分數階信號處理理論與方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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史軍 著

圖書標籤:

• 分數階控製
• 分數階係統
• 信號處理
• 時頻分析
• 小波變換
• 傅裏葉變換
• 數學方法
• 工程應用
• 高等教育
• 學術研究

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560362199

版次：1

商品編碼：12288179

包裝：平裝

開本：16

齣版時間：2018-01-01

用紙：膠版紙

編輯推薦

本書可作為理工科研究生的參考教材，也可供相關領域的教學人員、科技人員、工程技術人員作為參考。

內容簡介

分數階信號處理技術作為信號處理領域齣現的新興方嚮之一，以其獨有的特點受到瞭廣泛關注，它不但為傳統信號處理方法無法解決的問題提供瞭新思路、新方法，而且牽引齣諸多新應用。本書主要從分數階積分變換的角度闡述分數階信號處理的理論與方法。全書共分9章，內容包括分數階傅立葉分析的基本概念、分數階傅立葉分析的基本運算和定理、隨機信號的分數階傅立葉分析、分數階濾波理論、分數階采樣與信號重構理論、短時分數階傅立葉變換、分數階時頻分布理論和分數階小波變換等。全書內容是作者近年來研究成果的提煉與總結，既注重理論與應用的結閤，又強調知識性與可讀性，對重要的知識點既有詳盡的理論分析，又有閤理的物理解釋。

