光的相乾與偏振理論導論(英文影印版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 沃爾夫（E. Wolf） 著

圖書標籤:

• 光學
• 相乾性
• 偏振
• 電磁波
• 物理學
• 理論物理
• 英文影印版
• 光學導論
• 經典光學
• 波動光學

店鋪： 北京大學齣版社旗艦店

齣版社： 北京大學齣版社

ISBN：9787301245484

商品編碼：12855237612

包裝：平裝

齣版時間：2014-08-01

基本信息

書名：光的相乾與偏振理論導論(英文影印版)

定價：41.00元

作者： 沃爾夫（E. Wolf）

齣版社：北京大學齣版社

齣版日期：2014-08-01

ISBN：9787301245484

字數：

頁碼：240

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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光的相乾和偏振是光學中重要的現象，其應用也極為廣泛。《光的相乾與偏振理論導論（英文影印版）》的作者是國際光學界的學者，在相關的研究取中取得過突破性的進展。也正是因為作者的貢獻，本書能夠以統一處理方法研究光的相乾與偏振這兩種現象。對於光通信、光學成像等領域的研究者及研究生，乃至對此領域感興趣的讀者來說，本書是不可多得的讀物。

內容提要

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所有的光場都是漲落的，有些光場的漲落很小，例如許多激光器輸齣的光；有些光場的漲落相當大，例如從熱光源輻射的光。描述漲落光場的基礎理論是相乾理論。部分偏振現象就是漲落的重要錶現。實際上，相乾理論所能處理的問題不僅限於漲落。與常規的處理方法不同，相乾理論是依據可觀測量描述光場，並解釋這些可觀測量，例如光的光譜以及它在傳輸中如何變化的。
　　《光的相乾與偏振理論導論（英文影印版）》給齣瞭光的相乾與偏振現象的統一處理方法。適閤光通信、激光光束在光縴中和通過湍流大氣傳輸、光學成像，尤其在顯微鏡成像（例如醫學診斷）的物理界和工程界的研究者閱讀。

目錄

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Preface page xi
1. Elementary coherence phenomena 1
1.1 Interference and statistical similarity 1
1.2 Temporal coherence and the coherence time 4
1.3 Spatial coherence and the coherence area 5
1.4 The coherence volume 8
Problems 10
2. Mathematical preliminaries 11
2.1 Elementary concepts of the theory of random processes 11
2.2 Ergodicity 17
2.3 Complex representatioof a real signal and the envelope
of a narrow-band signal 19
2.4 The autocorrelatioand the cross-correlatiofunctions 22
2.4.1 The autocorrelatiofunctioof a finite sum of periodic
ponents with random amplitudes 24
2.5 The spectral density and the Wiener-Khintchine theorem 25
Problems 29
3. Second-order coherence phenomena ithe space-time domai31
3.1 Interference law for stationary optical fields. The mutual
coherence functioand the plex degree of coherence 31
3.2 Generatioof spatial coherence from aincoherent source.
The vaCittert-Zernike theorem 37
3.3 Illustrative examples 46
3.3.1 Michelson's method for measuring stellar diameters 46
3.3.2 Michelson's method for determining energy distribution
ispectral lines 51
3.4 Propagatioof the mutual intensity 54
3.5 Wave equations for the propagatioof mutual coherence ifree space 56
Problems 58
4. Second-order coherence phenomena ithe space-frequency domai60
4.1 Coherent-mode representatioand the cross-spectral density
as a correlatiofunctio60
4.2 The spectral interference law and the spectral degree of coherence 63
4.3 Aillustrative example: spectral changes ointerference 69
4.4 Interference of narrow-band light 73
Problems 76
5. Radiatiofrom sources of different states of coherence 79
5.1 Fields generated by sources with different coherence properties 79
5.2 Correlations and the spectral density ithe far field 81
5.3 Radiatiofrom some model sources 88
5.3.1 Schell-model sources 88
5.3.2 Quasi-homogeneous sources 90
5.4 Sources of different states of spatial coherence which generate
identical distributions of the radiant intensity 95
5.5 Coherence properties of Lambertiasources 97
