物理光学与应用光学(第3版)/石顺祥/十一五 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

石顺祥王学恩马琳 著

图书标签:

• 物理光学
• 应用光学
• 光学
• 石顺祥
• 教材
• 理工科
• 大学
• 光波
• 衍射
• 干涉
• 偏振

店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560633480

商品编码：1490623349

出版时间：2014-07-01

作  者:石顺祥//王学恩//马琳 著作 定  价:55 出 版 社:西安电子科技大学出版社 出版日期:2014年07月01日 装  帧:平装 ISBN:9787560633480 ●暂无

内容简介

暂无

光学科学的探索之旅：从微观粒子到宏观世界的奇妙互动 本书并非专注于某一本特定的教材，而是旨在引领读者踏上一场全面而深刻的光学科学探索之旅。我们深入剖析光这一基本物理现象的本质，揭示其在微观粒子层面上的量子特性，同时追溯其在宏观世界中演化出的丰富多彩的应用。我们将不拘泥于具体的书本章节，而是力求勾勒出整个光学领域的宏大图景，激发读者对这一迷人学科的浓厚兴趣。 一、 光的本质：粒子与波的二重奏 光学科学的基石在于理解光的本质。近代物理学的发展，尤其是量子力学的诞生，彻底颠覆了我们对光的朴素认知。长久以来，光被视为一种纯粹的波动现象，能够解释干涉、衍射等一系列波动光学效应。然而，一系列实验现象，如光电效应，又强烈地表明光具有粒子性。 1. 波动说：揭示光的传播规律 早期光学理论，以惠更斯为代表，提出了光的波动说。这一理论将光视为一种在以太介质中传播的机械波。尽管“以太”的概念已被现代物理学抛弃，但波动说在解释光的传播、折射、反射等方面取得了巨大的成功。 光的传播： 光沿直线传播是波动说的一个重要推论，也是我们日常生活中最直观的感受。在均匀介质中，光线可以被视为一系列垂直于波面的轨迹。 折射与反射： 当光从一种介质传播到另一种介质时，其传播方向会发生改变，这就是折射。光的折射现象可以用惠更斯原理（即介质中的每一点都可以看作新的波源，发出的子波叠加形成新的波前）来解释。同样，当光遇到界面时，一部分光会被反射回来，反射定律（入射角等于反射角）也是波动说能够很好解释的。 干涉： 当两束或多束相干光（频率相同、相位差恒定）叠加时，会在空间中形成明暗相间的条纹，这就是干涉现象。同相叠加处振幅增强，形成亮纹；反相叠加处振幅抵消，形成暗纹。干涉实验是证明光具有波动性的有力证据，如杨氏双缝干涉实验。 衍射： 光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播的路径，绕过障碍物或散开，这种现象称为衍射。衍射的本质也是波的传播特性，它表明光波并非严格沿直线传播，而是具有一定的“绕射”能力。单缝衍射、圆孔衍射等现象都体现了光的波动性。 偏振： 光的偏振是指光波电场矢量的振动方向。自然光是各个方向振动的随机叠加，称为非偏振光。通过偏振片或发生反射、散射等现象，光可以变得具有特定振动方向，成为偏振光。偏振现象是理解光波是横波的关键证据。 2. 粒子说：揭示光的能量量子 然而，波动说在解释黑体辐射、光电效应等现象时遇到了困难。普朗克引入了能量量子化的概念，提出了著名的普朗克公式，成功解释了黑体辐射的实验曲线。随后，爱因斯坦在光电效应的研究中，进一步发展了光的粒子性理论，提出了光子假说。 光电效应： 当光照射到金属表面时，会激发出电子，这种现象称为光电效应。