻射 　　1.5.3　光子傳輸?shù)囊话惴匠?第2章　光的輻射 　2.1　光輻射的基本概念 　　2.1.1　熱輻射和光量子 　　2.1.2　基本輻射量 　　2.1.3　輻射光譜 　2.2　光輻射的基本理論 　　2.2.1　偶極子輻射理論 　　2.2.2　電極化率理論 　　2.2.3　洛倫茲線型和高斯線型 　　2.2.4　輻射的光子理論 　2.3　光輻射基本定律 　　2.3.1　基爾霍夫定律 　　2.3.2　經(jīng)典黑體輻射定律 　　2.3.3　普朗克黑體輻射定律 第3章　光的色散 　3.1　光色散的基本概念 　　3.1.1　色散介質(zhì)中的光波 　　3.1.2　分子的極化特性 　　3.1.3　分子的色散 　3.2　光色散的基本原理 　　3.2.1　洛倫茲色散理論 　　3.2.2　色散的光子理論分析 　　3.2.3　色散函數(shù) 　　3.2.4　用高斯單位制表示色散公式 　　3.2.5　折射率隨波長(zhǎng)變化的分析 　　3.2.6　離子一離子型偶極子色散 　3.3　導(dǎo)體和等離子體的色散 　　3.3.1　導(dǎo)體的色散原理 　　3.3.2　等離子體的色散 第4章　光的吸收 　4.1　土光吸收的概念 　　4.1.1　光的吸收 　　4.1.2　介質(zhì)的光吸收系數(shù) 　　4.1.3　光的吸收定律 　4.2　光吸收的光子原理 　　4.2.1　光吸收過程 　　4.2.2　吸收光譜 　　4.2.3　光吸收的動(dòng)力學(xué) 　4.3　光吸收效應(yīng) 　　4.3.1　光能量的轉(zhuǎn)化 　　4.3.2　光子化學(xué)效應(yīng) 　　4.3.3　光子物理效應(yīng) 　　4.3.4　光子化學(xué)一物理效應(yīng) 　　4.3.5　光子生物效應(yīng) 第5章　光的散射 　5.1　光散射的基本原理 　　5.1.1　散射現(xiàn)象 　　5.1.2　散射的基本原理 　　5.1.3　晶體中光的散射 　　5.1.4　大氣中光的散射 　　5.1.5　生物組織體的光散射 　5.2　微粒散射和分子散射 　　5.2.1　微粒散射 　　5.2.2　移動(dòng)微粒散射的多普勒頻移 　　5.2.3　分子的散射 　5.3　喇曼散射 　　5.3.1　自發(fā)散射和受激散射 　　5.3.2　喇曼散射經(jīng)典理論 　　5.3.3　受激喇曼散射的光子理論 　　5.3.4　相干反斯托克斯喇曼散射 　　5.3.5　光聲喇曼散射 　5.4　布里淵散射 　　5.4.1　普通布里淵散射 　　5.4.2　受激布里淵散射 　5.5　其他光子散射 　　5.5.1　光子散射的形式 　　5.5.2　康普頓散射的光子理論 第6章　光的發(fā)射第7章　光子光學(xué)器件附錄A　物質(zhì)方程中的物理量及其關(guān)系 附錄B　光的基本參數(shù)及相互關(guān)系 附錄C　量子力學(xué)的基本假設(shè) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1．光是什么光是那么神奇，常用光怪陸離來形容多彩的世界。陽(yáng)光，如同水和空氣一樣，具有能量，是生命三要素之一。數(shù)百年來，在漫長(zhǎng)的現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展史上不斷地追問，光是什么?!籠統(tǒng)地說，光是一種看得見摸不到的特殊物質(zhì)。說其特殊，是它不同于常見的固體、液體和氣體物質(zhì)，它是一種電磁波，但它與電、磁又有不同之處，它是具有視覺效應(yīng)的電磁波，可以在真空中傳輸。光是一種重要的自然現(xiàn)象。由于人眼能接收光，人眼又是一種極其高級(jí)精密全自動(dòng)的光接收器，因此能看到宏觀世界瞬息變化的景象。人類的生存離不開光，最基本的有自然光，如太陽(yáng)光、月光、星光、火光等。幾百年來，隨著科學(xué)進(jìn)步，人類創(chuàng)造了很多人造光源，如最初的熱發(fā)光的白熾燈；又發(fā)明了氣體放電發(fā)光的放電燈；激光是第三次發(fā)明的新光源，激光的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前兩次發(fā)明的光源；近20年來，又第四次發(fā)現(xiàn)了新光源，是在同步加速器上產(chǎn)生的輻射光，也稱為同步光。光不是氣體，但可以充滿空間；光不是液體，但可以像液體一樣流動(dòng)并用器件成形，即可以用光子器件進(jìn)行準(zhǔn)直、會(huì)聚、發(fā)散、過濾，形成一定品質(zhì)和形狀的光束；與液體和氣體在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)相似，光還可以在光導(dǎo)纖維中作長(zhǎng)距離的傳輸。固體、液體是由分子、原子等粒子組成，是連續(xù)的有形體的物質(zhì)，人們能直接感觸到；氣體同樣也是由粒子組成，但是無色的氣體看不見也摸不到，因?yàn)槠渥詈蟮募尚螒B(tài)太小而不能被直接感知，光這種物質(zhì)既有像液體、氣體在管道中的流動(dòng)性，也有像氣體那樣不能觸摸到。由于光是由觸摸不到的更小集成形態(tài)的光子組成，光子是能量分立形態(tài)的粒子，既然有流體的一些特性，因此從形態(tài)上可以說，光是一種光子流體，可以形成光刀、光鑷、光筆等準(zhǔn)物體。雖然光沒有形體，卻能感受到熱輻射光的電磁輻射的熱量，因?yàn)楣庾邮悄芰康莫?dú)立單元，所以也可以說光是物質(zhì)的過渡態(tài)。光不能被直接儲(chǔ)存，一旦被儲(chǔ)存，光則轉(zhuǎn)變成其他的物質(zhì)形態(tài)了。光儲(chǔ)存是一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程，如光電、光熱、光聲、光磁等各種復(fù)雜的效應(yīng)。

編輯推薦

《光子光學(xué)》是由國(guó)防工業(yè)出版社出版的。

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