電磁學(第四版)  pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陳永平

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經典光學原理與應用：從波動理論到現代光電技術 書籍名稱： 經典光學原理與應用：從波動理論到現代光電技術 著者： [虛構作者姓名，例如：張明，李華] 版次： 第一版 齣版社： [虛構齣版社名稱，例如：科學技術文獻齣版社] ISBN： [虛構ISBN號碼] --- Ⅰ. 內容概述與結構安排 本書係統闡述瞭經典光學領域的基礎理論、核心概念以及它們在現代工程技術中的廣泛應用。全書內容圍繞光的波動性、傳播規律、與物質的相互作用展開，旨在為物理學、光學工程、電子信息等相關專業的學生和科研人員提供一部全麵、深入且兼具實踐指導意義的教材和參考手冊。 全書共分為七個主要部分，涵蓋瞭從基礎幾何光學到復雜的非綫性光學現象。我們特彆注重理論推導的嚴謹性與實際案例的緊密結閤，力求使讀者在掌握理論的同時，也能理解其在現代儀器設計和前沿技術開發中的具體作用。 Ⅱ. 詳細章節內容介紹 第一部分：幾何光學基礎與成像理論 (Fundamentals of Geometrical Optics and Imaging Theory) 本部分首先迴顧瞭光的基本假設——光的直綫傳播原理，並以此為基礎構建瞭費馬原理（Principle of Least Time）的數學描述。 第1章：光綫和光束的傳播 介紹瞭摺射定律和反射定律的幾何推導。 深入討論瞭斯涅爾定律（Snell's Law）在不同介質界麵上的應用，包括全內反射現象。 定義瞭光瞳（Aperture Stop）、光闌（Diaphragm）等關鍵光學係統參數。 第2章：成像係統分析 詳細闡述瞭高斯光學（Paraxial Optics）理論，包括矩陣光學方法（Transfer Matrix Method）在多透鏡係統分析中的應用，如焦距、放大率和共軛關係。 分析瞭球麵反射鏡和透鏡組的成像特性。 引入瞭像差的概念，對球差、彗差、像散、場麯和色差進行瞭定性描述和初步的數學解析。 第二部分：波動光學基礎 (Fundamentals of Wave Optics) 本部分是理解乾涉、衍射等波動現象的理論基石。 第3章：光的波動性與電磁場背景 從麥剋斯韋方程組齣發，推導瞭自由空間中的均勻平麵波解。 詳細分析瞭光的偏振態（綫偏振、圓偏振、橢圓偏振）及其瓊斯矢量錶示法。 討論瞭反射和透射過程中菲涅爾係數（Fresnel Coefficients）的推導及其對光強和偏振的影響。 第4章：光波的疊加與乾涉 深入探討瞭相乾性（Coherence）的理論，包括時間相乾性和空間相乾性。 經典乾涉實驗迴顧：楊氏雙縫乾涉、薄膜乾涉（牛頓環、邁剋爾遜乾涉儀的原理與應用）。 分析瞭光程差與相位差對乾涉條紋形態的影響，並引入瞭傅裏葉變換在乾涉圖樣分析中的初步應用。 第三部分：光的衍射現象 (Diffraction Phenomena) 本部分側重於光波繞射的物理機製和數學模型。 第5章：菲涅爾衍射與夫琅禾費衍射 基於惠更斯-菲涅爾原理，推導瞭夫琅禾費衍射的積分錶達式。 詳細分析瞭單縫、圓孔、多縫光柵的衍射圖案。 討論瞭光柵的分辨本領及其在光譜分析中的關鍵作用。 引入菲涅爾衍射的概念，重點分析半波帶法在特定幾何條件下的應用。 第6章：衍射理論的現代應用 傅裏葉光學基礎： 將衍射過程視為一個綫性空間變換，闡述瞭透鏡作為傅裏葉變換器的角色。 空間濾波： 討論如何利用傅裏葉平麵（傅裏葉平麵或共軛平麵）上的光闌實現圖像處理功能，如去噪和增強邊緣信息。 衍射極限與分辨率： 嚴格界定艾裏斑（Airy Pattern）的物理意義，並討論阿貝衍射理論在顯微成像分辨率限製中的地位。 第四部分：光的吸收、散射與輻射傳輸 (Absorption, Scattering, and Radiative Transfer) 本部分關注光與物質相互作用的微觀機製。 第7章：光與物質的相互作用 分析瞭光的吸收、發射和受激輻射過程，奠定瞭激光物理的基礎。 散射理論： 詳細介紹瑞利散射（Rayleigh Scattering）的理論框架及其在天空顔色的解釋。引入米氏散射（Mie Scattering）的復雜性，討論其在氣溶膠光學中的重要性。 第8章：輻射傳輸基礎 引入輻射度學（Radiometry）的基本概念，如光通量、輻照度、輻射強度等。 討論朗伯定律（Lambert’s Law）及其在錶麵反射率描述中的應用。 概述瞭光在復雜介質中傳輸的玻爾茲曼傳輸方程的簡化模型。 第五部分：偏振光學的高級主題 (Advanced Topics in Polarization Optics) 第9章：偏振態的精確描述與變換 穆勒矩陣（Mueller Matrix）： 利用穆勒矩陣描述涉及散射和退偏過程的係統，超越瞭瓊斯矩陣的局限性。 斯托剋斯矢量（Stokes Vector）： 用於量化描述任意偏振態的強度分布。 雙摺射材料： 深入分析瞭晶體中的波片（Wave Plates）工作原理，以及它們如何改變光的偏振態。 第六部分：激光與光學係統設計 (Lasers and Optical System Design) 本部分將理論與現代工程技術緊密結閤。 第10章：激光基礎原理 闡述瞭受激輻射的物理機製、粒子數反轉、閾值條件和增益。 介紹瞭不同類型的激光器（如氣體激光器、半導體激光器）的工作模式。 分析瞭激光束的特性，包括空間模式（TEM 模）和時間特性。 第11章：光學儀器與測量技術 光譜儀設計： 基於光柵和棱鏡的光譜分離原理。 乾涉測量技術： 重點講解瞭馬赫-曾德爾乾涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）和法布裏-珀羅標準具（Fabry-Perot Etalon）在高精度測距和光譜分析中的應用。 光學成像係統優化： 討論瞭現代光學設計中像差的量化評估方法，如點擴散函數（PSF）和調製傳遞函數（MTF）。 第七部分：現代光學前沿：非綫性光學導論 (Introduction to Nonlinear Optics) 第12章：非綫性光學現象 從電場與極化率的非綫性關係齣發，推導瞭二次非綫性極化（Second-Order Nonlinear Polarization）。 介紹頻率倍增（Second Harmonic Generation, SHG）的基本原理和相位匹配技術。 簡要概述瞭自聚焦、剋爾效應等高階非綫性現象及其在光縴通信中的意義。 Ⅲ. 本書的特點 1. 嚴謹性與直觀性並重： 在保持嚴格數學推導的同時，輔以大量的物理圖像和工程實例，幫助讀者建立直觀理解。 2. 強調現代技術關聯： 貫穿全書的案例均選取自現代光學工程領域，如光刻技術、光學傳感、先進顯微成像等。 3. 豐富的習題體係： 每章後附有計算題、分析題和開放性思考題，以鞏固學習效果。 本書適閤作為大學本科高年級和研究生階段的專業核心課程教材，是光學工程領域研究人員案頭的實用參考書。