激光的衍射及热作用计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李俊昌 著

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• 计算
• 光学
• 物理
• 热传导
• 数值模拟
• 材料科学
• 激光技术

店铺： 英典图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030098481

商品编码：1202694862

包装：平装

出版时间：2002-03-01

《激光的衍射及热作用计算》：一场光学与能量交织的探索之旅 本书并非对已有学术著作的简单复述，而是致力于为读者构建一个系统、深入且富有启发性的激光衍射与热作用计算的知识框架。我们将穿梭于光的波动本质，理解衍射现象的根源；我们将深入探究激光与物质相互作用的微观机制，量化其能量传递的宏观效应。本书旨在为光学、物理、工程等领域的学者、研究人员及工程师提供一套严谨的理论基础与实用的计算工具，以期在各自的研究与实践中，能够更精准地预测和控制激光衍射带来的光学畸变，以及激光能量在物质中引起的温度分布与热应力。 第一篇：激光衍射的物理图景与数学描摹 在光学领域，衍射是波动性最直接的体现之一，而激光作为一种高度相干、单色性的光源，其衍射行为更是呈现出独特性。本书的第一篇将从基础的光学原理出发，逐步引申至激光衍射的专门研究。 第一章：光的波动性与干涉衍射的基本概念 我们将从惠更斯原理出发，建立对波前传播的直观认识。随后，深入探讨光的干涉现象，理解相干性在干涉中的关键作用。在此基础上，我们将引入衍射的定义，区分惠更斯-菲涅尔衍射理论，为理解更复杂的衍射现象打下坚实基础。我们将详细解析单缝、双缝、圆孔等经典衍射模型的几何光学和波动光学解释，并引入夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射的数学表述。 第二章：激光的相干性与衍射特性 本章将聚焦于激光这一特殊光源。我们将深入剖析激光的相干性，包括时间相干性和空间相干性，以及这些特性如何影响其衍射图样。我们将介绍激光的衍射积分，并探讨不同类型的激光器（如气体激光器、半导体激光器）在衍射特性上的差异。此外，我们还将引入光栅衍射的理论，分析高密度光栅对激光衍射的增强和调控作用。 第三章：衍射的数学工具与数值方法 理解并计算衍射现象，离不开强大的数学工具。本章将详细介绍傅里叶光学理论，这是描述衍射现象的核心数学语言。我们将系统阐述傅里叶变换在衍射计算中的应用，包括其在衍射面、像面之间的转换关系。对于无法通过解析方法求解的复杂衍射问题，我们将引入数值计算方法，如快速傅里叶变换（FFT）算法，并讨论边界条件、采样率等关键参数对计算精度的影响。 第四章：衍射的实际应用与影响 衍射并非仅仅是理论概念，它在众多实际应用中扮演着重要角色。本章将探讨激光衍射在光学成像、全息术、光刻技术、光通信等领域的具体体现。我们将分析衍射限制、衍射效率等参数对系统性能的影响，并介绍如何通过光学设计来优化衍射效应，例如使用衍射光学元件（DOE）来整形光束、实现特定功能。 第二篇：激光与物质相互作用的热效应分析 激光能量一旦与物质相互作用，便会引发一系列复杂的热学过程。本篇将致力于深入探究这些热效应，并提供精确的计算方法。 第五章：激光与物质相互作用的基本机制 激光与物质的相互作用是一个多尺度的过程。本章将从微观层面解析能量吸收、反射、透射等基本机制。我们将详细介绍不同物质的吸收系数、反射率、透射率随波长和温度的变化规律。我们将区分线性吸收和非线性吸收，重点关注高强度激光引起的非线性光学效应，如多光子吸收、自聚焦等，这些都会直接影响能量的沉积方式。 第六章：激光诱导的温度场演化模型 理解激光热效应的核心在于分析温度场的分布与演化。本章将引入热传导方程（傅里叶热传导定律），并在此基础上构建激光诱导温度场的理论模型。我们将考虑稳态和瞬态两种情况，分析不同形状、大小和能量密度的激光光斑在均匀和非均匀介质中的温度分布。我们将讨论导热系数、比热容、密度等热物理参数对温度场的影响，并介绍泊松方程、传热方程的数值求解方法。 第七章：激光热效应的数值计算方法与仿真 为了处理复杂几何形状、材料性质变化以及非均匀加热等问题，数值计算方法显得尤为重要。