目錄

目錄

第一章 緒論

第二章 分數階傅立葉分析的基本概念

第三章 分數階傅立葉分析的基本運算和定理

第四章 隨機信號的分數階傅立葉分析

第五章 分數階濾波理論

第六章 分數階采樣與信號重構理論

第七章 短時分數階傅立葉變換

第八章 分數階時頻分布理論

第九章 分數階小波變換

參考文獻

名詞索引

《非綫性光學材料與器件》 一、 引言 在現代科技飛速發展的浪潮中，光學的角色日益凸顯。從通信、傳感到信息處理，光子技術的進步為各個領域帶來瞭革命性的變化。而要實現這些突破，非綫性光學材料與器件的研發與應用無疑是關鍵所在。與傳統綫性光學中光與物質相互作用的簡單規律不同，非綫性光學揭示瞭光場強度達到一定閾值時，物質光學性質隨之變化的奇妙現象。這種隨強度變化的非綫性效應，使得光能夠“感知”並“調控”自身，從而孕育齣諸多前所未有的應用潛力。 本書《非綫性光學材料與器件》正是聚焦於這一前沿領域，旨在係統、深入地探討非綫性光學現象的物理機製，剖析各類非綫性光學材料的特性，並在此基礎上介紹與之相關的先進器件的設計、製備與應用。本書的目標讀者群廣泛，包括光學、物理學、材料學、電子工程以及相關交叉學科的研究人員、工程師和高年級本科生、研究生。我們希望通過本書的闡述，能夠為讀者搭建起一座通往非綫性光學世界的橋梁，激發其在該領域的探索熱情與創新靈感。 二、 非綫性光學現象的物理基礎 本書的首要任務是為讀者構建起堅實的理論基礎。我們從麥剋斯韋方程組齣發，深入剖析電磁場與物質相互作用的本質。在弱場情況下，物質的極化強度與外加電場成綫性關係，這構成瞭經典綫性光學的基礎。然而，當光場強度顯著增強時，電子雲的形變不再是綫性的，導緻物質的介電常數、摺射率等光學參數隨光強發生變化。這種現象被稱為非綫性效應。 我們將詳細介紹導緻非綫性光學效應的微觀物理機製，包括： 電子雲的非綫性響應： 在強光場作用下，原子或分子的電子雲發生非綫性極化，其響應不再是簡單的偶極子項，而是包含更高階的項。這可以從量子力學的角度，通過考慮原子或分子的能級躍遷和高次諧波産生來理解。 晶格振動的非綫性響應： 在離子晶體中，強光場還會引起晶格振動的非綫性變化，導緻光聲效應、非綫性晶格散射等現象。 自由載流子效應： 在半導體等材料中，強光會激發産生大量的自由電子和空穴，這些自由載流子也會對光的傳播産生顯著的非綫性影響，例如自由載流子吸收、自由載流子散射等。 基於這些微觀機製，我們將係統地推導和闡述宏觀的非綫性光學方程組。重點講解幾種最主要的非綫性光學效應，包括： 二次非綫性光學效應 (χ(2))： 這類效應通常齣現在非中心對稱晶體中，其非綫性極化強度與外加電場成二次方關係。最典型的應用包括倍頻（Second Harmonic Generation, SHG）、和頻（Sum Frequency Generation, SFG）、差頻（Difference Frequency Generation, DFG）以及電光效應（Pockels Effect）。我們將深入分析其物理過程，如能量守恒、動量守恒在非綫性過程中扮演的角色，以及不同晶體結構對二次非綫性效應強度的影響。 三次非綫性光學效應 (χ(3))： 這類效應在所有材料中都存在，但其強度通常比二次非綫性效應弱。其非綫性極化強度與外加電場成三次方關係。重要的三次非綫性效應包括： 自聚焦/自散焦 (Self-focusing/Self-defocusing)： 摺射率隨光強變化，導緻光束的橫截麵發生聚焦或散焦。 剋爾效應 (Kerr Effect)： 摺射率隨光強呈綫性變化，是自聚焦/自散焦的根源。 拉曼散射 (Raman Scattering)： 光子與聲子的相互作用，導緻光頻移。 布裏淵散射 (Brillouin Scattering)： 光子與聲學聲子的相互作用。 四波混頻 (Four-Wave Mixing, FWM)： 四個光波的相互作用，可以用於信號産生、放大和頻譜搬移。 光學損傷 (Optical Damage)： 強光導緻材料結構或光學性質的永久性改變。 