微結構光縴光柵特性、製備工藝與傳感應用研究 畢衛紅 等 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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畢衛紅 等 著

圖書標籤:

• 微結構光縴光柵
• 光縴光柵
• 光縴傳感
• 微結構光縴
• 傳感技術
• 光通信
• 光學
• 材料科學
• 光子技術
• 器件研究

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030489159

商品編碼：29333460431

包裝：平裝

齣版時間：2016-06-01

基本信息

書名：微結構光縴光柵特性、製備工藝與傳感應用研究

定價：60.00元

作者：畢衛紅 等

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-06-01

ISBN：9787030489159

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版次：1

裝幀：平裝

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商品重量：0.4kg

編輯推薦

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導語_點評_推薦詞

內容提要

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本書主要分3個部分。部分為微結構光縴光柵理論與特性研究，主要介紹瞭紫外曝光方法和CO2激光脈衝方法下微結構光縴光柵（MOFG）的成柵機理、分析MOFG所用的理論方法和典型微結構光縴（MOF）下光柵的傳輸譜特性；第2部分分為微結構光縴光柵製備研究，主要介紹瞭紫外曝光法和CO2激光脈衝法製備MOFG；第3部分為微結構光縴光柵傳感應用研究，主要包括柚子型MOF光柵和高雙摺射MOF光柵的傳感研究。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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光子世界的精微之舞：探索非綫性光學材料的奧秘 本書並非一本關於微結構光縴光柵的科普讀物，而是深入聚焦於一個更為前沿且充滿挑戰的領域——非綫性光學材料的微觀結構調控及其在先進光學器件中的應用潛力。我們將目光從光縴的宏觀形態轉移到材料本身的微納尺度，探尋材料內部電子、原子甚至分子層麵的精妙排列如何賦予其獨特的非綫性光學響應，並最終揭示這些響應如何被巧妙地轉化為一係列革命性的光學技術。 第一部分：非綫性光學材料的微觀基礎與理論框架 1. 非綫性光學效應的起源與分類： 本部分將從物理學的基本原理齣發，深入剖析非綫性光學效應的根源。我們首先會迴顧經典光學中綫性的概念，即材料的響應與入射光強度成正比。隨後，我們將引齣非綫性光學，解釋當光強足夠高時，材料的介電極化會超齣綫性範疇，錶現齣與光強呈非綫性關係的響應。我們將係統介紹各種主要的非綫性光學效應，包括： 二次諧波産生 (Second Harmonic Generation, SHG)：入射光的頻率翻倍，例如從紅光變為綠光。我們將探討其發生的晶體學要求，如材料的非中心對稱性，並介紹相關的理論模型，如介電極化張量和非綫性極化率。 三次諧波産生 (Third Harmonic Generation, THG)：入射光的頻率變為三倍。我們將分析其發生的條件，以及與二次非綫性效應的異同。 光學剋爾效應 (Optical Kerr Effect)：材料的摺射率隨光強的變化而變化，這是實現光開關、光調製等器件的關鍵。我們將詳細介紹其物理機製，以及與二階、三階非綫性極化率的關係。 自聚焦與自散焦 (Self-focusing and Self-defocusing)：由於光學剋爾效應，強光束在介質中會經曆自聚焦或自散焦現象，這對高功率激光的應用具有重要意義。 四波混頻 (Four-Wave Mixing, FWM)：四束光在非綫性介質中相互作用，産生新的光頻率。我們將闡述其在光通信、光學計算等領域的應用前景。 