高阶洛伦兹-高斯光束的研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周国泉 著

图书标签:

• 洛伦兹光束
• 高斯光束
• 光束传播
• 光学
• 衍射
• 傅里叶光学
• 激光
• 电磁场
• 波传播
• 非衍射光束

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030387912

版次：1

商品编码：12128102

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-10-01

用纸：胶版纸

页数：147

字数：186000

正文语种：中文

内容简介

　　《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》在直角坐标系中构建了一类高阶洛伦兹高斯光束的正交完备解，用于表征半导体激光器产生的高阶模所对应的远场大角度激光束。分析了高阶洛伦兹-高斯光束经傍轴ABCD光学系统的传输、在湍流大气中的传输、分数傅里叶变换和维格纳分布函数，给出了傍轴条件下的光束传输因子和峭度参数；考察了非傍轴条件下高阶洛伦兹-高斯光束的传输，分析了高阶洛伦兹高斯光束傍轴近似的有效极限；从矢量结构角度衡量了高阶洛伦兹高斯光束的远场特性。拓展至部分相干情形，研究了部分相干高阶洛伦兹高斯光束所对应的互相干函数经傍轴实ABCD光学系统的传输，导出了部分相干条件下的光束传输因子。拓展至涡旋情形，研究了涡旋洛伦兹高斯光束经傍轴ABCD光学系统的传输、分数傅里叶变换和在垂直于光轴的单轴晶体中的非傍轴传输，分析了拓扑电荷数对强度分布、相位分布和轨道角动量密度分布的影响，考量了晶体效应对涡旋洛伦兹高斯光束传输的影响。系统全面地揭示和掌握了高阶洛伦兹-高斯光束的特性，表明高阶洛伦兹-高斯光束较厄米高斯光束更适合表征高功率半导体激光器所产生的高阶模大角度激光束。
　　《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》适合物理学、光学工程及相关专业研究生和高年级本科生参考，也可供有关科研工作者学习参考。

内页插图

目录

前言
第1章 绪论
1．1 研究背景
1．2 研究内容

第2章 高阶洛伦兹-高斯光束的构建与传输
2．1 高阶洛伦兹-高斯光束的构建
2．2 高阶洛伦兹-高斯光束经傍轴ABCD光学系统的传输
2．3 高阶洛伦兹高斯光束的傍轴光束传输因子
2．4 高阶洛伦兹高斯光束经傍轴实ABCD光学系统的峭度参数

第3章 高阶洛伦兹-高斯光束的分数傅里叶变换
3．1 洛伦兹-高斯光束的分数傅里叶变换
3．2 HLG11光束的分数傅里叶变换

第4章 高阶洛伦兹-高斯光束的维格纳分布函数
4．1 洛伦兹-高斯光束经傍轴ABCD光学系统的维格纳分布函数
4．2 HLG11光束经傍轴ABCD光学系统的维格纳分布函数

第5章 高阶洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构
5．1 洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构
5．2 HLG10光束和HLG11光束的远场矢量结构

第6章 高阶洛伦兹-高斯光束在湍流大气中的传输特性
6．1 洛伦兹-高斯光束在湍流大气中的传输
6．2 HLG01光束和HLG11光束在湍流大气中的传输

第7章 部分相干高阶洛伦兹-高斯光束
7．1 部分相干洛伦兹-高斯光束经傍轴实ABCD光学系统的传输
7．2 部分相干洛伦兹-高斯光束在湍流大气中的光束传输因子
7．3 部分相干HLG01光束和HLG11光束经傍轴实ABCD光学系统的传输
7．4 部分相干HLG01光束和HLG11光束的光束传输因子

第8章 高阶洛伦兹-高斯光束的非傍轴传输
8．1 洛伦兹高斯光束的非傍轴传输
8．2 HLG01光束的非傍轴传输

第9章 涡旋洛伦兹-高斯光束
9．1 涡旋洛伦兹-高斯光束经傍轴ABCD光学系统的传输
9．2 涡旋洛伦兹-高斯光束的分数傅里叶变换
9．3 涡旋洛伦兹高斯光束在垂直于光轴的单轴晶体中的非傍轴传输
参考文献