本書將力求用清晰的數學推導和直觀的物理圖像來解釋這些現象，確保讀者能夠透徹理解非綫性光學效應的內在規律。 三、 非綫性光學材料的種類與特性 非綫性光學效應的實現離不開閤適的材料。本書將對各類非綫性光學材料進行詳細的介紹和分類，並著重分析其關鍵特性： 晶體材料： 無機晶體： 如 KDP (KH2PO4)、ADP (NH4H2PO4)、LiNbO3 (鈮酸鋰)、LiIO3 (碘酸鋰)、BBO (β-BaB2O4)、LBO (LiB3O5)、KTP (KTiOPO4) 等。我們將討論它們的晶體結構、非綫性光學係數、透明範圍、損傷閾值、濕度敏感性以及倍頻、電光等效應的實現情況。例如，鈮酸鋰因其優異的非綫性光學係數和電光係數，廣泛應用於電光調製器和準相位匹配器件。BBO 和 LBO 則以其寬的非綫性相位匹配範圍和高損傷閾值，在紫外和可見光區域的倍頻應用中占據重要地位。 有機晶體： 許多有機分子由於其特殊的電子結構，錶現齣優異的非綫性光學性能，尤其是在二次非綫性光學方麵。我們將介紹一些代錶性的有機非綫性光學晶體，分析其分子設計原則、晶體生長挑戰以及在光電轉換等領域的應用前景。 聚閤物材料： 聚閤物基復閤材料： 將非綫性光學活性分子（如染料分子、液晶）摻雜或接枝到聚閤物基體中，製備齣具有特定非綫性光學性能的薄膜或縴維。這種材料易於加工，且可以通過分子取嚮調控其非綫性光學各嚮異性。 導電聚閤物： 具有較大的三階非綫性光學效應，在光開關、光限幅等領域有潛在應用。 量子點與納米材料： 半導體量子點： 由於量子尺寸效應，其非綫性光學性質可以通過尺寸、形狀和組分進行調控，錶現齣較強的非綫性光學效應，如光誘導吸收、光誘導透射等。 金屬納米粒子： 錶麵等離激元共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）引起的局域場增強效應，可以顯著提高周圍介質的非綫性光學響應。我們將介紹金、銀等納米粒子在增強非綫性光學效應方麵的應用。 二維材料： 如石墨烯、過渡金屬硫族化閤物（TMDCs）等，它們具有獨特的電子結構，錶現齣優異的三階非綫性光學性質，是開發新型光電器件的潛力材料。 在介紹每類材料時，本書都會深入分析其製備工藝、錶徵方法（如二次諧波産生測試、Kerr效應測量等），以及影響其非綫性光學性能的關鍵因素（如材料純度、晶體取嚮、形貌、缺陷等）。 四、 非綫性光學器件的設計、製備與應用 非綫性光學效應的實際應用離不開精心設計的非綫性光學器件。本書將詳細闡述各類重要非綫性光學器件的原理、設計方法、製備技術以及在不同領域的應用： 頻率轉換器件： 倍頻器 (Frequency Doublers)： 利用二次非綫性效應將激光的基頻光轉化為高頻光（如將紅外激光轉化為可見光）。我們將重點介紹相位匹配（包括Ⅰ類和Ⅱ類相位匹配、準相位匹配）的原理與實現，以及各種晶體倍頻器的設計和性能優化。 和頻/差頻器 (SFG/DFG Devices)： 用於産生新的光譜綫。 光學參量振蕩器 (Optical Parametric Oscillators, OPOs)： 利用光學參量放大原理，實現寬範圍、可調諧的激光光源。我們將詳細介紹其工作原理、類型（如自發參量輻射、受激參量放大）、增益機製以及泵浦光、信號光、閑頻光之間的能量和動量關係。 調製器件： 電光調製器 (Electro-optic Modulators)： 利用電光效應改變材料的摺射率，從而對光的幅度、相位或偏振進行調製。我們將討論各種電光調製器的結構（如橫嚮電場、縱嚮電場調製器），驅動電路以及在光通信中的應用。 聲光調製器 (Acousto-optic Modulators)： 利用聲光效應實現光的衍射、調製和頻率搬移，在光信號處理、激光調 Q 等方麵有廣泛應用。 光開關與光限幅器 (Optical Switches and Optical Limiters)： 光開關： 利用非綫性效應實現對光信號的快速切換和路由。 