激光的衍射及熱作用計算 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李俊昌 著

圖書標籤:

• 激光
• 衍射
• 熱作用
• 計算
• 光學
• 物理
• 熱傳導
• 數值模擬
• 材料科學
• 激光技術

店鋪： 英典圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030098481

商品編碼：1202694862

包裝：平裝

齣版時間：2002-03-01

《激光的衍射及熱作用計算》：一場光學與能量交織的探索之旅 本書並非對已有學術著作的簡單復述，而是緻力於為讀者構建一個係統、深入且富有啓發性的激光衍射與熱作用計算的知識框架。我們將穿梭於光的波動本質，理解衍射現象的根源；我們將深入探究激光與物質相互作用的微觀機製，量化其能量傳遞的宏觀效應。本書旨在為光學、物理、工程等領域的學者、研究人員及工程師提供一套嚴謹的理論基礎與實用的計算工具，以期在各自的研究與實踐中，能夠更精準地預測和控製激光衍射帶來的光學畸變，以及激光能量在物質中引起的溫度分布與熱應力。 第一篇：激光衍射的物理圖景與數學描摹 在光學領域，衍射是波動性最直接的體現之一，而激光作為一種高度相乾、單色性的光源，其衍射行為更是呈現齣獨特性。本書的第一篇將從基礎的光學原理齣發，逐步引申至激光衍射的專門研究。 第一章：光的波動性與乾涉衍射的基本概念 我們將從惠更斯原理齣發，建立對波前傳播的直觀認識。隨後，深入探討光的乾涉現象，理解相乾性在乾涉中的關鍵作用。在此基礎上，我們將引入衍射的定義，區分惠更斯-菲涅爾衍射理論，為理解更復雜的衍射現象打下堅實基礎。我們將詳細解析單縫、雙縫、圓孔等經典衍射模型的幾何光學和波動光學解釋，並引入夫琅禾費衍射和菲涅爾衍射的數學錶述。 第二章：激光的相乾性與衍射特性 本章將聚焦於激光這一特殊光源。我們將深入剖析激光的相乾性，包括時間相乾性和空間相乾性，以及這些特性如何影響其衍射圖樣。我們將介紹激光的衍射積分，並探討不同類型的激光器（如氣體激光器、半導體激光器）在衍射特性上的差異。此外，我們還將引入光柵衍射的理論，分析高密度光柵對激光衍射的增強和調控作用。 第三章：衍射的數學工具與數值方法 理解並計算衍射現象，離不開強大的數學工具。本章將詳細介紹傅裏葉光學理論，這是描述衍射現象的核心數學語言。我們將係統闡述傅裏葉變換在衍射計算中的應用，包括其在衍射麵、像麵之間的轉換關係。對於無法通過解析方法求解的復雜衍射問題，我們將引入數值計算方法，如快速傅裏葉變換（FFT）算法，並討論邊界條件、采樣率等關鍵參數對計算精度的影響。 第四章：衍射的實際應用與影響 衍射並非僅僅是理論概念，它在眾多實際應用中扮演著重要角色。本章將探討激光衍射在光學成像、全息術、光刻技術、光通信等領域的具體體現。我們將分析衍射限製、衍射效率等參數對係統性能的影響，並介紹如何通過光學設計來優化衍射效應，例如使用衍射光學元件（DOE）來整形光束、實現特定功能。 第二篇：激光與物質相互作用的熱效應分析 激光能量一旦與物質相互作用，便會引發一係列復雜的熱學過程。本篇將緻力於深入探究這些熱效應，並提供精確的計算方法。 第五章：激光與物質相互作用的基本機製 激光與物質的相互作用是一個多尺度的過程。本章將從微觀層麵解析能量吸收、反射、透射等基本機製。我們將詳細介紹不同物質的吸收係數、反射率、透射率隨波長和溫度的變化規律。我們將區分綫性吸收和非綫性吸收，重點關注高強度激光引起的非綫性光學效應，如多光子吸收、自聚焦等，這些都會直接影響能量的沉積方式。 第六章：激光誘導的溫度場演化模型 理解激光熱效應的核心在於分析溫度場的分布與演化。本章將引入熱傳導方程（傅裏葉熱傳導定律），並在此基礎上構建激光誘導溫度場的理論模型。我們將考慮穩態和瞬態兩種情況，分析不同形狀、大小和能量密度的激光光斑在均勻和非均勻介質中的溫度分布。我們將討論導熱係數、比熱容、密度等熱物理參數對溫度場的影響，並介紹泊鬆方程、傳熱方程的數值求解方法。 第七章：激光熱效應的數值計算方法與仿真 為瞭處理復雜幾何形狀、材料性質變化以及非均勻加熱等問題，數值計算方法顯得尤為重要。本章將詳細介紹有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在激光熱效應計算中的應用。我們將演示如何對模型進行網格劃分，設置邊界條件（如絕熱邊界、恒溫邊界、對流邊界），以及如何對時間步長進行選擇以保證計算的穩定性和精度。我們將重點關注仿真結果的後處理，包括溫度梯度、熱點等關鍵信息的提取。 第八章：激光熱效應的物理現象與工程應用 激光與物質相互作用産生的熱效應，是許多工程應用的基礎，也可能帶來一些需要規避的負麵影響。本章將深入探討激光誘導的多種物理現象，例如： 激光燒蝕與熔化： 分析激光能量超過物質熔點和汽化點時發生的材料移除和相變過程，並討論其在材料加工、微納製造中的應用。 熱應力與變形： 研究激光加熱引起的材料內部應力分布，以及由此産生的熱膨脹、形變甚至斷裂。這對於激光焊接、激光切割以及精密加工的設計至關重要。 熱誘導的光學效應： 探討溫度變化對材料摺射率的影響，以及由此導緻的激光光束畸變、像差等問題，例如在激光光學元件的設計中需要考慮的因素。 熱失控與安全問題： 分析在某些情況下，激光與物質相互作用可能導緻溫度急劇升高，引發熱失控的風險，並討論相應的安全防護措施。 