光学（第4版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[印度] Ajoy Ghatak 著，张晓光，席丽霞，余和军 译

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• 光学
• 物理学
• 光
• 光学仪器
• 光学原理
• 衍射
• 干涉
• 偏振
• 傅里叶光学
• 激光

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302339489

版次：1

商品编码：11346532

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-10-01

用纸：胶版纸

页数：678

字数：1085000

正文语种：中文

内容简介

　　1960年，激光器诞生，从那以后，光学领域里的“文艺复兴”运动开始了。从光放大器到激光物理，从光纤光学到光纤通信，从光数据处理到全息术，从光传感器到DVD技术，从超短脉冲到超连续谱，光学在科学与工程的几乎所有分支中都有重要的应用。光学除了大量的实际应用之外，在人们不断追问“光的本性”的过程中，在科学领域引发了两场革命。量子力学的发展起源于人们试图理解“光的量子性”；而相对论的起因是对于综合电和磁定律的麦克斯韦方程组的研究。正是由于光学在科学与工程领域的这种地位，作为本科生的《光学》课程，不仅对于物理学专业的学生是必须的，对于工程专业的学生同样也是“必须的”。虽然用一本光学书试图涵盖所有方面是不可能的，但是本书还是努力对这个激动人心的领域中许多重要的课题给出了一个全面的阐述，以满足科学与工程的本科生学习光学课程的需要。

内页插图

目录

第1章 光学史
参考文献和推荐读物
第2章 光是什么
2．1 引言
2．2 微粒模型
2．3 波动模型
2．4 辐射的粒子性
2．5 物质的波动性
2．6 测不准原理
2．7 单缝衍射实验
2．8 物质波的概率解释
2．9 干涉实验的理解
2．10 光子的偏振
2．11 时间一能量不确定关系
小结
习题
题解
参考文献和推荐读物
第一部分 几何光学
第3章 费马原理及其应用
3．1 引言
3．2 从费马原理推导反射定律和折射定律
3．3 非均匀媒质中的光线路径
3．4 光线方程与它的解
3．5 光线在各向同性媒质和各向异性媒质的分界面的折射
小结
习题
参考文献和推荐读物
第4章 光线经过球面的折射与反射
4．1 引言
4．2 在单一球面上的折射
4．3 在单一球面上的反射
4．4 薄透镜
4．5 透镜的主焦点和焦距
4．6 牛顿公式
4．7 横向放大率
4．8 球面的齐明点
4．9 笛卡儿卵形面
4．10 齐明点存在的几何证明
4．11 正弦条件
小结
习题
参考文献和推荐读物
第5章 傍轴光学的矩阵方法
5．l 引言
5．2 矩阵方法
5．3 主平面（单位面）
5．4 节平面
5．5 两薄透镜构成的系统
小结
习题
参考文献和推荐读物
第6章 像差
6．1 引言
6．2 色差
6．3 单色像差
小结
习题
参考文献和推荐读物
第二部分 振动与波动
第7章 简谐运动、受迫振动和折射率的起源
7．1 引言
7．2 简谐运动
……
第三部分 干涉
第四部分 衍射
第五部分 光的电磁特性
第六部分 光子
第七部分 激光与光纤光学
附录A
附录B
附录C
附录D