光限幅器： 利用非綫性吸收或散射效應，在強光照射下改變材料的透射率，保護敏感器件免受損傷。我們將介紹基於自聚焦、自吸收、四波混頻等機製的光限幅器設計。 非綫性光學傳感與測量： 非綫性光學傳感： 利用非綫性效應檢測微弱信號或環境變化，如利用二次諧波産生或非綫性散射來檢測特定物質。 非綫性光學成像： 利用非綫性光學信號（如二次諧波、多光子激發熒光）進行生物組織或材料的成像，具有高分辨率、高對比度和深穿透等優點。 光存儲與光信息處理： 光存儲： 利用非綫性光學效應實現信息的光學存儲和讀取。 光計算： 基於非綫性光學元件實現邏輯門和計算功能。 在器件部分，我們將結閤具體的設計實例，講解如何根據特定的應用需求選擇閤適的材料、優化器件結構、提高器件性能，並討論實際應用中可能遇到的挑戰和解決方案。 五、 挑戰與未來展望 本書的最後部分將聚焦於非綫性光學領域麵臨的挑戰以及未來的發展趨勢。這包括： 新型非綫性光學材料的開發： 尋找具有更高非綫性效應、更寬透明範圍、更高損傷閾值、更易於加工且成本更低的材料，特彆是基於有機分子、納米結構和二維材料的新型功能材料。 器件性能的提升： 提高頻率轉換效率、調製速度、光開關響應時間、光限幅性能等。 小型化與集成化： 將非綫性光學器件集成到光子芯片上，實現更緊湊、更高效的光學係統。 拓展新的應用領域： 如在量子信息、生物醫學、新能源等領域探索非綫性光學的新機遇。 我們還將討論非綫性光學研究中一些前沿的熱點問題，例如超快非綫性光學、等離激元增強非綫性光學、拓撲非綫性光學等。 六、 結論 《非綫性光學材料與器件》旨在為讀者提供一個全麵、深入的非綫性光學知識體係。通過對非綫性光學現象的物理機製、各類材料的特性、以及先進器件的設計與應用的係統闡述，我們希望本書能夠成為該領域研究人員和工程師的寶貴參考，並為未來非綫性光學技術的創新與發展貢獻力量。本書的內容將以嚴謹的學術態度，結閤最新的研究進展，力求做到理論與實踐相結閤，為讀者提供一個清晰、有益的學習體驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言錶達風格極其生硬，讀起來非常費力。作者似乎更注重數學的嚴謹性，而忽略瞭語言的流暢性和可讀性。我在閱讀關於“分數階差分方程”的章節時，就被書中大量使用被動語態和復雜的長句所睏擾，這使得理解起來非常吃力。而且，書中很多術語的翻譯也顯得不夠信達雅，有些地方甚至讓人産生歧義。我希望作者能夠用更通俗易懂的語言來解釋那些復雜的數學概念，並提供一些生動的比喻或者類比，來幫助讀者建立直觀的理解。例如，在講解“分數階的記憶特性”時，作者僅僅給齣瞭數學上的錶述，卻未能用更形象的方式來描述這種特性是如何體現在信號處理中的。我在閱讀過程中，常常需要停下來，自己去揣摩作者的意圖，這極大地影響瞭我的閱讀效率。這本書更像是作者自己學術研究的記錄，而非一本旨在與讀者進行有效溝通的書籍。它缺乏“教學”的思維，沒有真正站在讀者的角度去思考如何更有效地傳遞知識。我感覺自己像是在和一本冷冰冰的“數學說明書”對話，而無法感受到作者的教學熱情和引導。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是太令人失望瞭！我滿懷期待地入手，想著能深入瞭解分數階信號處理的奧秘，結果翻開纔知道，內容和我的預期完全背離。書裏充斥著大量晦澀難懂的數學符號和抽象的概念，仿佛是為瞭炫技而非教學。作者在解釋分數階導數和積分時，用瞭大量我從未見過的符號和公式，完全沒有從讀者的角度齣發，比如我作為一個信號處理領域的初學者，希望看到的是清晰的定義、直觀的圖形解釋，以及能夠聯係實際應用的案例，而不是一堆堆冷冰冰的數學推導。書中提到的“非局部性”和“記憶效應”等概念，雖然聽起來很有潛力，但書中給齣的解釋卻像是在雲裏霧裏，我反復閱讀瞭好幾遍，還是抓不住重點。我特彆希望書中能有一些關於分數階信號處理在實際工程中應用的章節，比如在控製係統、圖像處理或者通信領域的案例分析，這樣我纔能更直觀地理解這些理論的價值。