本章将详细介绍有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在激光热效应计算中的应用。我们将演示如何对模型进行网格划分，设置边界条件（如绝热边界、恒温边界、对流边界），以及如何对时间步长进行选择以保证计算的稳定性和精度。我们将重点关注仿真结果的后处理，包括温度梯度、热点等关键信息的提取。 第八章：激光热效应的物理现象与工程应用 激光与物质相互作用产生的热效应，是许多工程应用的基础，也可能带来一些需要规避的负面影响。本章将深入探讨激光诱导的多种物理现象，例如： 激光烧蚀与熔化： 分析激光能量超过物质熔点和汽化点时发生的材料移除和相变过程，并讨论其在材料加工、微纳制造中的应用。 热应力与变形： 研究激光加热引起的材料内部应力分布，以及由此产生的热膨胀、形变甚至断裂。这对于激光焊接、激光切割以及精密加工的设计至关重要。 热诱导的光学效应： 探讨温度变化对材料折射率的影响，以及由此导致的激光光束畸变、像差等问题，例如在激光光学元件的设计中需要考虑的因素。 热失控与安全问题： 分析在某些情况下，激光与物质相互作用可能导致温度急剧升高，引发热失控的风险，并讨论相应的安全防护措施。 我们将结合具体工程案例，例如激光雷达（LIDAR）的探测精度、激光医疗中的组织损伤控制、激光雷达的探测精度、激光医疗中的组织损伤控制、激光焊接的焊缝质量控制、激光武器的光束质量保持等，来阐述本书所介绍的衍射和热效应计算方法如何应用于解决实际问题。 第三篇：综合应用与前沿展望 在掌握了激光衍射和热效应的理论与计算方法后，本篇将进一步探讨它们的综合应用，并对相关领域的前沿研究进行展望。 第九章：衍射与热效应的耦合分析 在许多实际场景中，衍射和热效应并非独立存在，而是相互影响、耦合作用。例如，激光在传播过程中发生的衍射会改变光斑的能量分布，进而影响物质的加热情况；而物质内部温度的升高又会改变其光学性质，从而影响激光的传播和衍射。本章将探讨如何建立考虑耦合效应的模型，并介绍相应的计算策略。例如，在精密光学仪器设计中，需要同时考虑衍射引起的像差和热透镜效应，以确保成像质量。 第十章：前沿研究与未来发展 激光技术与计算科学的进步，不断推动着衍射与热效应研究的新发展。本章将对当前的研究热点进行梳理，包括： 新型衍射光学元件的设计与优化： 介绍基于计算电磁学和人工智能的衍射光学元件设计方法，以及其在波前整形、光束合束等方面的应用。 超快激光与物质相互作用： 探讨飞秒、阿秒激光引起的瞬态热效应，以及其在超快动力学研究、高精度加工等领域的应用。 微纳尺度下的激光衍射与热效应： 研究在微纳结构中，衍射和热效应的特殊表现，以及其在微流控、生物传感等领域的潜在应用。 多物理场耦合仿真软件的发展： 介绍当前先进的仿真软件在集成激光衍射、热传导、流体力学、力学等多个物理场方面的进展。 人工智能在激光衍射与热效应分析中的应用： 探索如何利用机器学习、深度学习等技术，加速衍射计算、优化热效应模型，甚至实现实时预测和控制。 本书的编写，旨在抛砖引玉，激发读者对激光衍射与热效应计算的深入思考与探索。我们相信，通过对本书内容的学习与掌握，读者将能够更深刻地理解激光的奥秘，并能更有效地将其应用于科学研究与工程实践之中，推动相关领域的创新与发展。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事激光设备研发的科研人员，目前正在攻克一些关于高能激光与物质相互作用的难题。在我们的研究中，激光束的衍射行为直接影响到能量的分布和聚焦精度，尤其是在微纳加工领域，微小的衍射效应都可能导致巨大的加工误差。同时，激光能量转化为热能后的分布和传递，是决定加工效果的关键因素。如何准确地计算材料在激光辐照下的温度场，预测材料的熔化、汽化甚至等离子体形成，是我们面临的重大挑战。因此，《激光的衍射及热作用计算》这个书名，恰好点中了我们工作的核心。我希望这本书能够提供一套严谨的数学模型和计算方法，能够帮助我们更深入地理解激光衍射在不同光学系统中的表现，并且能够建立起能够精确预测激光诱导热效应的模型。如果书中能够包含一些数值模拟的方法或者实际的工程案例分析，那将对我们的研究工作具有极大的指导意义。我渴望从中获得能够直接应用于指导我们设备设计和工艺优化的理论工具。