光电效应的实验结果表明，只有当光的频率高于某一阈值时，才会发生电子发射，并且发射出的电子能量与光的强度无关，只与光的频率有关。这与经典波动理论的预测完全不符。爱因斯坦的光子假说认为，光是由一份份的能量子（光子）组成的，每个光子的能量为 $E = hf$，其中 $h$ 是普朗克常数， $f$ 是光的频率。光子与电子的相互作用，一次一个光子与一个电子的能量交换，完美解释了光电效应的实验现象。 康普顿效应： 康普顿在研究X射线与物质的相互作用时，发现散射X射线的波长会发生增加，并且增加的量与散射角有关。这一现象无法用波动理论解释，但可以将其视为一个弹性碰撞过程，即X射线光子与晶体中的电子发生碰撞，光子损失一部分能量和动量，频率降低，波长增加。康普顿效应进一步证实了光子的存在以及光的粒子性。 3. 波粒二象性：光学的统一观 从波动说和粒子说，我们认识到光同时具有波动性和粒子性，这种性质被称为波粒二象性。在不同的实验条件下，光会表现出其中一种特性。例如，在干涉和衍射实验中，光的波动性表现得尤为明显；而在光电效应和康普顿效应中，光的粒子性则占据主导地位。波粒二象性是量子力学的核心概念之一，也是现代光学理解的基础。 二、 光与物质的相互作用：丰富多彩的现象 光与物质的相互作用是光学领域研究的重要内容，它不仅揭示了物质的微观结构，也催生了众多重要的应用。 1. 吸收与发射：物质对光的“选择” 当光传播到物质中时，会与物质的原子、分子发生相互作用。 吸收： 物质可以通过吸收光子的能量来跃迁到更高的能级。吸收的谱线（吸收光谱）反映了物质内部的能级结构。不同的物质对不同频率的光具有不同的吸收能力，这是物体呈现颜色的重要原因。例如，绿叶之所以呈现绿色，是因为它主要吸收红光和蓝光，而反射绿光。 发射： 处于高能级的原子、分子可以通过辐射光子的方式回到低能级，这个过程称为发光。发光可以是自发发光（如白炽灯）或受激发光（如激光）。发射光谱（发射光谱）同样反映了物质的能级结构。 2. 色散：光速随频率的变化 当光通过非均匀介质（例如棱镜）时，不同频率的光具有不同的传播速度，导致光束发生分裂，形成光谱，这就是色散现象。例如，白光通过棱镜会分解成彩虹般的七色光，这是因为不同颜色的光（对应不同频率）在玻璃中的折射率略有不同，传播速度也因此不同。色散是理解光谱分析和许多光学器件（如光谱仪）工作原理的关键。 3. 散射：光的方向改变 光在传播过程中遇到介质中的微小粒子时，会向各个方向散射开来。 瑞利散射： 当散射粒子尺寸远小于光的波长时，发生瑞利散射，散射强度与波长的四次方成反比。天空之所以呈现蓝色，就是因为太阳光中的蓝光（波长较短）比红光更容易发生瑞利散射。 米氏散射： 当散射粒子尺寸与光的波长相当或更大时，发生米氏散射，散射方向和强度与粒子尺寸、形状以及光的波长都有关。云朵呈现白色，是因为云滴颗粒较大，对可见光进行米氏散射，各色光散射程度差不多，混合后呈现白色。 4. 非线性光学：强光下的奇妙效应 当光强足够大时，物质的介电常数不再是常数，而是与电场强度有关，这时会发生一系列非线性光学效应。 二次谐波产生： 强激光照射在某些晶体上时，会产生频率是入射光两倍的光。 参量放大： 通过一对泵浦光和信号光，可以放大另一个频率的光。 自聚焦： 强激光束在介质中传播时，由于非线性效应，会使介质折射率发生改变，导致光束向中心聚焦。 非线性光学是现代光学研究的前沿领域，在光通信、激光技术、光学测量等方面有着重要的应用。 三、 光学的应用：渗透于现代生活的方方面面 光学科学的发展不仅深化了我们对宇宙的认知，更深刻地改变了我们的生活方式。从微小的传感器到庞大的天文望远镜，光学技术无处不在。 