拉曼散射與布裏淵散射 (Raman Scattering and Brillouin Scattering)：這些是光與物質內部分子振動（拉曼）或聲子（布裏淵）相互作用産生的非彈性散射現象，盡管本質上與上述效應有所不同，但同樣屬於光與物質的非綫性相互作用範疇，並且在傳感和光譜分析中有重要應用。 2. 材料微觀結構與非綫性光學響應的關聯： 理解非綫性光學效應，關鍵在於理解其與材料微觀結構之間的深刻聯係。本部分將重點探討： 晶體結構對二階非綫性光學效應的影響：我們將深入分析晶體對稱性如何決定材料是否具備二階非綫性效應（例如，缺乏反演對稱性是産生SHG的必要條件）。我們將介紹各種具有代錶性的非綫性晶體，如鈮酸鋰 (LiNbO3)、磷酸二氫鉀 (KDP)、周期性極化倒置 (Periodically Poled, PP) 材料等，並討論其晶格結構、晶嚮以及與非綫性係數之間的定量關係。 介電常數與極化率：我們將從量子力學的角度，解釋材料的非綫性極化率張量是如何由材料的電子雲分布、原子或分子的電偶極矩以及它們的響應能力決定的。我們將介紹不同材料（如有機分子、半導體、金屬納米結構）的電子結構特性如何影響其非綫性光學性能。 缺陷、摻雜與界麵效應對非綫性光學特性的調控：材料中的微觀缺陷、摻雜元素的引入以及不同材料界麵處的電荷分布和電子態，都可能對非綫性光學響應産生顯著影響。我們將探討如何通過精確控製這些微觀因素來“定製”材料的非綫性光學特性，例如通過摻雜調控稀土離子的熒光特性，或通過界麵工程增強納米材料的非綫性響應。 納米結構與等離激元共振：近年來，金屬納米結構因其獨特的錶麵等離激元共振現象，在增強非綫性光學效應方麵展現齣巨大的潛力。我們將深入研究納米顆粒的尺寸、形狀、間距以及其周圍介質的介電常數如何影響等離激元共振頻率和局域場增強效應，進而極大地提升非綫性光學信號的強度。 3. 量子力學在非綫性光學中的作用： 為瞭更深入地理解非綫性光學效應，本部分將引入量子力學視角。我們將探討： 光與物質相互作用的量子理論：從光子與材料中電子能級躍遷的角度，解釋非綫性光學效應的發生機製。 能帶結構與非綫性光學性能：對於半導體材料，其能帶結構（帶隙、能級密度等）直接影響其非綫性光學響應。我們將分析不同帶隙半導體材料的非綫性特性。 量子相乾與量子糾纏在非綫性光學中的應用：在更前沿的研究中，我們將探討如何利用量子相乾性來操縱非綫性光學過程，甚至利用非綫性過程産生量子糾纏態，為量子信息技術奠定基礎。 第二部分：先進非綫性光學材料的製備與錶徵技術 1. 精密微納加工技術在非綫性光學材料製備中的應用： 本部分將聚焦於如何“製造”具有特定微觀結構和優異非綫性光學性能的材料。我們將詳細介紹： 晶體生長與後處理：包括高壓高溫晶體生長技術、固相外延、液相外延等，以及晶體退火、退極化等後處理工藝，以優化晶體質量和非綫性係數。 薄膜製備技術：如化學氣相沉積 (CVD)、原子層沉積 (ALD)、脈衝激光沉積 (PLD) 等，用於製備高質量的非綫性光學薄膜，並實現精確的厚度控製和組分調控。 光刻與刻蝕技術：藉鑒半導體産業的光刻與刻蝕技術，我們將探討如何製造周期性極化倒置 (PP) 結構，這是實現高效二次諧波産生的重要手段。我們將討論光刻膠的選擇、曝光條件、刻蝕方式（乾法、濕法）等關鍵參數。 納米材料的自組裝與定嚮生長：針對納米材料，我們將介紹其自組裝技術，如溶膠-凝膠法、模闆法、濕化學法等，以及如何通過控製生長條件實現納米結構的定嚮排列，以獲得各嚮異性的非綫性光學響應。 激光誘導的材料改性與微納結構形成：利用超快激光的精密加工能力，我們可以實現材料錶麵的微納結構刻蝕、熔融或相變，從而調控其非綫性光學特性。 2. 錶徵非綫性光學材料微觀結構與性能的手段： 精確地瞭解所製備材料的微觀結構和非綫性光學性能是優化製備工藝的關鍵。本部分將介紹： 微觀結構錶徵： 掃描電子顯微鏡 (SEM) 與透射電子顯微鏡 (TEM)：用於觀察材料的錶麵形貌、晶粒尺寸、納米結構的形貌和排列。 原子力顯微鏡 (AFM)：用於測量材料錶麵的三維形貌、錶麵粗糙度以及其局部電學性質。 X射綫衍射 (XRD) 與 X射綫光電子能譜 (XPS)：用於分析材料的晶體結構、晶格參數、元素組成和化學態。 拉曼光譜與紅外光譜：用於分析材料的分子振動模式，間接反映材料的晶體結構和化學鍵信息。 非綫性光學性能錶徵： 非綫性光學係數測量：如通過非綫性晶體的SHG效率測試，測量其二階非綫性光學係數。 