物理光學與應用光學(第3版)/石順祥/十一五 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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石順祥王學恩馬琳 著

圖書標籤:

• 物理光學
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• 教材
• 理工科
• 大學
• 光波
• 衍射
• 乾涉
• 偏振

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560633480

商品編碼：1490623349

齣版時間：2014-07-01

作  者:石順祥//王學恩//馬琳 著作 定  價:55 齣 版 社:西安電子科技大學齣版社 齣版日期:2014年07月01日 裝  幀:平裝 ISBN:9787560633480 ●暫無

內容簡介

暫無

光學科學的探索之旅：從微觀粒子到宏觀世界的奇妙互動 本書並非專注於某一本特定的教材，而是旨在引領讀者踏上一場全麵而深刻的光學科學探索之旅。我們深入剖析光這一基本物理現象的本質，揭示其在微觀粒子層麵上的量子特性，同時追溯其在宏觀世界中演化齣的豐富多彩的應用。我們將不拘泥於具體的書本章節，而是力求勾勒齣整個光學領域的宏大圖景，激發讀者對這一迷人學科的濃厚興趣。 一、 光的本質：粒子與波的二重奏 光學科學的基石在於理解光的本質。近代物理學的發展，尤其是量子力學的誕生，徹底顛覆瞭我們對光的樸素認知。長久以來，光被視為一種純粹的波動現象，能夠解釋乾涉、衍射等一係列波動光學效應。然而，一係列實驗現象，如光電效應，又強烈地錶明光具有粒子性。 1. 波動說：揭示光的傳播規律 早期光學理論，以惠更斯為代錶，提齣瞭光的波動說。這一理論將光視為一種在以太介質中傳播的機械波。盡管“以太”的概念已被現代物理學拋棄，但波動說在解釋光的傳播、摺射、反射等方麵取得瞭巨大的成功。 光的傳播： 光沿直綫傳播是波動說的一個重要推論，也是我們日常生活中最直觀的感受。在均勻介質中，光綫可以被視為一係列垂直於波麵的軌跡。 摺射與反射： 當光從一種介質傳播到另一種介質時，其傳播方嚮會發生改變，這就是摺射。光的摺射現象可以用惠更斯原理（即介質中的每一點都可以看作新的波源，發齣的子波疊加形成新的波前）來解釋。同樣，當光遇到界麵時，一部分光會被反射迴來，反射定律（入射角等於反射角）也是波動說能夠很好解釋的。 乾涉： 當兩束或多束相乾光（頻率相同、相位差恒定）疊加時，會在空間中形成明暗相間的條紋，這就是乾涉現象。同相疊加處振幅增強，形成亮紋；反相疊加處振幅抵消，形成暗紋。乾涉實驗是證明光具有波動性的有力證據，如楊氏雙縫乾涉實驗。 衍射： 光在傳播過程中遇到障礙物或小孔時，會偏離直綫傳播的路徑，繞過障礙物或散開，這種現象稱為衍射。衍射的本質也是波的傳播特性，它錶明光波並非嚴格沿直綫傳播，而是具有一定的“繞射”能力。單縫衍射、圓孔衍射等現象都體現瞭光的波動性。 偏振： 光的偏振是指光波電場矢量的振動方嚮。自然光是各個方嚮振動的隨機疊加，稱為非偏振光。通過偏振片或發生反射、散射等現象，光可以變得具有特定振動方嚮，成為偏振光。偏振現象是理解光波是橫波的關鍵證據。 2. 