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对物理学，尤其是光物理领域有着浓厚兴趣的学生，我一直在寻找能够系统性梳理激光相关知识的书籍。《激光的衍射及热作用计算》这个书名，无疑触及了我学习的重点和难点。衍射是光学中的一个基本现象，而激光作为一种高度相干的光源，其衍射特性更是研究的重中之重。我好奇书本是如何将抽象的衍射理论与实际的激光应用联系起来的，比如衍射对激光束的聚焦能力、光斑大小的影响，以及在某些应用中如何利用衍射来实现特殊的光场调控。更让我兴奋的是“热作用计算”这部分，这直接关乎到激光与物质相互作用后能量的转化和影响。我希望能从这本书中学到如何建立物理模型，来描述激光能量被材料吸收后产生的温度升高、相变，甚至材料的去除过程。这对于理解激光在材料加工、医疗美容、科学研究等多个领域的应用都至关重要。我期待书中能够提供清晰的推导过程和丰富的案例，帮助我理解这些复杂的计算是如何指导实际工程应用的。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对前沿科技充满好奇心的普通读者，我一直对激光这种神奇的光束感到着迷。它不仅仅是科幻电影里的炫酷道具，更在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。从条形码扫描到精密手术，从光纤通信到工业制造，激光的应用无处不在。但是，我总觉得对激光的工作原理知之甚少，尤其是“衍射”和“热作用”这两个词，听起来就很高深莫测。我希望《激光的衍射及热作用计算》这本书能够用一种相对易懂的方式，向我解释激光是如何传播和聚焦的，为什么它会有“绕射”的现象，以及当激光照射到物体上时，为什么会产生热量，这个热量又是如何影响物体的。我希望能理解，通过精确的计算，人们是如何控制激光来实现各种神奇的效果的。这本书对我来说，更像是一次科学启蒙，它能帮助我揭开激光神秘面纱的一角，让我对这个充满科技感的世界有更深的认识和理解，而不是仅仅停留在表面。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我一直对激光在各种材料上的加工应用感到好奇，尤其是那些精密的焊接和切割技术，总觉得背后一定隐藏着复杂的物理原理。这本书的标题——《激光的衍射及热作用计算》——立刻就吸引了我，因为它直接点出了我最感兴趣的两个核心：激光的衍射行为，这解释了为什么激光束会有其独特的传播特性，以及它与物质相互作用时产生的热效应，这直接关联到材料的加工和改变。我迫不及待地想了解这些现象是如何被数学模型精确描述和计算的，这对于优化工艺参数、提高加工效率和精度至关重要。想象一下，通过深入理解这些计算，我或许就能自己设计更优化的激光加工方案，或者至少能更深刻地理解行业内那些先进的技术背后的科学依据。这本书的出现，让我觉得那些曾经遥不可及的激光技术原理，似乎触手可及了。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一把钥匙，能为我打开探索激光世界更深层次的大门。我非常期待书中能够详细阐述衍射理论如何应用于激光束的聚焦和准直，以及如何利用热传导、热辐射等模型来预测材料的升温曲线、相变过程，甚至熔化和汽化。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在光学领域摸爬滚打多年的工程师，长期以来，在实际工作中，我们常常会遇到一些关于激光应用中的“瓶颈”问题，例如激光束在传输过程中能量的损耗、加工过程中热影响区的控制以及如何精确预测材料的烧蚀深度等。这些问题往往涉及到激光本身的衍射特性以及其能量转化为热能后的复杂过程。当我看到《激光的衍射及热作用计算》这本书的标题时，我脑海中瞬间闪过无数与我工作相关的场景：在高功率激光切割薄金属板时，边缘的毛刺如何控制？在精密焊接微电子元件时，如何避免过度的热损伤？这些都需要扎实的理论基础和严谨的计算支撑。这本书的出现，预示着它可能为我提供一套系统的理论框架和实用的计算工具，帮助我深入理解这些现象的内在机制，从而在实际工作中找到更有效的解决方案。我尤其希望能从中学习到如何利用衍射理论来优化激光器的光束质量和传输效率，以及如何通过更精确的热作用计算模型来预测和控制加工过程中的温度分布，最终实现更精细、更高效的激光加工。