納米光子學

前言

在從事生物醫(yī)學光子學研究的同時，我們先后翻譯出版了《激光與生物組織的相互作用——原理及應用》（西安交通大學出版社，1999）、《醫(yī)學工作者的因特網》（西安交通大學出版社，2000）、《分子光子學——原理及應用》（科學出版社，2004）、《激光與生物組織的相互作用原理及應用（第三版）》（科學出版社，2005）和編寫出版了《生物醫(yī)學光子學新技術及應用》（科學出版社，2008）等書。本書的翻譯是繼上述幾本書之后又一本有助于我們項目發(fā)展的作品。本書的翻譯完稿得到了許多單位和朋友的支持與幫助。德意志學術交流中心（Deutscher Akadimischer Austausdinst，DAAD）長期為我們提供書籍資料和其他支持。著名教授蔣大宗先生多次關心課題的發(fā)展；福建師范大學物理與光電信息科技學院的院長、西安交通大學兼職教授謝樹森教授長期對我們給予支持。同時感謝國家自然科學基金委員會多年來對我們課題的資助”，以及CSC-DAAD聯合資助重點實驗室項目：2006年中德合作科研項目（PPP）基因轉染新方法研究——激光照射金納米顆粒誘導細胞的選擇性吸收。

內容概要

光子學是一門涵蓋廣泛的光學科學和技術，它對包括信息技術和醫(yī)療保健在內的諸多不同領域都產生了重要影響。納米光子學是研究納米尺度光一物質相互作用的光子學科學和技術，目前研究者們正在這一領域不斷地發(fā)現新的現象，并開發(fā)傳統光子學和電子學所無法比擬的新技術。這些新技術包括高效的太陽能產生、高帶寬和高速的通信、大容量的數據存儲以及柔性的高對比度顯示器等。此外。納米光子學可以提供新的強力的診斷技術以及光引導和活化治療技術，它們都將對生物醫(yī)學技術產生深遠的影響。    本書向學生們介紹了重要的和最新的概念，同時也為科學家和工程師們提供了前沿的參考。本書計劃面向這樣的群體：他們希望了解納米尺度上的光-物質相互作用機理以及光子學在納米技術和納米生物技術中的應用。本書由這一領域公認的領導者所編寫，它為對材料科學和工程、納米技術及光子學的未來感興趣的人們提供了重要的資源。

作者簡介

帕拉斯·N·普拉薩德(Paras N.Prasad)是紐約州立大學化學、物理、電氣工程和醫(yī)學的杰出教授；SamtJeI P.Caperl講席教授；以及位于布法羅分校的激光、光子學和生物光子學研究所的執(zhí)行理事。Prasad教授受邀在世界各地進行光子學的演講，目前已發(fā)表超過450篇的相關科學論文。他在布法羅分校開設了關于光子學的多學科課程，也在SPIE(國際光學工程學會)一系列的專業(yè)學會會議中提供了相關講座。2001年5月，美國國防部鑒于布法羅分校激光、光子學和生物光子學研究所在納米科技研究中的首創(chuàng)精神，選擇它作為納米光子學的綜合性多學科計劃的領導者，該計劃還包括了加利福尼亞大學伯克利分校、麻省理工學院、華盛頓大學和耶魯大學等擁有眾多一流學者的院校參與其中。

