2009年是光信息科学与技术领域的所有科技工作者印象深刻的一年,这一年的诺贝尔物理学奖花落光信息科学与技术的先行者。华裔科学家、光纤之父高锟因他在1966年提出光纤损耗机理的工作,美国科学家Willard S. Boyle和E. Smith以在1977年发明CCD(电荷耦合器件)的工作,共同获得2009年度的诺贝尔物理学奖。他们先驱性的工作为今天信息化、网络化的社会生活奠定了基础。他们的获奖激励着光信息科学与技术领域的科学工作者再接再厉,把光信息科学与技术推向更高的层次;同时也鼓励更多的年轻人立志投身于本领域的研发工作;即使对于普通群众,借助于网络与媒体,也感受到了“光”的美妙。
在这一时刻,清华大学出版社着手影印出版著名光学专家Ajoy Ghatak所著《光学(第4版)》正当其时。一来为国内广大光信息科学与技术科学工作者提供本领域的基础教材;二来为配合落实教育部倡导的双语教学提供了一本精品教材。
Ajoy Ghatak是印度德里理工大学物理系教授,在光学、光纤光学和量子力学领域著述颇丰。著有Optics, 4/e,An Introduction to Fiber Optics,Lasers Theory and Applications,Contemporary Optics,Fiber Optics and Lasers: The Two Revolutions,Introduction to Quantum Mechanics,Quantum Mechanics: Theory and Applications, 5/e,Mathematical Physics: Differential Equations and Transform Theory,Special Theory of Relativity等。其中Optics第1版(1977)与Contemporary Optics(1978)已有中译本。
目前在西方大学最流行的基础光学教材有Adelphi University的Eugene Hecht教授所著Optics(目前已出第6版)与Ajoy Ghatak教授所著Optics(目前为第4版)。在二者当中,笔者认为后者从写作内容到编排顺序与国内基础光学教材更为接近,比较符合国内基础光学的教学习惯,因此作为基础光学的双语教材更为合适。
本书分为7部分,分别是几何光学、振动与波、干涉、衍射、光的电磁特性、光子、激光与纤维光学。笔者总结本书的特色如下:
* 本书的主要传统内容——几何光学、振动与波、干涉、衍射、偏振等的安排与国内一般光学教材的顺序一致,与国内习惯了的光学课程的教学计划不冲突,使教师不必因为教材不同而修改教学计划。
* 本书不仅系统地介绍了光学知识,还为读者提供了许多光学发展背景。像第一章光学史是每本光学教材开篇必备的,而本书是笔者所见过各种教材中对于光学发展历史介绍得最精彩、最丰富的范例之一。本书从早在公元前400年提出视觉是来源于从眼睛中发出的看不见的“火”遇到物体后产生效应的古希腊哲学家阿尔希塔斯开始,一直介绍到1987年发明掺铒光纤放大器的佩恩教授,其中还有光纤之父、华裔科学家高锟教授。以这些科学家对于光学的贡献为线索,介绍光学的发展史,生动有趣。另外,在许多章的开篇,都有一个与该章内容相关的重要发展里程碑列表。让读者学习相关知识之前,对相关发展历史有一个概览。
* 本书不仅包括传统光学教材的内容(如几何光学、干涉、衍射、偏振等),还增加了许多新内容,以体现近代光学的发展。特别是体现了近50年来信息光学的大发展,如光纤通信(第27、28、29章)、周期性光学结构(第15章)、光学存储(第18章)等。
* 每部分最后都安排了非常全面的小结,使读者在一阶段的学习之后,查漏补缺,有利于巩固已学的知识。
* 本书将光学的理论系统介绍与这些理论对于自然现象的解释和在工程实际的应用进行了有机的结合。使读者不仅掌握了精彩的光学基础知识,还见识到了这些理论如何解释日常生活中的一些自然现象;最重要的是学到了如何将基础知识运用到工程技术中去的科学思路。例如在3.1节介绍了费马原理以后,在3.3.1节中,就用该原理解释了海市蜃楼现象;在7.5节介绍了折射率起源的理论后,紧接着在7.6节通过瑞利散射解释了天空为什么呈现蓝色;在15.2节阐述薄膜干涉的原理后,在15.6节通过介绍光学周期性结构过渡到光纤布拉格光栅的工作原理,并介绍了布拉格光栅作为光学传感器的应用;第18章在系统阐述了衍射原理后,知道了衍射分辨本领与光波长成反比,在18.12节马上介绍了CD光盘与DVD光盘在激光读写时,所用激光器分别为红外780nm和红光650nm的原因,并介绍了蓝光(405nm)DVD;……特别值得一提的是,在第3章中将3.1节的费马原理与3.4节光线方程的内容相结合,然后在27.10节用抛物线渐变折射率多模光纤模式色散的计算再次呼应了第3章的理论。体现了作者在内容安排上的独具匠心,也让读者领会到古老的费马原理在渐变折射率多模光纤中的具体应用。
鉴于上述对Ajoy Ghatak教授学术的背景介绍、以及对本教材特色的分析,笔者推荐本教材的影印版在各大学本科的物理、应用物理、光信息科学与技术等专业的光学课程与光学双语教学课程中,作为双语教材或参考教材使用,并推荐该教材作为广大相关领域的科学工作者与技术人员的参考书。
张晓光
北京邮电大学信息光子学与光通信研究院
2010年2月