1. 视觉成像：眼睛与相机 人眼： 人类的眼睛是天然的光学成像系统，通过晶状体的折射和调节，将外界物体成像在视网膜上，经过神经信号转化，形成视觉。对眼睛成像原理的理解，是研究视觉科学的基础。 照相机： 照相机模拟了人眼的成像原理，通过镜头（一系列透镜组合）将光线聚焦在感光元件（胶片或数码传感器）上，记录下物体的图像。镜头的设计、光圈的调节等都涉及到光学原理。 2. 几何光学与精密测量 几何光学主要研究光沿直线传播的性质，在许多光学仪器的设计中扮演着重要角色。 望远镜与显微镜： 望远镜通过组合透镜或反射镜，放大远处的物体；显微镜则放大微小的物体，让我们得以窥见微观世界。它们的设计都基于几何光学的成像原理。 干涉仪： 利用光的干涉现象，可以实现超高精度的长度测量和形变检测。例如，迈克尔逊干涉仪是经典的干涉测量仪器，广泛应用于精密测量和科学研究。 激光技术： 激光具有方向性好、单色性强、相干性高等特点，其产生本身就与光的受激发射密切相关。激光在工业切割、医疗手术、信息传输、科学测量等领域有着广泛的应用。 3. 光通信：信息传递的“高速公路” 现代通信技术，尤其是光纤通信，是光学在信息时代最重要的应用之一。 光纤： 光纤是一种利用全反射原理传输光信号的介质。通过光信号编码信息，可以在光纤中高速、远距离地传输大量数据。 光源与探测器： 光纤通信需要高效的光源（如半导体激光器）来产生光信号，以及高灵敏度的光探测器来接收和解码信号。 4. 光电子学：光与电的交融 光电子学是光学与电子学交叉形成的新兴学科，它研究光与电子之间的相互作用，以及如何利用这种相互作用来设计和制造各种电子器件。 发光二极管 (LED)： LED通过半导体材料的电子-空穴复合产生光，具有能耗低、寿命长、色彩丰富等优点，已广泛应用于照明、显示等领域。 光电探测器： 光电探测器能够将光信号转化为电信号，是光通信、光传感等技术中的关键组件。 图像传感器： 数码相机中的CMOS和CCD传感器，能够将光信号转化为数字电信号，实现图像的记录和处理。 5. 光学在其他领域的应用 除了上述领域，光学技术还渗透到其他许多领域，如： 医学： 内窥镜、激光手术、眼科矫正等。 工业： 激光焊接、光学测量、机器视觉等。 科研： 光谱分析、粒子成像、量子计算等。 日常生活： 太阳能电池、液晶显示屏、全息投影等。 结语 光，这一古老而又充满活力的物理现象，其探索永无止境。从揭示其微观粒子般的量子特性，到理解其宏观世界的传播规律；从研究其与物质发生的奇妙互动，到应用其解决人类社会面临的各种挑战，光学科学始终站在科学前沿。本书旨在为读者构建一个关于光学世界的全面认知框架，希望能够激发您对这门学科更深入的探索和思考。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是它的“系统性”和“前瞻性”。石顺强教授在《物理光学与应用光学(第3版)/石顺强/十一五》中，没有拘泥于陈旧的知识点，而是以一种非常宏观的视角来审视整个光学领域。从经典光学的基础，到波动光学、几何光学，再到现代光学的发展，他都做了详尽的梳理。最让我印象深刻的是关于偏振光的部分，书中不仅详细介绍了线偏振、圆偏振、椭圆偏振的形成和性质，还重点阐述了它在液晶显示、光学仪器等领域的广泛应用，这让我对日常生活中常见的电子产品有了更深层次的理解。此外，书中对非线性光学和量子光学等前沿领域的介绍，虽然篇幅不多，但点到为止，勾勒出了未来光学发展的脉络，为我今后的深入学习指明了方向。这种既扎实又具备未来视野的讲解方式，让我觉得这本书不仅仅是一本教材，更是一份宝贵的学术馈赠。

