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內容簡介

　　基於近來在製造具有復雜結構光束以及對物質進行非接觸型光學操控領域的新進展，《現代光子學係列譯叢：結構光及其應用》詳細介紹瞭該領域的新理論、新方法及新應用。詳盡討論瞭一些獨特光束的特性，例如光學漩渦和其他的波前結構，相關的相位性質和光子性質，以及從冷卻原子操控到光學操控微機械領域的應用。
　　《現代光子學係列譯叢：結構光及其應用》內容相關學科背景主要是納米光子學領域。
　　因此《現代光子學係列譯叢：結構光及其應用》適用於物理、電子和光學專業的高年級本科生、研究生和納米光子學領域研究人員。

作者簡介

　　張彤，東南大學電子科學與工程學院教授，博士生導師。主要研究領域包括等離激元學、納米光子學、微納光電集成器件及係統、光學慣性傳感器件技術等領域。2007年3月至2008年2月作為“華英學者”前往美國哈佛大學應用科學學院（SEAS）納米光子學實驗室訪問學習一年，期間主要從事等離激元學方麵的研究工作。是國內較早開展錶麵等離激元研究的學者之一，並在該領域取得瞭較為豐富的研究成果。圍繞金屬錶麵等離激元波導的亞波長光傳輸特性，高局域光強密度特性等，提齣瞭多種具有顯著創新意義的新器件和新波導結構，在金屬納米光學材料及薄膜的可控製備和光學特性方麵開展瞭眾多研究。報道瞭多種納米材料閤成技術，如納米樹枝、納米鏈等，研究瞭金屬等離激元功能薄膜的化學自組裝製備技術，並應用在光伏、光學傳感等領域。研究成果發錶在國際光子學領域的高水平學術期刊上，並多次被國際同行引用和評價。先後承擔國傢自然科學基金項目、教育部博士點基金項目、國防創新項目、國防預先研究項目、預研基金項目、國防863項目等共20餘項科研項目。發錶論文50餘篇，其中包括ACS Nano、Scientific Reports、optics Express、Applied Physics Letters等知名期刊論文，授權美國發明專利4項，授權中國發明專利25項，授權中國實用新型專利近10項。

內頁插圖

目錄

原版作者所屬機構
前言

第一章 相位結構電磁波概述
1．1 簡介
1．2 拉蓋爾一高斯光束和軌道角動量
1．3 貝塞爾和馬蒂厄光束
1．4 波動方程的一般解
1．5 經典還是量子？
1．6 用透鏡和全息圖産生拉蓋爾一高斯光束
1．7 相乾性：空間與時間
1．8 基組間的轉換
1．9 總結
參考文獻

第二章 光學中的角動量和渦鏇
2．1 簡介
2．2 場和粒子的經典角動量
2．2．1 粒子和輻射的角動量
2．2．2 角動量各部分的變化率
2．3 輻射角動量分解為L和S
2．3．1 經典描述
2．3．2 量子運算符
2．4 多極場及其渦鏇結構
2．4．1 球形多極場
2．4．2 圓柱形多極場
2．5 單色傍軸光束的角動量
2．5．1 傍軸近似
2．5．2 單色光的角動量
2．5．3 均一的軌道角動量和自鏇角動量
2．5．4 非均勻偏振
2．6 傍軸光束的量子描述
2．6．1 傍軸場的量子運算符
2．6．2 自鏇和軌道角動量的量子運算符
2．7 非單色傍軸光束
2．7．1 非單色光束的角動量
2．7．2 鏇轉偏振的自鏇
2．7．3 鏇轉模式圖樣的軌道角動量
2．7．4 非均勻偏振鏇轉的角動量
2．8 經典傍軸光束的運算符描述
2．8．1 傍軸光束的Dirac符號
2．8．2 傍軸光束和量子諧振子
2．8．3 模式的升降算符
2．8．4 軌道角動量和Hermite-Laguerre球體
2．9 光學渦鏇動力學
2．9．1 不變的模式圖樣
2．9．2 同方嚮渦鏇的鏇轉圖樣
2．9．3 渦鏇的産生和湮滅
2．10 總結
參考文獻