精彩书摘

　　2．3 波动模型
　　虽然微粒模型解释了光在自由空间中的传播问题，并预言了反射和折射定律的正确形式，但是随之而来的大量实验观察（像干涉、衍射和偏振）并不能在光的微粒模型的基础上加以解释。历史上，“牛顿环”——光的波动特性的一种完美表现，在17世纪中叶为胡克 （Hooke）所观察到。这种环以牛顿命名，是因为最初牛顿用微粒模型给出了牛顿环的成因， 但随后，人们发现这种解释并不能令人满意。基于波动模型对牛顿环的解释，将在第15章 进行讨论。牛顿对牛顿环的解释在许多文献中都可以找到见文献。
　　大约在1665年，意大利的物理学家弗朗西斯科。格里马尔（Francesco Grimaldi）观察到当白光通过小孔时的衍射现象，他可能是第一个观察到这一现象的人。格里马尔迪从衍射现 象得出结论（引自互联网），光是一种表现为波样运动的流体，而胡克后来也观察到了这一现象。在后面的章节中将讨论，只有在光的波动模型下，对于衍射现象的解释才令人满意。这个模型由惠更斯在1678年首先提出（文献），并且应用这个波动模型，惠更斯也可以解释反射定律和折射定律（参见第12章），还可以说明由丹麦物理学家巴托林于1669年发现的双折射现象（参见第22章）。然而，由于牛顿的令人尊敬的权威性，使他周围的人比牛顿自己更忠实于他的微粒理论，反而没有人相信惠更斯的波动理论。这种情况一直延续到托马斯．杨于1802年做出了著名的杨氏干涉实验，该实验只有用光的波动模型才能解释，才改变了Jg--~面（见第14章）。此外，在惠更斯的时代，人们已经知道光是沿直线传播的，而惠更斯在运用他的波动理论解释光的直线传播时，试图援引的一些假设都不切实际，这一缺陷也是人们不能马上接受他的波动模型的原因之一。杨证明了光波的波长大约为6×10-5cm。正是因为波长是那样小，导致衍射效应不明显，因而光近似是沿直线传播的。的确，完全不考虑波长有限性的光学的这一分支称为几何光学，其中，光线定义为A--0的条件下光能量传播的路径。
　　1802年，杨令人满意地解释了牛顿环的成因。1808年，马吕斯观察到光的偏振现象，但他并没有试图解释这种现象。1816年，菲涅尔运用波动理论，给出了对衍射现象的满意解释，并计算了各种形状的孔与直边产生的衍射图样。1816年，菲涅尔和阿喇果一起完成了著名的线偏振光叠加实验，而杨对光是横波的假设，解释了这个实验。
　　到了19世纪第二个25年时期，波动理论看来取得了牢固的地位。由于当时人们认为波传播时需要媒质，弹性以太理论得以建立。1832年，菲涅尔运用以太振动模型导出了反射率与透射率的表达式。泊松、纳维尔、柯西和其他许多物理学家都对以太理论的发展做出了贡献，这一理论也促进了弹性理论的发展。然而在对这一模型的解释上，还有诸多的困难，我们现在也知道了以太并不存在，因此，我们将不探讨这众多理论的细节。
　　19世纪也见证了电磁学的发展。1820年，奥斯特发现了电流可以产生磁效应。不久之后，安培就发现了两条平行的载流导线间可以相互吸引。大约1830年，法拉第进行了变化磁场感应产生电动势的实验，亨利在大约相同的时间也做了类似的实验，实验定律称作法拉第一亨利定律。
　　不久，麦克斯韦扩展了安培环路定律指出变化的电场也能产生一个磁场。他将所有电的和磁的定律总结为方程组的形式（现在被称作麦克斯韦方程组（参见第23章），并从这一方程组出发，推导出一个波动方程，预言了电磁波的存在（参见第23章）。他根据所导出的波动方程，表明用两种方法测量一定数量的电荷值的实验，可以计算出电磁波的速度。这两个测量实验在1856年由科耳劳什（Kohrauseh）与韦伯（Weber）完成。
　　……