评分☆☆☆☆☆

这本《物理光学与应用光学(第3版)/石顺强/十一五》真是让我眼前一亮，尤其是它在介绍光的干涉和衍射现象时，那种循序渐进的逻辑和清晰的阐述，简直是为我这样的初学者量身定制的。书中对于双缝干涉的理论推导，从惠更斯原理出发，一步步引导读者理解条纹的形成机制，每一个公式的推导都伴随着直观的图示，让我这个以前对物理公式总感到头疼的人，也能融会贯通。更让我惊喜的是，它并没有止步于理论，而是将这些基础概念巧妙地与实际应用联系起来，比如利用干涉原理制造的光栅和全息技术，书中的案例分析让我看到了光学理论是如何转化为改变我们生活的技术的。我尤其喜欢关于马赫-曾德尔干涉仪的讲解，它不仅深入剖析了仪器的结构和工作原理，还列举了其在测量微小折射率变化等方面的实际应用，这让我深刻体会到理论联系实际的重要性。整本书的编排非常合理，每一章节都像是一次精彩的光学探索之旅，让我欲罢不能，恨不得一口气读完。

评分☆☆☆☆☆

我必须坦诚地说，这本书在讲解光学成像方面，给我带来了前所未有的清晰度。石顺强教授在《物理光学与应用光学(第3版)/石顺强/十一五》中，对成像原理的阐述，从几何光学的基础，到透镜和镜面的成像特性，再到光学系统的像差分析，都做到了层层递进，逻辑严密。我尤其欣赏书中关于透镜成像的详细推导，焦距、物距、像距之间的关系被解释得通俗易懂，配合丰富的几何图示，即使是之前对光学成像感到困惑的我，也能轻松掌握。更让我感到惊喜的是，书中对像差的讲解，比如球差、色差等，并不仅仅停留在理论层面，而是详细分析了这些像差对成像质量的影响，并介绍了校正像差的各种方法，这对于我理解摄影、显微镜等成像系统的局限性和优化方向非常有帮助。这本书让我对“看见”这件事背后的光学奥秘有了更深刻的认知。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直观的感受就是其“实践导向”的特点。虽然是《物理光学与应用光学(第3版)/石顺强/十一五》，但它并没有显得高高在上，而是非常贴近实际应用。在介绍激光原理的时候，书中不仅仅讲解了受激辐射、粒子数反转等核心概念，更重点阐述了激光在工业切割、医疗美容、通信等领域的具体应用案例，这些案例都配有详细的图示和数据，让我能够真切地感受到光学技术如何改变我们的生活。另外，关于光的传播介质和折射率的章节，书中不仅解释了全反射现象，还深入探讨了光纤通信和棱镜的应用，这让我对现代通信技术和光学仪器的工作原理有了更深入的理解。总而言之，这本书让我觉得光学不再是实验室里的抽象概念，而是触手可及的、充满活力的现实技术。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《物理光学与应用光学(第3版)/石顺强/十一五》这本书在讲解光的衍射理论方面，做得尤为出色。它并没有简单地罗列几个公式，而是通过生动形象的比喻和精妙的数学推导，将夫琅禾费衍射和菲涅夫衍射的精髓展现得淋漓尽致。我特别喜欢书中关于单缝衍射的章节，它通过分析衍射条纹的强度分布，让我明白了衍射不仅仅是光线“绕过去”这么简单，而是包含了复杂的波的叠加和干涉过程。更令人称道的是，书中将衍射理论与实际应用紧密结合，比如在光学仪器分辨率的讨论中，充分体现了衍射极限的重要性，这对于我理解显微镜、望远镜等成像系统的性能至关重要。我还发现书中关于衍射光栅的讲解非常透彻，从其结构到光谱分析的应用，都做了清晰的阐述，让我对光谱仪的工作原理有了全新的认识。