粒子說：揭示光的能量量子 然而，波動說在解釋黑體輻射、光電效應等現象時遇到瞭睏難。普朗剋引入瞭能量量子化的概念，提齣瞭著名的普朗剋公式，成功解釋瞭黑體輻射的實驗麯綫。隨後，愛因斯坦在光電效應的研究中，進一步發展瞭光的粒子性理論，提齣瞭光子假說。 光電效應： 當光照射到金屬錶麵時，會激發齣電子，這種現象稱為光電效應。光電效應的實驗結果錶明，隻有當光的頻率高於某一閾值時，纔會發生電子發射，並且發射齣的電子能量與光的強度無關，隻與光的頻率有關。這與經典波動理論的預測完全不符。愛因斯坦的光子假說認為，光是由一份份的能量子（光子）組成的，每個光子的能量為 $E = hf$，其中 $h$ 是普朗剋常數， $f$ 是光的頻率。光子與電子的相互作用，一次一個光子與一個電子的能量交換，完美解釋瞭光電效應的實驗現象。 康普頓效應： 康普頓在研究X射綫與物質的相互作用時，發現散射X射綫的波長會發生增加，並且增加的量與散射角有關。這一現象無法用波動理論解釋，但可以將其視為一個彈性碰撞過程，即X射綫光子與晶體中的電子發生碰撞，光子損失一部分能量和動量，頻率降低，波長增加。康普頓效應進一步證實瞭光子的存在以及光的粒子性。 3. 波粒二象性：光學的統一觀 從波動說和粒子說，我們認識到光同時具有波動性和粒子性，這種性質被稱為波粒二象性。在不同的實驗條件下，光會錶現齣其中一種特性。例如，在乾涉和衍射實驗中，光的波動性錶現得尤為明顯；而在光電效應和康普頓效應中，光的粒子性則占據主導地位。波粒二象性是量子力學的核心概念之一，也是現代光學理解的基礎。 二、 光與物質的相互作用：豐富多彩的現象 光與物質的相互作用是光學領域研究的重要內容，它不僅揭示瞭物質的微觀結構，也催生瞭眾多重要的應用。 1. 吸收與發射：物質對光的“選擇” 當光傳播到物質中時，會與物質的原子、分子發生相互作用。 吸收： 物質可以通過吸收光子的能量來躍遷到更高的能級。吸收的譜綫（吸收光譜）反映瞭物質內部的能級結構。不同的物質對不同頻率的光具有不同的吸收能力，這是物體呈現顔色的重要原因。例如，綠葉之所以呈現綠色，是因為它主要吸收紅光和藍光，而反射綠光。 發射： 處於高能級的原子、分子可以通過輻射光子的方式迴到低能級，這個過程稱為發光。發光可以是自發發光（如白熾燈）或受激發光（如激光）。發射光譜（發射光譜）同樣反映瞭物質的能級結構。 2. 色散：光速隨頻率的變化 當光通過非均勻介質（例如棱鏡）時，不同頻率的光具有不同的傳播速度，導緻光束發生分裂，形成光譜，這就是色散現象。例如，白光通過棱鏡會分解成彩虹般的七色光，這是因為不同顔色的光（對應不同頻率）在玻璃中的摺射率略有不同，傳播速度也因此不同。色散是理解光譜分析和許多光學器件（如光譜儀）工作原理的關鍵。 3. 散射：光的方嚮改變 光在傳播過程中遇到介質中的微小粒子時，會嚮各個方嚮散射開來。 瑞利散射： 當散射粒子尺寸遠小於光的波長時，發生瑞利散射，散射強度與波長的四次方成反比。天空之所以呈現藍色，就是因為太陽光中的藍光（波長較短）比紅光更容易發生瑞利散射。 米氏散射： 當散射粒子尺寸與光的波長相當或更大時，發生米氏散射，散射方嚮和強度與粒子尺寸、形狀以及光的波長都有關。雲朵呈現白色，是因為雲滴顆粒較大，對可見光進行米氏散射，各色光散射程度差不多，混閤後呈現白色。 4. 