5.6 Spectral changes opropagation. The scaling law 102
Problems 108
6. Coherence effects iscattering 111
6.1 Scattering of a monochromatic plane wave oa deterministic medium 111
6.2 Scattering of partially coherent waves oa deterministic medium 115
6.3 Scattering orandom media 118
6.3.1 General formulas 118
6.3.2 Examples 121
6.3.3 Scattering oa quasi-homogeneous medium 123
Problems 127
7. Higher-order coherence effects 129
7.1 Introductio129
7.2 Intensity interferometry with radio waves 131
7.3 The Hanbury Brown-Twiss effect and intensity interferometry with light 134
7.4 Einstein's formula for energy fluctuations iblackbody radiation
and the wave-particle duality 140
7.5 Mandel's theory of photoelectric detectioof light fluctuations 143
7.5.1 Mandel's formula for photocount statistics 143
7.5.2 The variance of counts from a single photodetector 145
7.5.3 Correlatiobetweecount fluctuations from two detectors 147
7.6 Determinatioof statistical properties of light from photocount
measurements 149
Problems 151
8. Elementary theory of polarizatioof stochastic electromagic beams 154
8.1 The 2 _ 2 equal-time correlatiomatrix of a quasi-monochromatic
electromagic beam 154
8.2 Polarized, unpolarized and partially polarized light. The degree
of polarizatio158
8.2.1 Completely polarized light 158
8.2.2 Natural (unpolarized) light 160
8.2.3 Partially polarized light and the degree of polarizatio161
8.2.4 The geometrical significance of plete polarization. The Stokes
parameters of pletely polarized light. The Poincaré sphere 165
Problems 171
9. Unified theory of polarizatioand coherence 174
9.1 The 2 _ 2 cross-spectral density matrix of a stochastic
electromagic beam 174
9.2 The spectral interference law, the spectral degree of coherence
and the spectral degree of polarizatioof stochastic
electromagic beams 175
9.3 Determinatioof the cross-spectral density matrix from experiments 179
9.4 Changes irandom electromagic beams opropagatio181
9.4.1 Propagatioof the cross-spectral density matrix of a stochastic
electromagic beam - general formulas 181
9.4.2 Propagatioof the cross-spectral density matrix of an
electromagic GaussiaSchell-model beam 183
9.4.3 Examples of correlation-induced changes istochastic
electromagic beams opropagatio186
9.4.4 Coherence-induced changes of the degree of polarization
iYoung's interference experiment 191
9.5 Generalized Stokes parameters 194
Problems 197
Appendices 202
I Cells of phase space and the degeneracy parameter 202
(a) Cells of phase space of a quasi-monochromatic light wave (Sectio1.4) 202
(b) Cells of phase space of radiatioia cavity (Sections 7.4 and 7.5) 204
(c) The degeneracy parameter 206
II Derivatioof Mandel's formula for photocount statistics
208
III The degree of polarizatioof aelectromagic Gaussian
Schell-model source 210
IV Some important probability distributions 212
(a) The binomial (or Bernoulli) distributioand some of its limiting cases 212
(b) The Bose-Einsteidistributio214
Author index 216
Subject index 220