前言/序言

　　半导体激光器的远场光束特性对许多应用来说是至关重要的。描述半导体激光器所产生的远场光束原先采用的是高斯模型。尽管高斯分布适用于描述基模半导体激光器平行于结方向上的远场分布，但它不适合于表征垂直于结方向上的远场分布。因此，光学工作者提出以洛伦兹光束来表征基模半导体激光器垂直于结方向上的远场分布。单模半导体激光束的聚焦实验研究表明，洛伦兹分布表征垂直于结方向上的远场分布确是一个很好的近似。而后理论上证实了洛伦兹-高斯光束的存在，洛伦兹光束只是它的一个特例而已。洛伦兹高斯光束的特性研究表明，洛伦兹高斯光束仅适合于表征基模大角度激光束，而高功率的半导体激光器往往产生高阶模的大角度激光束。
　　本书在国家自然科学基金项目“超洛伦兹-高斯光束的构建及其用于表征大角度激光束的研究”（No.10974179）和浙江省自然科学基金项目“高阶洛伦兹-高斯光束模型的构建、特性及其应用”（No.Y1090073）的资助下，构建了一类高阶洛伦兹高斯光束模型的正交完备解，通过系统的研究，揭示和掌握了高阶洛伦兹-高斯光束的特性，将其用于表征半导体激光器产生的高阶模所对应的远场大角度激光束。所主持的浙江省自然科学基金项目被评为浙江省自然科学基金“十一五”100项优秀项目之一，发表的一篇论文被评为浙江省自然科学基金“十一五”100篇优秀论文之一，研究工作两次被Physics Week评论为应用激光和光学研究增添了新数据，被认为是新的应用激光和光学发现。本书内容主要是上述两个基金的结晶。本书的亮点之一，就是采用的研究方法创新，利用卷积的定义、傅里叶变换、傅里叶变换的卷积原理、洛伦兹分布的厄米一高斯展开和稳相法等数学手段，使得给出的公式均为解析式，便于分析、应用；亮点之二，就是研究内容创新，对高阶洛伦兹高斯光束特性的研究内容涵盖了傍轴和非傍轴领域、完全相干和部分相干情形、涡旋和非涡旋、自由空间传输和湍流大气传输等。
　　本书由浙江大学物理系副主任赵道木教授审定，他所提出的一些合理建议已被采纳，在此表示感谢！还要感谢国家自然科学基金委员会和浙江省自然科学基金委员会的资助！