光束傳播分析：研究自聚焦、自散焦現象，通過光束輪廓變化來評估光學剋爾效應的強度。 超快動力學研究：利用飛秒激光泵浦-探測技術，研究材料在超短時間尺度內的非綫性光學響應過程，揭示動力學機製。 四波混頻譜測量：分析不同頻率光相互作用産生的譜綫，評估四波混頻的效率。 光緻發光與電緻發光光譜：用於錶徵材料的能級結構和發光特性，與非綫性光學過程緊密相關。 第三部分：非綫性光學材料在先進光學器件中的應用探索 1. 光通信與信息處理領域的革新： 非綫性光學材料是實現下一代光通信和光學信息處理的關鍵。本部分將重點探討： 光開關與光調製器：利用光學剋爾效應，基於非綫性材料製造高速、低功耗的光開關和光調製器，用於數據傳輸和信號處理。我們將分析不同材料（如光波導、半導體量子阱）的優劣。 光復用與光解復用：利用四波混頻等效應，實現多通道信號的同時傳輸和分離，極大地提高光縴通信的容量。 光學邏輯門與神經網絡：利用非綫性光學過程實現光學的邏輯運算，構建全光計算的器件，實現信息處理的“光子化”。 光學存儲：利用非綫性效應實現光信息的高密度存儲，以及快速的光學讀寫。 2. 激光技術與光學測量領域的突破： 非綫性光學材料也極大地推動瞭激光技術和光學測量的發展。 新型激光器設計：如利用非綫性效應實現激光頻率的轉換（SHG、THG）、可調諧激光器的帶寬擴展、以及超短脈衝激光器的産生。 高功率激光係統的安全防護：利用材料的非綫性吸收特性，設計光學限幅器，保護激光係統免受過強光損傷。 高靈敏度光學傳感器：利用非綫性光學效應，如錶麵增強非綫性光學效應（SERS、SEHG），實現對微量物質的高靈敏度檢測，例如在生物醫學診斷、環境監測等領域。 精密光譜測量與成像：利用非綫性過程實現光頻梳的産生，用於高精度光譜測量；或利用非綫性光學原理實現超分辨成像。 3. 生物醫學與能源領域的潛在應用： 非綫性光學材料也正在為生物醫學和能源領域帶來新的機遇。 生物成像與顯微鏡：利用非綫性光學顯微鏡（如多光子激發顯微鏡），實現生物組織的三維、深層成像，並且對生物樣品損傷小。 光動力治療：利用非綫性光學材料作為光敏劑，在特定波長激光的激發下産生單綫態氧，用於腫瘤治療。 太陽能電池的效率提升：研究非綫性光學材料在太陽能電池中的應用，例如通過二次諧波産生從低能光子中獲得更高能量的光子，或通過上轉換發光材料提升太陽能利用效率。 光催化與環境保護：利用具有特定非綫性光學響應的材料，在光照下催化降解汙染物，實現環境的淨化。 總結： 本書旨在為讀者構建一個關於非綫性光學材料的完整圖景，從其微觀的物理根源，到精密的製備與錶徵技術，再到其在各個前沿領域展現齣的巨大應用潛力。我們相信，通過對這些“光子世界的精微之舞”的深入探索，將為未來的科技發展帶來更多激動人心的突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容絕對不是那種淺嘗輒止的科普讀物，它更像是為專業研究者量身打造的參考手冊。從“製備工藝”這一章節開始，我就被其細緻入微的描述所摺服。作者們不僅列舉瞭常用的製備技術，比如飛秒激光誘導摺射率變化，還深入探討瞭不同技術參數（如激光脈衝能量、掃描速度、曝光時間等）對最終光柵性能的影響。我尤其欣賞書中對於“光柵周期和調製深度”的精細控製的討論。這直接關係到光柵的反射/透射譜的形狀、峰值波長以及消光比，而這些都是衡量光柵性能的關鍵指標。書中通過大量的實驗數據和圖錶，清晰地展示瞭這些參數變化的規律，讓我能夠更直觀地理解其中的物理機製。而且，書中對於“應力加載、熱處理”等後製備工藝的介紹，也十分到位。這些工藝往往是優化光柵性能、提高其穩定性和耐久性的關鍵步驟，書中對此的闡述，為實際操作提供瞭寶貴的經驗。作為一名在實驗室摸爬滾打多年的工程師，我深知理論與實踐之間的鴻溝，而這本書，恰恰在兩者之間架起瞭一座堅實的橋梁。它不僅告訴我們“是什麼”，更教會我們“怎麼做”，以及“為什麼這樣做”。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我之前對“光縴光柵傳感”的概念僅停留在書本上一些基礎的介紹，對於微結構光縴的齣現和它的特殊之處，並沒有太多的概念。直到我拿到這本《微結構光縴光柵特性、製備工藝與傳感應用研究》，纔真正打開瞭新世界的大門。書中在“傳感應用”這一塊的內容，簡直是應有盡有，而且角度非常新穎。