我們將結閤具體工程案例，例如激光雷達（LIDAR）的探測精度、激光醫療中的組織損傷控製、激光雷達的探測精度、激光醫療中的組織損傷控製、激光焊接的焊縫質量控製、激光武器的光束質量保持等，來闡述本書所介紹的衍射和熱效應計算方法如何應用於解決實際問題。 第三篇：綜閤應用與前沿展望 在掌握瞭激光衍射和熱效應的理論與計算方法後，本篇將進一步探討它們的綜閤應用，並對相關領域的前沿研究進行展望。 第九章：衍射與熱效應的耦閤分析 在許多實際場景中，衍射和熱效應並非獨立存在，而是相互影響、耦閤作用。例如，激光在傳播過程中發生的衍射會改變光斑的能量分布，進而影響物質的加熱情況；而物質內部溫度的升高又會改變其光學性質，從而影響激光的傳播和衍射。本章將探討如何建立考慮耦閤效應的模型，並介紹相應的計算策略。例如，在精密光學儀器設計中，需要同時考慮衍射引起的像差和熱透鏡效應，以確保成像質量。 第十章：前沿研究與未來發展 激光技術與計算科學的進步，不斷推動著衍射與熱效應研究的新發展。本章將對當前的研究熱點進行梳理，包括： 新型衍射光學元件的設計與優化： 介紹基於計算電磁學和人工智能的衍射光學元件設計方法，以及其在波前整形、光束閤束等方麵的應用。 超快激光與物質相互作用： 探討飛秒、阿秒激光引起的瞬態熱效應，以及其在超快動力學研究、高精度加工等領域的應用。 微納尺度下的激光衍射與熱效應： 研究在微納結構中，衍射和熱效應的特殊錶現，以及其在微流控、生物傳感等領域的潛在應用。 多物理場耦閤仿真軟件的發展： 介紹當前先進的仿真軟件在集成激光衍射、熱傳導、流體力學、力學等多個物理場方麵的進展。 人工智能在激光衍射與熱效應分析中的應用： 探索如何利用機器學習、深度學習等技術，加速衍射計算、優化熱效應模型，甚至實現實時預測和控製。 本書的編寫，旨在拋磚引玉，激發讀者對激光衍射與熱效應計算的深入思考與探索。我們相信，通過對本書內容的學習與掌握，讀者將能夠更深刻地理解激光的奧秘，並能更有效地將其應用於科學研究與工程實踐之中，推動相關領域的創新與發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身定做的！我一直對激光在各種材料上的加工應用感到好奇，尤其是那些精密的焊接和切割技術，總覺得背後一定隱藏著復雜的物理原理。這本書的標題——《激光的衍射及熱作用計算》——立刻就吸引瞭我，因為它直接點齣瞭我最感興趣的兩個核心：激光的衍射行為，這解釋瞭為什麼激光束會有其獨特的傳播特性，以及它與物質相互作用時産生的熱效應，這直接關聯到材料的加工和改變。我迫不及待地想瞭解這些現象是如何被數學模型精確描述和計算的，這對於優化工藝參數、提高加工效率和精度至關重要。想象一下，通過深入理解這些計算，我或許就能自己設計更優化的激光加工方案，或者至少能更深刻地理解行業內那些先進的技術背後的科學依據。這本書的齣現，讓我覺得那些曾經遙不可及的激光技術原理，似乎觸手可及瞭。它不僅僅是一本技術書籍，更像是一把鑰匙，能為我打開探索激光世界更深層次的大門。我非常期待書中能夠詳細闡述衍射理論如何應用於激光束的聚焦和準直，以及如何利用熱傳導、熱輻射等模型來預測材料的升溫麯綫、相變過程，甚至熔化和汽化。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對物理學，尤其是光物理領域有著濃厚興趣的學生，我一直在尋找能夠係統性梳理激光相關知識的書籍。《激光的衍射及熱作用計算》這個書名，無疑觸及瞭我學習的重點和難點。衍射是光學中的一個基本現象，而激光作為一種高度相乾的光源，其衍射特性更是研究的重中之重。我好奇書本是如何將抽象的衍射理論與實際的激光應用聯係起來的，比如衍射對激光束的聚焦能力、光斑大小的影響，以及在某些應用中如何利用衍射來實現特殊的光場調控。更讓我興奮的是“熱作用計算”這部分，這直接關乎到激光與物質相互作用後能量的轉化和影響。我希望能從這本書中學到如何建立物理模型，來描述激光能量被材料吸收後産生的溫度升高、相變，甚至材料的去除過程。這對於理解激光在材料加工、醫療美容、科學研究等多個領域的應用都至關重要。我期待書中能夠提供清晰的推導過程和豐富的案例，幫助我理解這些復雜的計算是如何指導實際工程應用的。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在光學領域摸爬滾打多年的工程師，長期以來，在實際工作中，我們常常會遇到一些關於激光應用中的“瓶頸”問題，例如激光束在傳輸過程中能量的損耗、加工過程中熱影響區的控製以及如何精確預測材料的燒蝕深度等。這些問題往往涉及到激光本身的衍射特性以及其能量轉化為熱能後的復雜過程。當我看到《激光的衍射及熱作用計算》這本書的標題時，我腦海中瞬間閃過無數與我工作相關的場景：在高功率激光切割薄金屬闆時，邊緣的毛刺如何控製？在精密焊接微電子元件時，如何避免過度的熱損傷？這些都需要紮實的理論基礎和嚴謹的計算支撐。這本書的齣現，預示著它可能為我提供一套係統的理論框架和實用的計算工具，幫助我深入理解這些現象的內在機製，從而在實際工作中找到更有效的解決方案。我尤其希望能從中學習到如何利用衍射理論來優化激光器的光束質量和傳輸效率，以及如何通過更精確的熱作用計算模型來預測和控製加工過程中的溫度分布，最終實現更精細、更高效的激光加工。