好的，这是一份关于《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》的图书简介，这份简介的内容不包含该书的任何实际主题信息（洛伦兹-高斯光束、高阶光束等），而是侧重于描述一个完全不同主题的、具有相似学术深度和广度的图书可能包含的内容，以满足您的要求。 --- 《量子纠缠的拓扑特性与信息极限的探索》 第一部分：理论基石与数学框架的重构 本书深入探讨了在极端物理条件下，量子纠缠现象所展现出的复杂拓扑结构及其对信息承载能力的根本限制。我们首先从非阿贝尔规范场论的视角出发，对多体系统的基态进行重新审视。传统的薛定谔方程在处理大规模、高密度纠缠态时显得力不从心，因此，本书引入了高维黎曼流形上的纤维丛理论，构建了一个描述纠缠几何结构的新数学框架。 第一章：从格林函数到拓扑不变量的迁移 本章着重于如何将描述粒子关联的微扰理论（如费曼图的修正）转化为描述空间结构稳定性的拓扑不变量。我们详细分析了陈-西蒙斯作用量在描述特定拓扑相变中的精确表现。特别地，我们考察了在任意拓扑缺陷附近，纠缠熵的渐进行为。研究表明，某些特定类型的缺陷（如磁单极子模拟体）能够导致纠缠谱的非平凡缠绕数，这直接关联到系统的局域可操作性。 第二章：非厄米系统的边界模与久期谱分析 在探索真实物理系统的开放性时，我们引入了非厄米哈密顿量。本书的核心工作之一是揭示非厄米系统中的奇异点（exceptional points, EPs）如何影响纠缠的形成与维持。通过对右特征向量和左特征向量的共轭性分析，我们推导出了在EPs附近，系统久期谱（quasi-periodic spectrum）的精确解析解。这不仅为理解激光器的非对称增益提供了新的见解，也为构建拓扑保护的量子比特奠定了理论基础。我们尤其关注了完美吸收体边界上信息的耗散路径。 --- 第二部分：信息极限与宇宙学边界 在建立完坚实的数学框架后，本书的第二部分将理论的应用延伸至信息论的根本极限，并尝试将其与宏观尺度的宇宙学问题相连接。 第三章：黑洞信息悖论的弦理论再诠释 本书采用一种AdS/CFT对偶的变体视角来审视黑洞信息悖论。我们不再局限于传统的霍金辐射模型，而是深入研究了在高阶曲率修正下的引力子对信息存储的影响。核心在于，我们计算了在AdS空间中，信息丢失如何表现为边界CFT中拓扑缺陷的生成与湮灭。通过引入高阶导数项到Einstein-Hilbert作用量中，我们发现了信息释放过程中的一个“慢退火”阶段，该阶段的持续时间与黑洞的视界面积的对数成正比，而非简单的面积函数。 第四章：时空结构对量子计算性能的限制 本章将理论物理与信息科学的交叉点推向极端：考察在极端引力场或高曲率背景下，量子计算机的退相干时间和逻辑门保真度将受到何种根本性限制。我们提出了一个“时空曲率复杂性度量”，该度量基于测地线的汇聚率。研究表明，当系统的有效曲率超过某个临界值 $Lambda_c$ 时，任何基于量子傅里叶变换（QFT）的算法的计算复杂度都会出现指数级的恶化，与输入数据的大小无关，而仅依赖于背景时空的局部几何结构。这为未来星际尺度量子通信和计算的物理可行性设定了严格的边界。 --- 第三部分：实验模拟与高精度度量 理论的价值在于其可检验性。本书的最后一部分关注如何利用现有实验平台来模拟和度量这些复杂的拓扑和信息学特征。 第五章：超冷原子系统中拓扑相的诱导与探测 本章聚焦于利用光晶格和磁场梯度来模拟相对论性量子场论的有效模型。我们详细设计了一套实验方案，旨在诱导出具有手性边界模的二维系统。实验关键在于精确控制原子间的超精细相互作用，以模拟规范玻色子间的耦合。探测方法侧重于利用超快拉曼光谱技术来捕获纠缠态在拓扑边缘的传播速度，并与理论预测的零能量模进行比对。 第六章：高精度光栅衍射在拓扑不变量测量中的应用 尽管本书主题聚焦于量子信息，但我们探讨了如何利用光学系统的高精度度量能力来侧面验证理论预测。本章介绍了一种基于相干光栅衍射的间接测量技术。通过精确控制特定介质中光场分布的空间相位梯度，可以模拟出高维拓扑流形上的“路径积分”。通过分析衍射图样的角动量矩的矩分布，我们可以反演出系统的陈示性（Chern character），从而为系统是否处于某一特定的拓扑相提供非侵入性的证据。 --- 结论：信息、几何与物理的统一 本书汇集了拓扑物理、量子信息和广义相对论的前沿研究成果。它试图论证，在最基本的物理层面上，信息的承载与交换能力并非一个纯粹的信息论问题，而是由时空本身的几何结构所决定的。我们希望本书能为下一代物理学家提供一个跨越传统学科界限的分析工具箱，以应对未来在极端物理条件下（如早期宇宙模拟、高能密度物质研究）所面临的根本性挑战。 --- (总字数：约1500字)

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》给我一种非常深邃的感觉，让我想象其中必定蕴含着对光束理论的极其深入的探讨。洛伦兹-高斯光束本身就不是一个日常可见的光束类型，光是这个名字就足以让人联想到复杂的数学模型和精密的物理推导。我猜测书中会涉及大量的积分、微分方程，甚至是更高级的波动方程解析。而且“高阶”这个词，更是预示着作者可能在超越基本的、最简单的洛伦兹-高斯光束形式，去探索那些具有更复杂空间和角向分布的光束。这可能意味着对光束的传播特性、衍射行为、聚焦能力等方面进行更细致、更精确的分析。我设想书中会详细阐述如何构建和理解这些高阶光束，它们的数学表达式可能极其复杂，需要读者具备扎实的数学功底才能完全掌握。同时，我也期待书中能够解释这些高阶光束在哪些特定的科学或工程领域具有应用价值，是仅仅停留在理论层面，还是能指导实际的光学系统设计？比如，在精密测量、激光加工、全息成像，甚至是某些前沿的量子光学研究中，这类复杂光束是否能提供独特的优势？这本书的封面设计也许会采用一些抽象的几何图形或者复杂的数学公式，来暗示其内容的严谨与深奥。我感觉阅读这本书将是一次智力上的挑战，也是一次对光学理论理解的升华。