前言/序言

宇宙的奥秘：现代天体物理学导论 作者： [此处可填入一位著名虚构天体物理学家的名字] 出版社： [此处可填入一家权威的学术出版社名称] 版次： 第一版 --- 内容提要 本书旨在为对宇宙起源、结构和演化充满好奇的读者提供一个全面而深入的现代天体物理学图景。我们不再满足于仅凭肉眼观测星辰，而是利用跨越电磁波谱、引力波和中微子探测的尖端技术，揭示那些隐藏在光线之下的宏大叙事。 本书结构清晰，逻辑严谨，从宇宙学的基础框架出发，逐步深入到恒星的诞生与死亡，再到星系的形成与碰撞，最终探讨暗物质和暗能量这些塑造了我们可见宇宙的神秘力量。全书贯穿了现代物理学的核心理论，如广义相对论、量子场论的初步应用，并结合了最新的天文观测数据，力求展现一个动态、演化的宇宙模型。 第一部分：宇宙学的基石与早期宇宙 本部分奠定了理解现代天体物理学的理论基础，并带领读者回到宇宙最原始的时刻。 第一章：时空与引力的几何学 本章首先回顾了经典力学与狭义相对论的局限性，进而系统介绍爱因斯坦的广义相对论。我们将探讨时空弯曲的概念，理解引力场方程的物理意义，并介绍弗里德曼方程（Friedmann Equations）作为描述均匀、各向同性宇宙膨胀的数学工具。本章强调了测地线（Geodesics）在描述物体运动中的核心作用，并简要介绍了黎曼几何的基础概念，但避免深入晦涩的数学推导，侧重于物理图像的建立。 第二章：宇宙的膨胀与基准模型 本章详细阐述了哈勃-勒梅特定律的实验证据，包括红移的物理起源和距离梯度的构建。我们将深入分析标准宇宙学模型 $Lambda ext{CDM}$（Lambda Cold Dark Matter），阐明暗能量（$Lambda$）和冷暗物质（CDM）在拟合观测数据中的必要性。通过对宇宙微波背景辐射（CMB）的分析，我们讨论了其温度各向异性与早期宇宙密度涨落的关系，以及测量这些涨落对确定宇宙几何形状和物质密度的关键作用。 第三章：暴胀理论与奇点之谜 暴胀理论作为解决早期宇宙视界问题和磁单极子问题的最有力候选理论被详尽介绍。我们探讨了标量场（如Inflaton场）的动力学，以及暴胀结束时如何“再加热”为后来的粒子产生提供能量。本章还严肃讨论了奇点问题（如大爆炸奇点）的不可避免性，并引入了量子引力作为未来理论的必然需求。 第二部分：恒星的生命周期：核火的熔炉 本部分聚焦于宇宙中最基本、最活跃的结构单元——恒星的诞生、演化和死亡。 第四章：星际介质与分子云的引力坍缩 恒星的摇篮是寒冷、致密的星际分子云。本章描述了星际介质（ISM）的化学成分、热力学状态和磁场结构。我们将运用Jeans不稳定判据来解释云团何时开始引力坍缩，并分析磁场和湍流如何阻碍或调控坍缩过程。重点讨论了原恒星（Protostar）的形成阶段及其吸积盘的特性。 第五章：主序星的稳定燃烧 一旦核心温度达到一定阈值，核聚变便启动。本章详细分析了质子-质子链和CNO循环这两种主要的能量产生机制，并解释了它们各自在不同质量恒星中的主导地位。我们深入探讨了恒星结构方程（静力学平衡、热流方程、流体连续性方程），并引入了Hertzsprung-Russell（H-R）图作为描述恒星演化状态的核心工具。 第六章：大质量恒星的终结：超新星与重元素工厂 对于质量超过太阳数倍的恒星，其生命以壮观的爆炸告终。本章详细描述了恒星晚期结构（如氦核、碳核的形成）以及铁核的形成是不可避免的终点。