書籍目錄

言致謝簡要目錄第1章  緒論  1.1  納米光子學——納米技術領域的研究熱點  1.2  納米光子學概述  1.3  多學科的教育、培訓與研究  1.4  本書的理論基礎  1.5  基礎研究與新技術發(fā)展的機遇  1.6  本書的適用范圍  參考文獻第2章  納米光子學基礎  2.1  光子和電子：相似點和不同點    2.1.1  自由空間傳播    2.1.2  對光子和電子的限制    2.1.3  在經典禁區(qū)中的傳播：隧穿    2.1.4  在周期勢場下的定域化：帶隙    2.1.5  光子和電子的合作效應  2.2  納米級光學相互作用    2.2.1  軸向納觀定域化    2.2.2  側向納觀定域化  2.3  電子相互作用的納米級限制    2.3.1  量子限制效應    2.3.2  納觀相互作用動力學過程    2.3.3  新的合作躍遷    2.3.4  內米級的電子能量轉移    2.3.5  合作發(fā)射  2.4  本章重點  參考文獻第3章  近場相互作用和近場光學顯微術  3.1  近場光學  3.2  近場納觀相互作用的理論模型  3.3  近場顯微術  3.4  近場研究的例子    3.4.1  量子點的研究    3.4.2  單分子光譜學    3.4.3  非線性光學過程的研究  3.5  無孔徑近場光譜技術與近場顯微術  3.6  光相互作用的納米級增強  3.7  內米動力學時空分辨率研究  3.8  近場光學顯微鏡制造商  3.9  本章重點  參考文獻第4章  量子限制材料  4.1  無機半導體    4.1.1  量子阱    4.1.2  量子線    4.1.3  量子點    4.1.4  量子環(huán)  4.2  量子限制的表征    4.2.1  光學性質    4.2.2  舉例    4.2.3  非線性光學性質    4.2.4  量子限制斯塔克效應  4.3  介電限域效應  4.4  超品格  4.5  核殼量子點與量子點-量子阱  4.6  量子限制結構作為激光媒介  4.7  有機量子限制結構  4.8  本章重點  參考文獻第5章  等離子體光子學  5.1  金屬納米粒子和納米棒  5.2  金屬納米殼  5.3  局域場增強  5.4  亞波長孔徑等離子體光學  5.5  等離子體波導  5.6  金屬納米結構的應用  5.7  輻射衰變工程學  5.8  本章重點  參考文獻第6章  激發(fā)動力學過程的納米控制  6.1  納米結構和激發(fā)態(tài)  6.2  稀土摻雜的納米結構  6.3  上轉換納米基團  6.4  光子雪崩  6.5  量子切割  6.6  位點分離的納米粒子  6.7  本章重點  參考文獻第7章  納米材料的生長和表征  7.1  納米材料的生長方法    7.1.1  外延生長    7.1.2  激光輔助氣相沉積    7.1.3  納米化學  7.2  納米材料的表征    7.2.1  X射線表征法    7.2.1.1  X射線衍射    7.2.1.2  X射線光電子光譜    7.2.2  電子顯微鏡法    7.2.2.1  透射電子顯微鏡法(TEM)    7.2.2.2  掃描電子顯微鏡法(SEM)    7.2.3  其它電子束技術    7.2.4  掃描探針顯微鏡法  7.3  本章重點  參考文獻第8章  納米結構的分子架構  8.1  非共價相互作用  8.2  納米結構的聚合物介質  8.3  分子機械  8.4  樹狀高分子  8.5  超分子結構  8.6  單層和多層分子組裝  8.7  本章重點參考文獻第9章  光子晶體  9.1  基本概念  9.2  光子晶體的理論模型  9.3  光子晶體的性質  9.4  制備方法  9.5  光子晶體光路  9.6  非線性光子晶體  9.7  光子晶體光纖  9.8  光子晶體和光通信  9.9  光子晶體傳感器  9.10  本章重點  參考文獻第10章  納米復合材料  10.1  作為光子介質的納米復合材料  10.2  納米復合材料波導  10.3  隨機激光器：激光涂料  10.4  局域場增強  10.5  多相納米復合材料  10.6  用于光電子學的納米復合材料  10.7  聚合物分散液晶  10.8  納米復合超材料  10.9  本章重點  參考文獻第11章  納米光刻技術  11.1  雙光子光刻術  11.2  近場光刻術  11.3  近場相掩模軟光刻術  11.4  等離子體印刷  11.5  納米球光刻術  11.6  蘸筆納米光刻術  11.7  納米壓印光刻術  11.8  光促線型納米陣列  11.9  本章重點  參考文獻第12章  生物材料和納米光子學  12.1  生物衍生材料  12.2  仿生材料  12.3  生物模板  12.4  細菌生物合成器  12.5  本章重點  參考文獻第13章  納米光子學在生物技術和納米醫(yī)學中的應用  13.1  近場生物成像  13.2  納米粒子在光學診斷和靶向治療中的應用  13.3  生物成像中的半導體量子點  13.4  生物成像中的上轉換納米球  13.5  生物傳感器  13.6  光診斷和靶向治療中的納米診療劑  13.7  納米診療劑的基因送遞  13.8  應用于光動力療法的納米診療劑  13.9  本章重點  參考文獻第14章  納米光子學應用及其市場前景  14.1  納米技術、激光技術和光子技術    14.1.1  納米技術    14.1.2  激光技術類產品在全球的市場情況    14.1.3  光子技術    14.1.4  納米光子學  14.2  光學納米材料    14.2.1  納米涂料    14.2.2  遮光劑中的納米顆粒    14.2.3  自清潔玻璃    14.2.4  熒光量子點    14.2.5  納米條形碼    14.2.6  光子晶體    14.2.7  光子晶體光纖  14.3  量子限制激光器  14.4  近場顯微鏡  14.5  納米光刻技術  14.6  納米光子學的前景展望    14.6.1  發(fā)電及能量轉化    14.6.2  信息技術    14.6.3  傳感器技術    14.6.4  納米醫(yī)學  14.7  本章重點  參考文獻索引