評分☆☆☆☆☆

我是一名從事激光設備研發的科研人員，目前正在攻剋一些關於高能激光與物質相互作用的難題。在我們的研究中，激光束的衍射行為直接影響到能量的分布和聚焦精度，尤其是在微納加工領域，微小的衍射效應都可能導緻巨大的加工誤差。同時，激光能量轉化為熱能後的分布和傳遞，是決定加工效果的關鍵因素。如何準確地計算材料在激光輻照下的溫度場，預測材料的熔化、汽化甚至等離子體形成，是我們麵臨的重大挑戰。因此，《激光的衍射及熱作用計算》這個書名，恰好點中瞭我們工作的核心。我希望這本書能夠提供一套嚴謹的數學模型和計算方法，能夠幫助我們更深入地理解激光衍射在不同光學係統中的錶現，並且能夠建立起能夠精確預測激光誘導熱效應的模型。如果書中能夠包含一些數值模擬的方法或者實際的工程案例分析，那將對我們的研究工作具有極大的指導意義。我渴望從中獲得能夠直接應用於指導我們設備設計和工藝優化的理論工具。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對前沿科技充滿好奇心的普通讀者，我一直對激光這種神奇的光束感到著迷。它不僅僅是科幻電影裏的炫酷道具，更在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。從條形碼掃描到精密手術，從光縴通信到工業製造，激光的應用無處不在。但是，我總覺得對激光的工作原理知之甚少，尤其是“衍射”和“熱作用”這兩個詞，聽起來就很高深莫測。我希望《激光的衍射及熱作用計算》這本書能夠用一種相對易懂的方式，嚮我解釋激光是如何傳播和聚焦的，為什麼它會有“繞射”的現象，以及當激光照射到物體上時，為什麼會産生熱量，這個熱量又是如何影響物體的。我希望能理解，通過精確的計算，人們是如何控製激光來實現各種神奇的效果的。這本書對我來說，更像是一次科學啓濛，它能幫助我揭開激光神秘麵紗的一角，讓我對這個充滿科技感的世界有更深的認識和理解，而不是僅僅停留在錶麵。