随后，我们剖析了II型超新星的机制，重点关注核心坍缩如何引发奇点形成或中子星/黑洞的诞生，以及快速中子捕获过程（r-process）如何解释宇宙中重元素（如金、铀）的起源。 第七章：白矮星、中子星与黑洞 本章探讨了恒星演化的残骸。我们将利用泡利不相容原理解释白矮星的电子简并压力，并介绍钱德拉塞卡极限的意义。对于中子星，我们探讨了强核物理、脉冲星现象（包括其精确的计时学应用），以及它们在双星系统中通过吸积盘产生的X射线爆发。最后，我们以广义相对论的预测为基础，介绍了史瓦西半径、事件视界，并讨论了霍金辐射的初步概念。 第三部分：星系、结构与宇宙的宏观网络 本部分将视角扩展到更大的尺度，探索恒星聚集形成的星系及其在宇宙网中的分布。 第八章：星系的形态学与动力学 从银河系到遥远的类星体，星系是物质组织的主要形式。本章分类介绍了椭圆星系、螺旋星系和不规则星系的形态特征。我们将运用维里定理（Virial Theorem）来估算星系团的质量，并分析旋转曲线观测如何无可辩驳地揭示了暗物质存在的证据。重点讨论了恒星形成历史（Star Formation History）如何体现在星系的颜色和光谱中。 第九章：活动星系核与宇宙的能量反馈 本章聚焦于星系中心那些极其明亮的“引擎”——活动星系核（AGN）。我们详细描述了标准模型（如统一模型），解释了吸积盘、喷流和相对论性客星（Relativistic Jets）的物理机制。讨论了超大质量黑洞（SMBH）在星系形成和演化中通过辐射和喷流产生的强大反馈机制，以及这种反馈如何抑制过度的恒星形成。 第十章：宇宙的大尺度结构与星系团 宇宙并非均匀分布的，而是形成了纤维状、空洞状的宇宙网。本章利用统计方法（如功率谱）来量化这种结构的形成。我们探讨了引力不稳定如何将物质从早期的小涨落拖曳至形成星系团和超星系团，并讨论了星系团内部的X射线气体（热等离子体）的性质。本章特别强调了宇宙网的拓扑结构及其对物质演化的影响。 第十一章：引力波天文学的黎明 引力波是时空自身的涟漪，为我们提供了一个全新的“听觉”窗口来观测宇宙中最高能的事件。本章介绍了引力波的产生机制（如双黑洞并合、双中子星并合），并详细阐述了LIGO/Virgo等探测器的工作原理和它们对检验强引力场的贡献。双中子星并合事件（GW170817）如何首次将电磁波观测与引力波观测相结合，从而精确测量了千 আলোর 速度，将是本章的重点案例。 结语：未解之谜与未来展望 本书在最后对当前天体物理学的前沿问题进行了总结：暗物质的粒子性质、暗能量的本质及其时间演化、宇宙学常数问题、以及对量子引力理论的探索。本书鼓励读者站在现有知识的肩膀上，展望利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）、欧洲极大望远镜（ELT）等下一代设备所能带来的革命性发现。 --- 本书特色 严谨的物理基础： 脉络清晰地将相对论和量子论的初步概念嵌入到天体物理学的具体问题中。 数据驱动的叙事： 所有理论解释均与最新的观测结果（如Planck卫星数据、超新星Ia观测）紧密结合。 概念的深度剖析： 不回避复杂概念，但通过清晰的类比和图示帮助读者掌握如流体力学稳定性、辐射过程和场方程的物理内涵。 跨越尺度的统一性： 展示了从粒子尺度（核聚变）到最大尺度（宇宙网）的物理规律如何统一支配着宇宙的演化。