非綫性光學：強光下的奇妙效應 當光強足夠大時，物質的介電常數不再是常數，而是與電場強度有關，這時會發生一係列非綫性光學效應。 二次諧波産生： 強激光照射在某些晶體上時，會産生頻率是入射光兩倍的光。 參量放大： 通過一對泵浦光和信號光，可以放大另一個頻率的光。 自聚焦： 強激光束在介質中傳播時，由於非綫性效應，會使介質摺射率發生改變，導緻光束嚮中心聚焦。 非綫性光學是現代光學研究的前沿領域，在光通信、激光技術、光學測量等方麵有著重要的應用。 三、 光學的應用：滲透於現代生活的方方麵麵 光學科學的發展不僅深化瞭我們對宇宙的認知，更深刻地改變瞭我們的生活方式。從微小的傳感器到龐大的天文望遠鏡，光學技術無處不在。 1. 視覺成像：眼睛與相機 人眼： 人類的眼睛是天然的光學成像係統，通過晶狀體的摺射和調節，將外界物體成像在視網膜上，經過神經信號轉化，形成視覺。對眼睛成像原理的理解，是研究視覺科學的基礎。 照相機： 照相機模擬瞭人眼的成像原理，通過鏡頭（一係列透鏡組閤）將光綫聚焦在感光元件（膠片或數碼傳感器）上，記錄下物體的圖像。鏡頭的設計、光圈的調節等都涉及到光學原理。 2. 幾何光學與精密測量 幾何光學主要研究光沿直綫傳播的性質，在許多光學儀器的設計中扮演著重要角色。 望遠鏡與顯微鏡： 望遠鏡通過組閤透鏡或反射鏡，放大遠處的物體；顯微鏡則放大微小的物體，讓我們得以窺見微觀世界。它們的設計都基於幾何光學的成像原理。 乾涉儀： 利用光的乾涉現象，可以實現超高精度的長度測量和形變檢測。例如，邁剋爾遜乾涉儀是經典的乾涉測量儀器，廣泛應用於精密測量和科學研究。 激光技術： 激光具有方嚮性好、單色性強、相乾性高等特點，其産生本身就與光的受激發射密切相關。激光在工業切割、醫療手術、信息傳輸、科學測量等領域有著廣泛的應用。 3. 光通信：信息傳遞的“高速公路” 現代通信技術，尤其是光縴通信，是光學在信息時代最重要的應用之一。 光縴： 光縴是一種利用全反射原理傳輸光信號的介質。通過光信號編碼信息，可以在光縴中高速、遠距離地傳輸大量數據。 光源與探測器： 光縴通信需要高效的光源（如半導體激光器）來産生光信號，以及高靈敏度的光探測器來接收和解碼信號。 4. 光電子學：光與電的交融 光電子學是光學與電子學交叉形成的新興學科，它研究光與電子之間的相互作用，以及如何利用這種相互作用來設計和製造各種電子器件。 發光二極管 (LED)： LED通過半導體材料的電子-空穴復閤産生光，具有能耗低、壽命長、色彩豐富等優點，已廣泛應用於照明、顯示等領域。 光電探測器： 光電探測器能夠將光信號轉化為電信號，是光通信、光傳感等技術中的關鍵組件。 圖像傳感器： 數碼相機中的CMOS和CCD傳感器，能夠將光信號轉化為數字電信號，實現圖像的記錄和處理。 5. 光學在其他領域的應用 除瞭上述領域，光學技術還滲透到其他許多領域，如： 醫學： 內窺鏡、激光手術、眼科矯正等。 工業： 激光焊接、光學測量、機器視覺等。 科研： 光譜分析、粒子成像、量子計算等。 日常生活： 太陽能電池、液晶顯示屏、全息投影等。 結語 光，這一古老而又充滿活力的物理現象，其探索永無止境。從揭示其微觀粒子般的量子特性，到理解其宏觀世界的傳播規律；從研究其與物質發生的奇妙互動，到應用其解決人類社會麵臨的各種挑戰，光學科學始終站在科學前沿。本書旨在為讀者構建一個關於光學世界的全麵認知框架，希望能夠激發您對這門學科更深入的探索和思考。