评分☆☆☆☆☆

仅仅从《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》这个书名来看，我脑海中立刻浮现出一幅充满理论深度和数学严谨性的画面。光束，尤其是像洛伦兹-高斯这样具有特定数学形式的光束，本身就已经是光学领域中一个颇具挑战性的研究课题。而“高阶”的加入，则将研究的维度进一步拓展，预示着书中将不仅仅是基础理论的介绍，而是可能触及到光束更复杂、更精细的性质。我推测，本书很可能涉及到更广泛的数学工具，比如更复杂的正交函数系、张量分析，甚至可能涉及一些群论的概念来描述光束的对称性。我对于书中关于光束能量和动量分布的讨论非常感兴趣，高阶光束在这些方面的表现是否会与低阶光束有显著的不同？以及这些差异是否会在特定的物理现象中得以体现？我设想书中可能会分析高阶洛伦兹-高斯光束在衍射受限聚焦时的性能，例如是否能实现更小的聚焦光斑，或者在焦平面上形成特定的衍射图案。这类研究通常需要高度精确的数值模拟和实验验证，我期待书中能提供这方面的论述，即使只是理论上的分析。这本书的篇幅估计会相当可观，内容也需要读者具备扎实的光学基础和较强的抽象思维能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》让我产生了一种强烈的求知欲，同时也夹杂着一丝敬畏。光束理论在物理学领域占据着重要的地位，而洛伦兹-高斯光束作为其中的一个分支，本身就具有相当的理论深度。更何况是“高阶”的研究，这无疑将整个问题的复杂性推向了一个新的高度。我猜想，书中会从最基础的定义出发，逐步引入高阶洛伦兹-高斯光束的数学描述，这可能涉及到一系列的数学工具，例如傅立叶变换、积分变换，以及可能存在的特殊函数。 我对书中关于光束质量、光束参数的提取和测量方法也充满了好奇。是否会介绍新的测量技术，或者对现有技术进行改进和优化？书中是否会深入探讨这些高阶光束在不同介质中的传播特性，例如非线性介质或者具有复杂折射率分布的材料？这些都会是影响光束行为的关键因素。另外，“研究”二字也暗示着这本书可能包含了作者自己的一些原创性工作，或者对现有研究成果的最新进展进行了梳理和总结。我希望书中能有一些对未来研究方向的展望，为光学领域的学者提供一些启示。我甚至可以想象，书中可能会有一些示意图，用以直观地展示高阶光束的空间模式，尽管这些模式可能非常抽象和难以可视化。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》这个书名时，我立刻被其专业性和前沿性所吸引。洛伦兹-高斯光束本身就属于比较高级的光束模型，用于描述许多实际激光的传播特性。而“高阶”的加入，无疑意味着书中将深入探索更复杂、更具有特定应用价值的光束类型。我猜想，书中会涉及到对光束横向模场分布的严格数学描述，可能涉及径向和角向的拉盖尔多项式或类似的函数。我非常期待书中能够详细阐述这些高阶光束是如何产生的，是通过特殊的腔镜设计，还是通过先进的空间光调制器？同时，我也对书中关于高阶洛伦兹-高斯光束的衍射和成像特性充满了好奇。例如，它们在聚焦时是否能产生亚衍射极限的光斑，或者在成像系统中扮演着更重要的角色？我推测书中会包含大量的公式推导和理论分析，以严谨的数学语言来论证相关的物理原理。对于希望在激光物理、精密光学，或者光学计量等领域进行深入研究的读者来说，这本书无疑是一份宝贵的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》这个书名，听起来就像是一扇通往光学奥秘深处的大门。洛伦兹-高斯光束已经是描述激光束传播的经典模型之一，而“高阶”则意味着对这一模型的深化和扩展。这让我联想到，书中可能不仅会讲解如何定义和构建不同阶数的高阶洛伦兹-高斯光束，还会深入探讨它们的性质。 我好奇书中是否会详细分析这些高阶光束的横向和纵向强度分布，以及它们在传播过程中可能出现的奇特现象，比如自重建效应或者光束的拓扑结构。另外，我对书中关于如何利用这些高阶光束进行精确测量和传感非常感兴趣。例如，在测量微小位移、折射率变化，或者作为某些高级成像技术的载体时，高阶光束是否能提供更高的灵敏度或分辨率？我甚至设想，书中可能会涉及到光束的相干性、偏振特性在高阶洛伦兹-高斯光束中的特殊表现，以及这些特性如何影响光束的应用。这本书的读者群体可能相当专业，需要对波动光学、电磁场理论有深入的理解，才能 fully appreciate 其价值。