然而，這本書似乎隻停留在理論層麵，缺乏足夠的實踐指導，讓我想把這些知識應用到實際工作中都無從下手。總而言之，這本書的學術性過強，而實用性和易懂性卻嚴重不足，對於想要快速入門或者希望瞭解實際應用的讀者來說，這本書的價值大打摺扣。我花瞭不少時間去理解書中的內容，但最終收獲甚微，感覺像是陷入瞭數學的迷宮，久久不能自拔。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論框架搭建得十分混亂，讓我很難從中提取齣清晰的學習脈絡。我嘗試著去理解書中關於“分數階係統的穩定性分析”的部分，但作者在講解過程中，卻混雜瞭多種不同的穩定性判據，而且對它們之間的聯係和適用範圍的界定也十分模糊。這讓我很難判斷在具體問題中應該采用哪種方法。我特彆希望書中能夠有一個清晰的章節來梳理不同分數階算子之間的關係，比如它們在物理意義、數學性質以及應用場景上的差異，但這本書在這方麵做得非常不足。它更多地是在羅列各種數學定義和推導，而缺乏對這些概念進行係統性的歸納和總結。我在閱讀過程中，常常會産生“為什麼需要這個概念？”、“這個概念和之前學過的有什麼區彆？”這樣的疑問，但書中很少能提供令人滿意的答案。這種缺乏體係化的講解方式，讓我在學習過程中感到十分迷茫，難以形成對分數階信號處理的整體認知。我感覺自己像是被丟進瞭一個巨大的數學知識庫，但卻沒有地圖和指南針，很難找到自己需要的信息。這本書在學術研究方麵或許有一定的參考價值，但作為一本入門或進階的學習書籍，它的指導性和係統性都存在嚴重的問題。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本書的定價與其實際內容嚴重不符。作為一個花費不菲購買瞭這本書的讀者，我期待的是能夠獲得真正有價值的學習體驗。然而，書中充斥著大量重復和冗餘的內容，仿佛是為瞭湊字數而刻意為之。在講解“Caputo分數階導數”時，作者反復強調瞭其在時間域的定義，但對於其在頻率域的性質和應用卻語焉不詳，這讓我感到非常睏惑。我希望書中能夠詳細闡述分數階導數在不同領域的具體應用，比如在模擬生物信號、處理長程依賴性係統等方麵，但這些內容卻非常稀少，或者被一帶而過。更讓我惱火的是，書中某些章節的邏輯跳躍性非常強，從一個概念突然跳到另一個概念，中間缺乏必要的過渡和解釋，導緻我難以跟上作者的思路。我在閱讀關於“分數階傅裏葉變換”的章節時，就遇到瞭這樣的問題，作者在沒有充分鋪墊的情況下，直接引入瞭一些復雜的數學變換，讓我感到不知所雲。這本書在內容上的“空洞”和“重復”，讓我覺得物非所值，甚至有些被欺騙的感覺。我原本希望能通過這本書來提升自己在信號處理領域的專業技能，結果卻感覺是在浪費寶貴的時間和金錢。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編寫風格實在難以恭維，完全沒有考慮到讀者接受知識的習慣。一開始就拋齣瞭大量的定義和定理，而且這些定義和定理之間缺乏清晰的邏輯聯係，讓人感覺像是零散的知識碎片。我在閱讀關於“李維爾分數階積分”的章節時，花瞭很長時間去理解這個概念的物理意義，但書中給齣的解釋卻十分抽象，隻強調瞭其數學性質，卻忽略瞭它在信號處理中可能扮演的角色。而且，書中在引用文獻時，也顯得有些隨意，很多關鍵性的理論引用並沒有給齣詳細的齣處，讓我無法追溯其源頭。我尤其希望書中能有更豐富的圖示和示意圖來輔助理解，比如在講解分數階濾波器的頻率響應時，能夠給齣不同階數下濾波器性能變化的直觀對比圖，這樣我纔能更清晰地認識到分數階濾波器的獨特性。然而，書中卻充斥著密密麻麻的公式和文字描述，閱讀起來枯燥乏味。對於一個想要學習新知識的讀者來說，這樣的編寫方式無疑是一道巨大的障礙。這本書更像是一本為專業研究人員準備的參考手冊，而不是一本麵嚮廣大工程師和學生的教材。它在理論深度上或許有所追求，但在知識傳播的有效性上，卻顯得力不從心。我感覺自己像是在啃一本硬邦邦的“學術磚頭”，雖然其中可能蘊含著寶貴的知識，但獲取的過程卻異常艱難。