作者介紹

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(美) 沃爾夫（E. Wolf），美國羅徹斯特大學教授。

文摘

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序言

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光的傳播與場論基礎 本書旨在為讀者提供一個堅實的光學基礎，重點關注光的波動性質、電磁場理論在光傳播中的應用，以及光與物質相互作用的基本原理。全書結構嚴謹，內容涵蓋瞭從經典光學到近代光學的過渡性知識，為深入研究更復雜的光學現象，如非綫性光學、量子光學等，奠定必要的理論基石。 第一部分：電磁場理論與光的波動性 本部分將深入探討光作為一種電磁波的基本屬性，從麥剋斯韋方程組齣發，構建描述光傳播的數學框架。 第一章：經典電磁場迴顧與基礎 本章首先迴顧瞭經典電磁場理論的核心——麥剋斯韋方程組（微分形式和積分形式）。重點闡述瞭這些方程在真空和介質中如何統一描述瞭電場 ($mathbf{E}$) 和磁場 ($mathbf{B}$)。接著，引入瞭坡印亭矢量 ($mathbf{S}$) 及其物理意義，用於量化電磁能的流動和強度。隨後，討論瞭電磁場的標量勢 ($phi$) 和矢量勢 ($mathbf{A}$)，以及規範選擇（如庫侖規範和洛倫茲規範）對求解方程的影響。 第二章：平麵電磁波的産生與傳播 本章聚焦於均勻、各嚮同性介質中的平麵波解。詳細推導瞭在無源、無耗散介質中，滿足亥姆霍茲方程的單色平麵波解。深入分析瞭波的傳播速度（相速度 $v_p$ 和群速度 $v_g$）與介質摺射率 $n(omega)$ 之間的關係。針對不同頻率範圍，討論瞭色散現象（正常色散與反常色散）。此外，本章還探討瞭波的能量密度和能量流的瞬時值與平均值，以及能量守恒定律在電磁波傳播中的體現。 第三章：波的邊界條件與反射/摺射 本章將光從一種介質傳播到另一種介質的界麵問題置於核心。詳細分析瞭電場和磁場在理想導體、電介質界麵上的邊界條件。基於這些條件，推導瞭斯涅爾定律（Snell's Law）——光的摺射定律。隨後，引入菲涅爾方程（Fresnel's Equations），係統地導齣瞭S偏振光（垂直於入射麵）和P偏振光（平行於入射麵）的反射係數和透射係數。通過分析這些係數，詳細討論瞭全內反射現象，以及臨界角和逸齣角（evanescent wave）的形成。布儒斯特角（Brewster's Angle）作為P光無反射的特殊情況，也被給予充分的討論。 第二部分：光束的傳播與衍射理論 本部分將研究光束的實際形態，超越瞭理想化的無限平麵波模型，關注光束的聚焦、發散特性，以及光波繞過障礙物或孔徑時的衍射效應。 第四章：高斯光束的傳輸特性 高斯光束作為激光束的理想模型，在本章占據核心地位。本章首先從亥姆霍茲方程的特定解齣發，推導齣高斯光束的復照度分布。深入分析瞭高斯光束的關鍵參數，包括束腰半徑 ($w_0$)、束腰位置、光束半徑隨傳播距離的變化規律，以及光束的發散角。討論瞭麯率半徑 $R(z)$ 的概念及其對波前形狀的影響。此外，還介紹瞭不同階次的高斯-拉蓋爾（Laguerre）模和高斯-赫爾姆霍茲（Hermite-Gaussian, HG）模，為理解激光束的橫嚮結構奠定基礎。 第五章：標量衍射理論 本章從惠更斯-菲涅耳原理齣發，建立瞭描述光波衍射現象的理論框架。詳細推導瞭菲涅耳衍射積分（近場衍射）和夫琅禾費衍射積分（遠場衍射）。對於夫琅禾費衍射，重點分析瞭單縫衍射、圓孔衍射（艾裏斑）以及光柵衍射的強度分布，解釋瞭衍射限製的分辨率問題。對於菲涅耳衍射，則通過分析不同觀測距離下的圖案變化，解釋瞭衍射現象由近場嚮遠場的過渡，並簡要介紹瞭菲涅耳波帶片的工作原理。 第六章：夫琅禾費衍射的應用與分辨率 本章將夫琅禾費衍射理論應用於實際光學係統的成像過程。分析瞭有限孔徑成像係統中，物體的像不再是理想點，而是衍射受限的圖像。引入瞭光學係統的點擴散函數（PSF）和調製傳遞函數（MTF）的概念，這些函數是傅裏葉變換的直接應用，用於量化成像係統的質量。明確闡述瞭瑞利判據和阿貝判據，為確定光學儀器的極限分辨率提供瞭精確的定量標準。 第三部分：光與物質的相互作用及光場的量化描述 本部分將深入探討光在介質中的宏觀與微觀相互作用，並為理解量子光學打下必要的電磁場描述基礎。 第七章：介質中的光傳播與本構關係 本章迴歸到材料科學的角度，分析光在各種介質中的行為。詳細討論瞭電介質的極化現象，引入瞭電極化強度 ($mathbf{P}$) 和電容率 ($epsilon$)。重點分析瞭電磁場中的本構關係，如 $mathbf{D} = epsilon_0 mathbf{E} + mathbf{P}$。針對損耗性介質，引入瞭復摺射率的概念，並詳細解釋瞭吸收係數 $alpha$ 與介質電導率 $sigma$ 之間的聯係，從而描述瞭光強的指數衰減規律。 第八章：散射理論基礎 本章涵蓋瞭光束與微小粒子相互作用的基本模型。首先介紹瞭瑞利散射（Rayleigh Scattering）理論，解釋瞭天空呈藍色的物理機製，並強調瞭其與波長的四次方關係。隨後，過渡到米氏散射（Mie Scattering）理論的適用範圍，即粒子尺寸與波長相當或更大時的情況。簡要介紹瞭散射截麵和散射角的概念，為理解大氣光學現象和顆粒物光學分析提供瞭理論工具。 第九章：光場的第一量子化描述概述 為後續更深入的光學研究做準備，本章以半經典的方式引入光場的量化概念。將經典電磁場的能量流密度與光子的能量和動量聯係起來。討論瞭輻射壓力的物理效應。雖然不深入量子電動力學，但本章明確指齣電磁場能量的量子化是理解光與原子相互作用（如吸收與自發輻射）的必要前提，為理解激光原理和光量子特性提供瞭必要的思維導嚮。 全書在內容組織上遵循從基礎原理到具體應用，從宏觀描述到微觀關聯的邏輯，確保讀者能夠係統地掌握光的物理圖像和數學工具。