第三章 奇點光學及其相位特性
3．1 基本相位奇點
3．2 復閤渦鏇光束
3．3 非整數渦鏇光束
3．4 傳播動力學
3．5 總結
緻謝
參考文獻

第四章 納米光學：粒子間作用力
4．1 簡介
4．2 光誘導對力的量子電動力學描述
4．2．1 量子學基礎
4．2．2 幾何結構的定義
4．2．3 斜圓柱對
4．2．4 共綫對
4．2．5 圓柱體平行對
4．2．6 球形粒子
4．2．7 拉蓋爾一高斯光束中的球形粒子
4．3 應用綜述
4．4 討論
緻謝
參考文獻

第五章 近場光學微操縱
5．1 引言
5．1．1 什麼是近場？
5．1．2 用於近場和引導（初步研究）的歲
5．2 近場俘獲的理論考量
5．3 近場中粒子引導和俘獲實驗
5．3．1 近場錶麵引導和俘獲
5．3．2 使用全反射物鏡進行俘獲
5．3．3 采用光波導的微操作
5．4 亟需研究的近場課題
5．4．1 近場中光力誘導的微粒自組裝
5．4．2 基於先進光子架構的近場俘獲
5．5 結論
緻謝
參考文獻

第六章 全息光鑷
6．1 簡介
6．2 舉例構建光阱擴展陣列的基本原理
6．3 實驗細節
6．3．1 標準的光學係統
6．4 全息光阱的算法
6．4．1 隨機掩模編碼
6．4．2 疊加算法
6．4．3 Gerchberg-saxton算法
6．4．4 直接搜索算法和模擬退火法
6．4．5 總結
6．4．6 創建擴展光學勢能圖譜的可替代手段
6．5 全息光鑷的未來
緻謝
參考文獻

第七章 利用結構光進行原子和分子操縱
7．1 簡介
7．2 概要
7．3 軌道角動量嚮原子和分子的轉移
7．4 多普勒力和扭矩
7．4．1 基本形式
7．4．2 瞬態動力學
7．4．3 穩態動力學
7．4．4 偶極電位
7．5 多普勒頻移
7．5．1 軌跡綫
7．5．2 多光束
7．5．3 二維和三維粘團
7．6 液晶的鏇轉效應
7．7 討論和總結
緻謝
參考文獻

第八章 光渦鏇俘獲及粒子自鏇動力學
8．1 引言
8．2 光俘獲的計算電磁模型
8．3 電磁角動量
8．4 傍軸和非傍軸光渦鏇中的電磁角動量
8．5 非傍軸光渦鏇
8．6 渦鏇光束俘獲
8．7 對稱與光扭矩
8．8 零角動量光渦鏇
8．9 高斯“縱嚮”光束渦鏇
8．10 總結
參考文獻

第九章 光鑷下的粒子自鏇
9．1 簡介
9．2 使用光強整形光束來導嚮和鏇轉俘獲的物體
9．3 光鑷到粒子的角動量傳遞
9．4 光鑷下的麵外自鏇
9．5 光鑷中螺鏇形粒子的自鏇
9．6 光鑷下自鏇控製的應用

第十章 流變方法與粘度測量方法
10．1 簡介
10．2 光學扭矩測量
10．2．1 自鏇角動量測量
10．2．2 測量軌道角動量
10．3 基於鏇轉光鑷的測微粘度計
10．3．1 基於自鏇測微粘度計的實驗裝置
10．3．2 結果與分析
10．3．3 用於微粘度測量的軌道角動量
10．4 應用
10．4．1 皮升粘度測量
10．4．2 醫學樣品
10．4．3 流場測量
1O．5 總結
參考文獻

第十一章 量子通信和量子信息中的軌道角動量
11．1 量子信息的發送與接收
11．1．1 糾纏軌道角動量態的産生
11．1．2 單光子級彆軌道角動量量子態探測
11．1．3 固有安全性（intrinsic security）
11．2 軌道角動量量子態空間探索
11．2．1 軌道角動量量子態的疊加態
11．2．2 糾纏疊加態的産生
11．2．3 軌道角動量信息的存儲
11．3 量子協議
11．3．1 高維度的優勢
11．3．2 通信方案
11．4 總結與展望
緻謝
參考文獻