章節(jié)摘錄

插圖：我們生活在一個通信、計算機存儲與數據處理方面已經取得并將繼續(xù)創(chuàng)造革命性進展的復雜世界里。對用于疾病早期甚至是前期快速檢測和治療方面的新技術的需求不斷增長。正如我們逐步適應這些進步一樣，因此我們強烈地期望更小巧、更高效、更快速、更環(huán)保的技術。光子技術與納米技術的結合能應對更多的這種挑戰(zhàn)。在醫(yī)療方面，基于分子技術的無創(chuàng)光子診斷方法可以在諸如癌癥等疾病的發(fā)病前期或發(fā)病初期發(fā)現征兆，并提供早期的干預，這是醫(yī)學史上的一個巨大飛躍（Prasad，2003）。納米醫(yī)學與光誘導和光活化療法相結合將推動基于分子識別的個性化療法的發(fā)展，而且此方法能使副作用減少到最小。過去的幾十年已經見證了許多由不同學科相融合所產生的重大技術突破，并且這種趨勢在這個千年可能會更明顯。納米光子學在其廣闊的發(fā)展前景中，為科學、技術與醫(yī)學領域許多不同的傳統學科之間的融合提供了機會。就本書而言，納米光子學是一個涵蓋了物理、化學、應用科學與工程、生物學以及生物醫(yī)學技術的跨學科領域。要實現納米光子學更廣闊的美好前景，就面臨著一個重大的多學科綜合的挑戰(zhàn)。應對這些挑戰(zhàn)需要培養(yǎng)更多具有相關知識的研究人員和訓練有素的科技人員。這就需要通過為那些正處在本科與研究生水平的未來一代的研究者提供多學科、廣范圍的訓練來得到滿足。世界各國都認識到了這一點的重要性，他們通過越來越多地舉辦關于這一主題的會議與研討會，以及通過各種研究機構的教育和培訓計劃來實現這一目標。例如，作者在布法羅提供了一個關于納米光子學方面的多學科綜合課程，還在SPIE專業(yè)學會會議上舉辦了一個有關該學科的短期課程。這本書中的大部分材料都是在這些課程的教學中形成的，同時還根據這些課程的參與人員提出的有價值的反饋而進行了部分修正。我們希望本書既能作為教育和培訓機構的教材，也能作為科研和開發(fā)工作的參考書。本書的最后一章通過對納米光子學技術的發(fā)展現狀提出有建設性的評價，對推進納米光子學的產業(yè)化和市場化進程也具有一定的價值。

編輯推薦

《納米光子學》向學生們介紹了重要的和最新的概念，同時也為科學家和工程師們提供了前沿的參考?！都{米光子學》計劃面向這樣的群體：他們希望了解納米尺度上的光—物質相互作用機理以及光子學在納米技術和納米生物技術中的應用?！都{米光子學》由這一領域公認的領導者所編寫，它為對材料科學和工程、納米技術及光子學的未來感興趣的人們提供了重要的資源。 譯者及其研究團隊長期從事生物醫(yī)學光子學的研究，目前的主要探索方向是生物分子功能信號的多光譜熒光成像和靶向可控的激光細胞微手術。研究團隊正承擔或完成多項國家自然科學基金以及其科學儀器專項、省部級和國際合作研究項目；與國外多所知名大學保持密切的合作，聯合申請多項研究項目并獲得資助；同時與國內高科技公司共建產學研基地或研發(fā)中心，積極促進科技成果轉化；在國內外重要期刊已發(fā)表了百余篇研究論文；編著出版了《生物醫(yī)學光子學新技術及應用》，翻譯出版有《激光與生物組織的相互作用原理及應用》（第1版與第3版）、《分子光子學》等書籍。 光子學是一門涵蓋廣泛的光學科學和技術，它對包括信息技術和醫(yī)療保健在內的諸多不同領域都產生了重要影響。納米光子學是研究納米尺度光一物質相互作用的光子學科學和技術，目前研究者們正在這一領域不斷地發(fā)現新的現象，并開發(fā)傳統光子學和電子學所無法比擬的新技術。這些新技術包括高效的太陽能產生、高帶寬和高速的通信、大容量的數據存儲以及柔性的高對比度顯示器等。此外，納米光子學可以提供新的強力的診斷技術以及光引導和活化治療技術，它們都將對生物醫(yī)學技術產生深遠的影響。 《納米光子學》一書對這一跨越多學科的令人興奮的領域做出了全面的論述。它所涵蓋的主題有： ?基本原理 ?材料 ?應用 ?理論 ?構造

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