《PrinciplesofNano-optics》教材评介.doc

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1、《PrinciplesofNano-optics》教材评介张英杰（南开大学物理科学学院）1本书的出版与作者情况《纳米光学原理》一书2006年由英国剑桥大学出版，全书共539页，是由LukasNovotny和BertHecht合著的。LukasNovotny是美国罗彻斯特大学光学与物理学专业教授，是光学学院的纳米光学学科带头人。他从瑞士联邦理工学院获得博士学位，之后进入了美国西北太平洋国家实验室从事化学结构与动力学方向的研究。他于1999年起开始在罗彻斯特大学任教，正是他教的纳米光学课程的内容构成了这本书的基础。现在他的主要研究方向是纳米尺度的光与物质相互作用。B

2、ertHecht是瑞士巴塞尔大学物理学院纳米光学的教授，是纳米光学的学科带头人，同时他也是瑞士国家技术中心纳米光学方向成员。他毕业于德国康斯坦茨大学，之后进入IBM的苏黎世研究实验室从事近场光学显微镜与等离子体方面的研究。他于1996年获得了巴塞尔大学的博士学位，之后在瑞士联邦理工学院的物理化学实验室进行单分子光谱学及扫描探测技术的研究，并与2002年获得了物理化学任教资格证书。他在2001年成为了瑞士国家基金会赞助教授，从此开始在巴塞尔大学任教至今。2本书的创作背景纳米光学是一门新兴的交叉学科，作为古老的光学与新兴的纳米科技的统一体，此学科有其全新的研究与应用

3、价值，其研究成果已经在生产生活各方面中得到了广泛应用。但由于其研究内容的特殊性与交叉性，直到2006年这个学科才有了第一本教科书。该书主要是针对研究生写的关于纳米光学的教科书，书中的内容基本上都是来自美国罗彻斯特大学和瑞士巴塞尔大学光学专业的研究生课堂讲义。作者对纳米光学的基本原理作了全面的概括，为从事此方向研究的科学工作者提供了重要的参考资料。3本书的主要内容从传统上讲，光学既包含基础科学（如量子光学）也包括应用科学（如光通信）。因此，纳米光学可以被定义为包括基础纳米科学和纳米应用科技在内的所有纳米量级的光学分支。在纳米科技方面，此书包含了纳米平板印刷术、高分

4、辨率光学显微镜和高密度光学数据存储等内容。在基础科学方面，此书讲述了原子与光子在光学近场相互作用等课题。与在自由空间传播的光相比，光学近场中引入了虚拟光子这个与指数衰减场相对应的新概念。虚拟光子可被用来描述一般的局域非传播场。它也是分子间力（范德瓦尔斯力和卡西米尔力）的作用因子，因此可用它来探测分子结构。在量子光学中，虚拟光子这一概念可以拓宽基础光学实验研究的范围，从而得到新的可应用到实践中的结果。总的来说，此书从基础概念与实际应用两方面对纳米光学作了全面的介绍。此书开头部分对纳米光学的理论基础作了全面的总结。在各种尺度下都成立的麦克斯韦方程组为纳米光学奠定了坚

5、实的基础。由于光学近场经常与物质相互联系，此书介绍了各种物质结构和复介电常数。纳米光学的研究系统一般都要分成若干个空间部分，这些部分由边界相连接。因此，此书在各个由均匀介质组成的子系统中分别表述了麦克斯韦方程，并推导了各个边界条件。接着此书介绍了在纳米光学中常用的一些数学方法，如格林函数和角谱等。其中对角谱的处理是讨论倏逝波的重要方法。在纳米光学中，限制光的尺度一直是一个重要课题。此书的第三章就分析了在传统方法（如显微技术和其它数值孔径聚焦光学技术等）中能达到的最小光学尺度。在分析了在傍轴近似下的聚焦场（即高斯光束）后，此书又讨论了现代光学中用到的各种非傍轴近似

6、聚焦场。对于显微镜来说，空间分辨率是最重要的参数。虽然空间分辨率有多种定义形式，但它们都与衍射极限有关。此书第四章对它们的物理基础作了分析，并进一步讨论了可用于提高光学显微镜空间分辨率的各种方法。最后还介绍了饱和效应，并分析了空间位置精确度与分辨率这两个概念的差别。接下来的三章介绍了纳米光学在在近场光学显微技术中的实际应用。其中第五章讨论了从共焦显微技术到各种最近出现的近场技术这一系列高分辨显微技术。第六章处理光如何被压缩到亚波长尺度这一重要的技术问题。这其实是所谓光学探针的范畴，这种探针有尖锐的顶端，并在顶点处产生局域的高强度光场。第七章则介绍了用这种光学探针

7、扫描带侧样品表面的具体方法，讨论了测量探针和样品之间相互作用力（剪力）的方法。总的来说，这三章讲述了近场光学显微技术的基本知识与各种现代技术手段。此书接着讨论了纳米光学的更基本的理论问题，即光发射与纳米量级环境中各种光学相互作用的问题。第八章先阐述了微小粒子（原子、分子）因电子态跃迁而发光这一问题可以用偶极子辐射来近似处理，然后仔细讨论了偶极子辐射场的特点以及其与外界环境的相互作用。接下来这一章又讨论了在复杂环境中粒子的自发辐射跃迁，最后处理了偶极子相互作用、能量转移和激子耦合的问题。从理论上介绍了偶极子辐射问题后，此书的第九章从实验方面介绍了对诸如荧光分子与半

8、导体量子点等单量子辐射源