評分☆☆☆☆☆

這本《物理光學與應用光學(第3版)/石順強/十一五》真是讓我眼前一亮，尤其是它在介紹光的乾涉和衍射現象時，那種循序漸進的邏輯和清晰的闡述，簡直是為我這樣的初學者量身定製的。書中對於雙縫乾涉的理論推導，從惠更斯原理齣發，一步步引導讀者理解條紋的形成機製，每一個公式的推導都伴隨著直觀的圖示，讓我這個以前對物理公式總感到頭疼的人，也能融會貫通。更讓我驚喜的是，它並沒有止步於理論，而是將這些基礎概念巧妙地與實際應用聯係起來，比如利用乾涉原理製造的光柵和全息技術，書中的案例分析讓我看到瞭光學理論是如何轉化為改變我們生活的技術的。我尤其喜歡關於馬赫-曾德爾乾涉儀的講解，它不僅深入剖析瞭儀器的結構和工作原理，還列舉瞭其在測量微小摺射率變化等方麵的實際應用，這讓我深刻體會到理論聯係實際的重要性。整本書的編排非常閤理，每一章節都像是一次精彩的光學探索之旅，讓我欲罷不能，恨不得一口氣讀完。

評分☆☆☆☆☆

我必須坦誠地說，這本書在講解光學成像方麵，給我帶來瞭前所未有的清晰度。石順強教授在《物理光學與應用光學(第3版)/石順強/十一五》中，對成像原理的闡述，從幾何光學的基礎，到透鏡和鏡麵的成像特性，再到光學係統的像差分析，都做到瞭層層遞進，邏輯嚴密。我尤其欣賞書中關於透鏡成像的詳細推導，焦距、物距、像距之間的關係被解釋得通俗易懂，配閤豐富的幾何圖示，即使是之前對光學成像感到睏惑的我，也能輕鬆掌握。更讓我感到驚喜的是，書中對像差的講解，比如球差、色差等，並不僅僅停留在理論層麵，而是詳細分析瞭這些像差對成像質量的影響，並介紹瞭校正像差的各種方法，這對於我理解攝影、顯微鏡等成像係統的局限性和優化方嚮非常有幫助。這本書讓我對“看見”這件事背後的光學奧秘有瞭更深刻的認知。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受就是它的“係統性”和“前瞻性”。石順強教授在《物理光學與應用光學(第3版)/石順強/十一五》中，沒有拘泥於陳舊的知識點，而是以一種非常宏觀的視角來審視整個光學領域。從經典光學的基礎，到波動光學、幾何光學，再到現代光學的發展，他都做瞭詳盡的梳理。最讓我印象深刻的是關於偏振光的部分，書中不僅詳細介紹瞭綫偏振、圓偏振、橢圓偏振的形成和性質，還重點闡述瞭它在液晶顯示、光學儀器等領域的廣泛應用，這讓我對日常生活中常見的電子産品有瞭更深層次的理解。此外，書中對非綫性光學和量子光學等前沿領域的介紹，雖然篇幅不多，但點到為止，勾勒齣瞭未來光學發展的脈絡，為我今後的深入學習指明瞭方嚮。這種既紮實又具備未來視野的講解方式，讓我覺得這本書不僅僅是一本教材，更是一份寶貴的學術饋贈。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最直觀的感受就是其“實踐導嚮”的特點。雖然是《物理光學與應用光學(第3版)/石順強/十一五》，但它並沒有顯得高高在上，而是非常貼近實際應用。在介紹激光原理的時候，書中不僅僅講解瞭受激輻射、粒子數反轉等核心概念，更重點闡述瞭激光在工業切割、醫療美容、通信等領域的具體應用案例，這些案例都配有詳細的圖示和數據，讓我能夠真切地感受到光學技術如何改變我們的生活。另外，關於光的傳播介質和摺射率的章節，書中不僅解釋瞭全反射現象，還深入探討瞭光縴通信和棱鏡的應用，這讓我對現代通信技術和光學儀器的工作原理有瞭更深入的理解。總而言之，這本書讓我覺得光學不再是實驗室裏的抽象概念，而是觸手可及的、充滿活力的現實技術。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，《物理光學與應用光學(第3版)/石順強/十一五》這本書在講解光的衍射理論方麵，做得尤為齣色。它並沒有簡單地羅列幾個公式，而是通過生動形象的比喻和精妙的數學推導，將夫琅禾費衍射和菲涅夫衍射的精髓展現得淋灕盡緻。我特彆喜歡書中關於單縫衍射的章節，它通過分析衍射條紋的強度分布，讓我明白瞭衍射不僅僅是光綫“繞過去”這麼簡單，而是包含瞭復雜的波的疊加和乾涉過程。更令人稱道的是，書中將衍射理論與實際應用緊密結閤，比如在光學儀器分辨率的討論中，充分體現瞭衍射極限的重要性，這對於我理解顯微鏡、望遠鏡等成像係統的性能至關重要。我還發現書中關於衍射光柵的講解非常透徹，從其結構到光譜分析的應用，都做瞭清晰的闡述，讓我對光譜儀的工作原理有瞭全新的認識。