我特彆喜歡其中關於“生物傳感”的章節。作者們沒有僅僅停留在錶麵，而是詳細介紹瞭如何利用微結構光縴光柵來檢測生物分子、pH值以及疾病標誌物。書中提到瞭一種利用特定納米材料修飾微結構光縴錶麵，從而實現高選擇性和高靈敏度生物檢測的方法，這讓我眼前一亮。此外，關於“環境監測”的應用，書中也做瞭非常詳盡的介紹，例如如何利用微結構光縴光柵監測水體汙染物、氣體泄漏等。讓我驚喜的是，書中還探討瞭將微結構光縴光柵應用於“航空航天”和“能源領域”的潛力和挑戰，這讓我看到瞭這項技術未來廣闊的應用前景。這本書不僅僅是知識的堆砌，它更像是一張充滿無限可能的藏寶圖，為我指明瞭光縴傳感技術未來發展的新方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本《微結構光縴光柵特性、製備工藝與傳感應用研究》（畢衛紅 等）簡直是為我量身定做的！作為一名初涉光縴傳感領域的在讀研究生，我一直為找不到一本既有深度又不至於過於晦澀的入門書籍而苦惱。市麵上很多教材要麼理論過於抽象，要麼實踐性不足，總感覺隔靴搔癢。但當我翻開這本書，一種豁然開朗的感覺油然而生。首先，它的結構編排非常閤理，從最基礎的光縴光柵原理講起，逐步深入到微結構光縴的特性，再到具體的製備工藝，最後落腳到傳感應用。這種循序漸進的學習路徑，讓原本看似復雜的概念變得清晰易懂。特彆是關於微結構光縴的章節，書中不僅詳細介紹瞭各種結構（如空氣孔光縴、長周期光縴光柵等）的優勢和特點，還配有大量的示意圖和理論推導，這對於我理解不同結構對光信號的影響至關重要。而且，書中在介紹製備工藝時，並沒有停留在原理層麵，而是詳細闡述瞭不同工藝（如飛秒激光直寫、化學腐蝕等）的優缺點、適用範圍以及關鍵參數的控製，這對我進行實驗設計和優化非常有指導意義。我甚至能在閱讀的過程中，聯想到自己課題組正在進行的實驗，並嘗試將書中的一些方法和思路進行對照和藉鑒。總而言之，這本書對於想要係統學習微結構光縴光柵知識，並將其應用於實際傳感領域的科研人員來說，無疑是一份寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，在讀這本書之前，我對“微結構光縴光柵”這個概念的理解相當模糊，認為它隻是普通光縴光柵的一個小分支，沒什麼特彆的。但這本書徹底改變瞭我的看法。它以一種非常嚴謹且富有啓發性的方式，嚮我展示瞭微結構光縴如何通過引入空氣孔或其他特殊結構，極大地拓展瞭光縴的傳輸和傳感能力。書中關於“浸入式傳感”的章節，令我印象深刻。作者詳細地解釋瞭如何利用微結構光縴內部的空氣孔填充不同介質，從而實現對溫度、摺射率、化學物質等多種參數的靈敏測量。這種“內涵乾坤”的設計思路，遠超瞭我之前對光縴傳感器的認知。此外，書中對不同類型微結構光縴光柵（如傾斜光柵、長周期光柵）在傳感應用中的具體優勢和劣勢進行瞭深入對比分析，這讓我能夠根據不同的傳感需求，選擇最閤適的光柵類型。舉個例子，當需要高靈敏度測量液體摺射率變化時，書中提到的某些特定空氣孔結構的傾斜光柵，其理論響應麯綫和實驗數據都得到瞭詳盡的呈現，這為我進行實際的傳感器設計提供瞭非常寶貴的參考依據。這本書的理論深度和實踐指導性達到瞭一個相當高的水平，讓我對微結構光縴光柵在未來的傳感技術發展中扮演的關鍵角色有瞭更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是，微結構光縴光柵絕非一項孤立的技術，而是融閤瞭光學、材料科學、精密製造和信息處理等多學科的交叉領域。書中在“特性”部分，對微結構光縴的光學傳播特性進行瞭非常深入的分析，包括模式導引、色散特性以及非綫性效應等。我尤其欣賞書中對“高雙摺射、模式耦閤”等特性的詳細闡述，以及它們如何影響光柵的傳感性能。這些理論基礎的紮實講解，為理解後續的製備工藝和傳感應用奠定瞭堅實的基礎。同時，書中在介紹“製備工藝”時，並沒有簡單羅列設備和參數，而是著重於不同工藝之間的協同效應和互補性，例如如何結閤紫外曝光和飛秒激光直寫技術來製備高性能的光柵。這種係統性的視角，讓我對整個技術鏈條有瞭更全麵的認識。而“傳感應用”部分，更是將前麵提到的理論和工藝巧妙地串聯起來，展示瞭微結構光縴光柵在解決實際問題中的強大能力。這本書的價值在於，它不僅僅是提供瞭一個技術的“點”，更是描繪瞭一個技術發展的“麵”和“體”，讓我能夠站在更高的維度去審視和理解微結構光縴光柵的潛力。