評分☆☆☆☆☆

從整體的學習體驗來看，這本書更像是一位經驗豐富的導師，而非冷冰冰的知識堆砌。它不僅教會瞭我們“是什麼”和“怎麼算”，更重要的是引導我們去思考“為什麼會是這樣”。在討論到一些曆史性的爭議和理論的演進過程時，作者不吝筆墨，將科學發現的麯摺性展現得淋灕盡緻。這使得學習過程不再是單嚮的灌輸，而更像是一場探索真理的旅程。通過這些曆史的切片，我不僅掌握瞭知識本身，更理解瞭物理學的研究方法論和科學精神的內核——懷疑、驗證、迭代。這本書的價值，因此超越瞭一本單純的教材，它提供瞭一種深入理解現代物理世界底層邏輯的獨特視角和思維訓練，是任何希望在光學或相關領域深耕的學者都應仔細研讀的基石之作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計給我的第一印象是相當紮實和耐看，那種經典的理工科教材的風格，封麵配色沉穩，字體排版清晰有力，一看就知道是經過深思熟慮的版本。拿到手裏的時候，能感覺到紙張的質感不錯，雖然是影印版，但在細節處理上看得齣齣版方還是花瞭一些心思去保證閱讀體驗的。我尤其欣賞它那種樸素卻不失專業性的外觀，沒有過多花哨的裝飾，完全將重點放在瞭內容的呈現上。這種設計哲學非常符閤物理學教材的定位——內容為王，形式服務於功能。對於初次接觸這個領域的學習者來說，這種直觀、不分散注意力的封麵和排版，能讓人很快進入心流狀態，專注於那些復雜的理論公式和圖示中去。整體而言，光是拿起這本書，那種物理學特有的嚴謹感就已經撲麵而來，讓人對接下來的學習內容充滿瞭期待，感覺像是在翻閱一本曆史悠久的經典著作，而非僅僅是一本普通的教科書。

評分☆☆☆☆☆

作為一本理論導論性質的著作，它在理論深度和廣度上的權衡拿捏得堪稱教科書級彆的典範。它既沒有止步於對基本概念的簡單描述，更沒有一頭紮進過於晦澀、隻服務於前沿研究的深水區。書中對核心原理的闡述，無論是對光的傳播特性還是其內在的量子本質的探討，都做到瞭深入淺齣，兼顧瞭物理圖像的完整性和數學錶達的精確性。我特彆欣賞它在關鍵概念後布置的那些設計精巧的例題——它們往往不是簡單的數值代入，而是需要讀者調動前麵多個知識點進行綜閤分析和建模的綜閤性問題。這些例題的價值遠超於檢驗計算能力，它們更像是思維的訓練場，幫助我們將抽象的公式真正地轉化為解決實際物理問題的工具，極大地鍛煉瞭讀者的物理直覺和建模能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏掌握得極其精妙，它沒有一上來就拋齣那些令人望而生畏的復雜數學推導，而是采取瞭一種循序漸進、層層遞進的講解方式。作者似乎非常懂得初學者的心理障礙，總是在引入新概念之前，先用一些非常直觀的、基於日常現象的類比來鋪墊，這極大地降低瞭理解的門檻。例如，在解釋光的波動性時，它對水波紋的類比處理得爐火純青，即便是第一次係統學習光學的人，也能迅速建立起初步的感性認識。隨後，理論的深化和數學工具的引入，都顯得水到渠成，絲毫沒有生硬的跳躍感。這種教學法使得知識點的吸收過程變得非常平滑和自然，讓人感覺每一步的跨越都是在堅實的基礎之上，而不是在空中樓閣上搭建。這種嚴謹的邏輯鏈條，使得我在閱讀過程中很少會産生“為什麼是這樣？”的睏惑，更多的是一種“原來如此，果然如此”的豁然開朗。

評分☆☆☆☆☆

閱讀過程中，我注意到這本書的語言風格是極其純粹和精確的，幾乎看不到任何冗餘或含糊不清的錶達。每一個術語的定義都像是經過瞭韆錘百煉的打磨，力求在有限的文字內傳達齣最準確的物理意義。這對於學習科學知識來說至關重要，因為在物理學中，詞語的精確性直接關係到邏輯的嚴密性。即便是影印版，這種原文的力度和精準度也得到瞭很好的保留，讓人在閱讀時有一種與大師直接對話的錯覺。當然，這種高度的專業性也意味著它對讀者的基礎知識有一定的要求，如果對微積分和基礎電磁學概念不熟悉，可能會在某些推導環節感到吃力。但反過來說，正是這種毫不妥協的精確性，確保瞭讀者能夠建立起一個無懈可擊的理論框架，為未來更深入的研究打下最堅實的基礎。