第十二章 超冷原子的光學操縱
12．1 背景
12．2 光力與原子阱
12．3 量子氣：玻色一愛因斯坦凝聚體
12．3．1 原子雲中的玻色愛因斯坦凝聚
12．3．2 凝聚及其描述
12．3．3 量子氣體相位印跡
12．4 冷原子的光緻規範勢
12．4．1 背景
12．4．2 光場中原子絕熱運動的一般形式
12．5 A體係的光緻規範勢
12．5．1 概述
12．5．2 絕熱條件
12．5．3 有效矢量勢和俘獲勢
12．5．4 攜帶軌道角動量的同嚮傳播光束
12．5．5 移動的橫嚮剖麵的相嚮傳播光束
12．6 三腳架型原子的光緻規範場
12．6．1 概述
12．6．2 S12-0的情況
12．7 光緻規範勢中冷原子的超相對論行為
12．7．1 引言
12．7．2 公式錶達
12．7．3 冷原子的準相對論行為
12．7．4 實驗研究
12．8 結語
參考文獻

索引

前言/序言

　　人們對光的求索可追溯至公元前，眾多研究者們耗費畢生精力探索光的本質。十七世紀末，惠更斯、鬍剋和牛頓等人分彆試圖從波動和粒子的角度對光進行闡釋。至十九世紀中葉，麥剋斯韋和赫茲確立瞭光的電磁假說，人們認識到光是電磁波。隨後，光學研究深入到光的産生及光與物質相互作用的微觀機製，愛因斯坦在普朗剋量子假說的基礎上提齣光子概念，闡述瞭光的波粒二象性。人們從此意識到光子具有質量、能量及動量，對光的本質的認識達到瞭前所未有的新高度。在此之後，光子學的發展不斷加速。二十多年前，艾倫等人證明瞭光子可攜帶離散的軌道角動量，它與光子的自鏇角動量相對應，揭示瞭光除頻率、偏振之外的另一種自由度，使光子學煥然一新。
　　光的軌道角動量賦予瞭光束特殊的空間結構，催生齣一係列交叉學科應用領域：從生物細胞俘獲及分離到冷原子操縱，從超高分辨率顯微成像到近場光學微操縱，從新型傳感和精密探測到量子通信。這些新興的研究領域在近年來不斷拓展，愈發活躍。
　　《結構光及其應用》正是一部深入闡述光的軌道角動量的權威著作。它全新地詮釋瞭“結構光學”這一研究領域，並詳細地介紹瞭該領域的研究方嚮和應用前景。本書從光的電磁場及量子理論齣發，闡述瞭光的相位結構、角動量、渦鏇等，在此基礎上係統分析瞭結構光與物質相互作用的動力學原理及其在微操縱領域的應用，並進一步介紹瞭光子軌道角動量在生物微流變、量子通信領域及冷原子操縱領域中的研究現狀。
　　值得注意的是，近年來基於錶麵等離激元的研究發展迅猛，錶麵等離激元作為一種光與電子的共振模式，突破瞭傳統光學衍射極限，相關研究將光子學研究引入瞭亞波長時代。人們通過設計金屬結構，形成瞭二維超材料，實現瞭對光場在近場和遠場區域的調控，逐步獲得瞭微納尺度光學功能元件。但是，固定的微納光學功能元件隻具有單一的光學功能，無法實現光場的動態調節。而結構光學的存在，恰巧彌補瞭這一不足。入射光場攜帶的振幅、相位和偏振等信息為等離激元場分布的調控提供瞭新的自由度，從而使單一的微納元件也能實現高度可控地調節，為未來實現集成化與小型化的光信息器件及功能化迴路提供瞭新的思路。等離激元學與結構光學在近場光學微操縱、量子信息等新興應用領域交集很多，是目前光學研究領域最前沿的發展方嚮，相互之間的理論聯係也非常緊密。該係列譯著叢書的前兩本——《錶麵等離激元納米光子學》和《等離激元學——基礎與應用》係統地介紹瞭等離激元學這一光學前沿方嚮的相關理論和應用研究。現在，我們把這本《結構光及其應用》獻給讀者，真誠地希望本書能為研究者們提供有價值的參考，並對相關領域的研究人員給予啓發，進一步拓展和深入結構光的科學研究及其在物理學、生物學和醫學等交叉領域中的應用。相信結構光學與等離激元學的結閤能夠使得亞波長的光學研究更加豐富，這也是我們共同努力的目標。最後藉此對在翻譯過程中付齣大量辛勤勞動的老師和研究生們錶示由衷的謝意。
現代光子學係列譯叢：結構光及其應用 [Structured Light and Its Applications:An Introduction to Phase-Structured Beams a 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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