评分☆☆☆☆☆

这次阅读体验绝对是颠覆性的！我之前接触过一些光学相关的资料，但总感觉碎片化，缺乏系统性。而《光学（第4版）》这本书，就像一位经验丰富的老教授，循序渐进地为我构建起了一个完整的光学知识体系。从最基础的光的本性，到复杂的量子光学现象，每个章节的衔接都做得非常自然，逻辑性极强。让我印象深刻的是，作者在讲解理论的同时，并没有忽略数学工具的重要性，而是将必要的数学推导融入其中，既保证了严谨性，又不至于让读者迷失在公式的海洋里。那些对物理数学基础稍有了解的读者，读起来会更加得心应手。书中的一些实验设计和分析部分，也让我对实验的严谨性和测量误差有了更深刻的认识。这不仅仅是一本理论书，更是一本教你如何进行科学研究的入门指导。我发现自己开始能够用更专业的视角去审视生活中的各种光学现象，比如彩虹的形成，或者手机屏幕的光学原理。这种“融会贯通”的感觉，真的非常棒。这本书的深度和广度都让我非常满意，相信经过这段时间的学习，我对光学领域的理解将达到一个新的高度。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始拿到这本《光学（第4版）》时，并没有抱太高的期望，毕竟光学在我看来一直是一个比较偏向理论的学科。然而，这本书的实际内容却给我带来了极大的惊喜。作者在保持理论高度的同时，非常注重物理图像的构建，这对于我这种更偏向工程背景的读者来说，简直是雪中送炭。书中大量引入了与现代科技紧密相关的例子，比如光学传感器的原理，光刻技术在半导体制造中的作用，以及最新的量子计算和光学通信的进展。这让我感觉这本书非常有时代感，而且学习到的知识能够直接与实际应用联系起来，极大地激发了我的学习动力。书中的公式推导清晰明了，重点突出，而且作者会适时地加入一些思考题，引导读者去进一步探究。这本书的排版也很人性化，字体大小适中，章节划分清晰，让我阅读起来非常舒适。我觉得这本书非常适合那些想要深入了解光学在现代科技中扮演角色的读者，它不仅能提供扎实的理论基础，更能让你看到光学这门学科无限的潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本《光学（第4版）》绝对是光学领域的一部杰作。我特别欣赏作者在处理复杂问题时的那种化繁为简的能力。很多我之前认为极其困难的公式和理论，在作者的笔下都变得井井有条。最让我惊叹的是，本书在讲解经典光学的同时，还相当深入地探讨了量子光学和非线性光学等前沿领域。这让我意识到，光学并非一个静态的学科，而是在不断地向前发展和演进。书中对实验的论述，不仅仅是描述现象，更深入地分析了实验的设计思路、数据处理方法以及结果的解释，这对于培养严谨的科学思维至关重要。我反复查阅了书中关于偏振和衍射的部分，作者的讲解角度非常独特，从不同的物理模型出发，提供多种理解同一现象的方式，这种多维度的视角非常有启发性。同时，书中还穿插了许多历史上重要的光学实验，对这些实验的背景、过程和意义的介绍，让我对光学科学的发展有了更宏观的认识。总而言之，这是一本既有深度又有广度的书籍，无论你是初学者还是有一定基础的研究者，都能从中获益良多。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！作为一名光学领域的初学者，我一直觉得这个学科既迷人又有些令人望而生畏。拿到这本《光学（第4版）》后，我本以为会是一堆枯燥的公式和理论，但事实完全出乎我的意料。作者的讲解方式非常清晰流畅，即使是那些我之前觉得晦涩难懂的概念，比如衍射和干涉，在这里也变得生动易懂。书中大量的图示和实例，让抽象的光学现象变得触手可及，仿佛我能亲眼看到光波的传播和相互作用。我尤其喜欢书中对实际应用的介绍，比如激光技术、光纤通信，甚至还有一些与生物医学相关的光学成像技术。这让我深刻体会到光学不仅仅是理论研究，更是现代科技发展不可或缺的基石。阅读的过程就像是在进行一场精彩的探索之旅，我不仅学到了知识，更激起了我对光学领域更深层次的探究欲望。这本书的语言风格也很吸引人，没有那种刻板的教科书式的说教，反而充满了引导性和启发性，让我觉得学习光学是一件充满乐趣的事情。对于任何想要系统学习光学，或者对光学充满好奇的朋友，我强烈推荐这本书，它绝对是开启光学世界的一把金钥匙。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光学现象背后的原理充满好奇，市面上也看过不少相关的书籍，但《光学（第4版）》给我带来的震撼是前所未有的。这本书的叙述方式极其细腻，每一个概念的提出都伴随着详尽的解释和历史渊源的追溯，让我不仅仅是学习知识，更是在感受光学这门学科的发展脉络。作者对历史上的重要实验和理论的介绍，让我对那些伟大的科学家们肃然起敬，也理解了为什么这些理论至今仍然具有生命力。书中的一些篇章，例如关于光的波动说和粒子说的争论，以及它们如何最终统一在量子力学框架下的过程，写得尤为精彩，充满了思想的火花。我被书中对物理直觉的培养方式深深吸引，作者通过巧妙的比喻和类比，将那些高深的物理概念转化为易于理解的图像，大大降低了学习门槛。我甚至会反复阅读某些段落，每次都能从中获得新的感悟。这本书的语言既严谨又不失生动，字里行间流露出作者深厚的学养和对光学事业的热爱。它不仅仅是一本教科书，更像是一本关于科学探索精神的传记，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

深入浅出地介绍不可多得的好参考书，只不过快递把书角给磕了而已。

评分☆☆☆☆☆

印刷质量还行，慢慢看。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

纸张很好，好评！

评分☆☆☆☆☆

书不错

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

同事需要了解光学的东西，就买了！

评分☆☆☆☆☆

字迹清晰，是正品，五星好评。