激光光学展卷

文摘   2024-09-23 07:11   广东  

激光光学

本专题想介绍一些理论相关的书籍。首先是《激光光学,光束的描述、传输变换与光腔技术物理,写一些读后感或者书评。简略看一下目录,分为六章。
  1. 激光光学概论
  2. 光学中的矩阵方法
  3. 激光束的描述和光束质量
  4. 高斯光束
  5. 高斯-谢尔模型光束
  6. 平顶光束
  7. 贝塞尔光束
  8. 简单两镜光学谐振腔
  9. 光学谐振腔的衍射积分方程理论
  10. 一些典型光学谐振腔的工作特性
  11. 光学谐振腔的失调特性
  12. 展望

这是一本技术类书籍

这是一本技术类书籍,描述的是一个明确的对象:激光。这本书没有介绍激光的历史也没有介绍激光的应用。但是现在社会,激光在我们社会生产中应用十分广泛,每个人或多或少接触过激光。所以也不再赘述。

什么是激光?

激光原名 Laser(Light Amplification Stimulated Emission Radiation,光放大受激发射辐射 )。在大陆叫做激光,在台湾叫做镭射(兼具音译和意义)。这个名称来源于激光的产生方式--受激辐射。当然,这是一个非常学术和数学的名称。但是是不是所有的激光都产生于受激辐射?受激辐射是一种量子力学的描述方法。在Free electron laser (自由电子激光)中,目前本人接触到的更多的是经典力学的描述方式,并不能归类于激光的行列。但是既然自由电子激光也被命名为激光,想必其在量子力学的描述方式下也是属于受激辐射。这是一个不一定有用,但是有趣的问题。后面有时间希望能探究下为啥自由电子激光能被称为激光。

光束

这本书是介绍激光的传输,并没有介绍激光的产生,也就是没有介绍光子和电子的相互作用。这样问题会变得简单。抛开激光的产生方式,激光另外一个特性,就是方向性好,发散角小。也就是激光的路径看起来像一条直线。这种方向性很好的光称为光束。当然光束并不是激光的专属,手电筒中出来的光也可以称为光束。

我们可以用文字语言(自然语言)描述光束,像一条直线。更具体点就要进行分类。

  1. 高斯光束
  2. 像散光束
  3. 受光阑限制光束
  4. 高斯-谢尔模型光束
  5. 平顶光束
  6. 贝塞尔光束
为什么要进行这样分类,原因是因为应用,这些光束是实验中最常见的光束,因为常见,所以需要仔细研究。研究的本质就是用更有效率的语言描述,而不仅仅局限于自然语言,包括数学语言、计算机语言、工程语言等等。

研究方法

本文中的研究方法更像是描述方法。

把问题清楚的写下来,就已经解决了一半。 --吉德林法则

  1. 麦克斯韦方程组
  2. 几何光学方法
  3. 矩阵光学方法
  4. 波动方程
  5. 广义衍射理论(标量衍射理论)
  6. 积分变换法
  7. 算子光学方法
  8. 哈密顿光学方法
我们看到,对于同一个光学现象,我们可以用很多种不同的数学模型去描述,并且这些数学模型描述的结果是一致的。那么问题来了?为什么同一个事物我们需要用不同的语言去描述呢? 这些描述有什么意义?
  1. 第一,面向计算机。不同的描述对应到计算机程序中代码所运行的时间和占用的内存是不同的。
  2. 第二,面向设计人员。不同的描述人理解起来不一样,如果纯粹的追求计算机的高效率,我们更应该用二进制的代码,但是这样会大大增加编程的成本,所以出现各种面向编程者的高级语言。
  3. 第三,面向工程实践。工程实践中更关注的是一些容易测量或者容易实施的参数,这些参数和激光特性之间联系的数学关系。
  4. ……
所以不同的描述方法对应不同的场景,我们需要明白不同语言背后的逻辑,姑且称为面向技术语言的词源法面向应用的技术类的书籍不仅仅是纯粹的数学推导。而是包含各种应用背景的,各种实际考量的,每一个公式和内容后面都有其原因,并不是简单的堆砌。

附录一:书名

附录二:目录


哲学之窗
人在泥里,气在云端。