納米光子學(xué)

前言

在從事生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究的同時(shí)，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(yīng)用》（西安交通大學(xué)出版社，1999）、《醫(yī)學(xué)工作者的因特網(wǎng)》（西安交通大學(xué)出版社，2000）、《分子光子學(xué)——原理及應(yīng)用》（科學(xué)出版社，2004）、《激光與生物組織的相互作用原理及應(yīng)用（第三版）》（科學(xué)出版社，2005）和編寫出版了《生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)新技術(shù)及應(yīng)用》（科學(xué)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(xiàng)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(xué)術(shù)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(guān)心課題的發(fā)展；福建師范大學(xué)物理與光電信息科技學(xué)院的院長、西安交通大學(xué)兼職教授謝樹森教授長期對我們給予支持。同時(shí)感謝國家自然科學(xué)基金委員會多年來對我們課題的資助”，以及CSC-DAAD聯(lián)合資助重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目：2006年中德合作科研項(xiàng)目（PPP）基因轉(zhuǎn)染新方法研究——激光照射金納米顆粒誘導(dǎo)細(xì)胞的選擇性吸收。

內(nèi)容概要

光子學(xué)是一門涵蓋廣泛的光學(xué)科學(xué)和技術(shù)，它對包括信息技術(shù)和醫(yī)療保健在內(nèi)的諸多不同領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要影響。納米光子學(xué)是研究納米尺度光一物質(zhì)相互作用的光子學(xué)科學(xué)和技術(shù)，目前研究者們正在這一領(lǐng)域不斷地發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，并開發(fā)傳統(tǒng)光子學(xué)和電子學(xué)所無法比擬的新技術(shù)。這些新技術(shù)包括高效的太陽能產(chǎn)生、高帶寬和高速的通信、大容量的數(shù)據(jù)存儲以及柔性的高對比度顯示器等。此外。納米光子學(xué)可以提供新的強(qiáng)力的診斷技術(shù)以及光引導(dǎo)和活化治療技術(shù)，它們都將對生物醫(yī)學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。    本書向?qū)W生們介紹了重要的和最新的概念，同時(shí)也為科學(xué)家和工程師們提供了前沿的參考。本書計(jì)劃面向這樣的群體：他們希望了解納米尺度上的光-物質(zhì)相互作用機(jī)理以及光子學(xué)在納米技術(shù)和納米生物技術(shù)中的應(yīng)用。本書由這一領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者所編寫，它為對材料科學(xué)和工程、納米技術(shù)及光子學(xué)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(xué)化學(xué)、物理、電氣工程和醫(yī)學(xué)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(xué)和生物光子學(xué)研究所的執(zhí)行理事。Prasad教授受邀在世界各地進(jìn)行光子學(xué)的演講，目前已發(fā)表超過450篇的相關(guān)科學(xué)論文。他在布法羅分校開設(shè)了關(guān)于光子學(xué)的多學(xué)科課程，也在SPIE(國際光學(xué)工程學(xué)會)一系列的專業(yè)學(xué)會會議中提供了相關(guān)講座。2001年5月，美國國防部鑒于布法羅分校激光、光子學(xué)和生物光子學(xué)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(xué)的綜合性多學(xué)科計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者，該計(jì)劃還包括了加利福尼亞大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、華盛頓大學(xué)和耶魯大學(xué)等擁有眾多一流學(xué)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(xué)——納米技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)  1.2  納米光子學(xué)概述  1.3  多學(xué)科的教育、培訓(xùn)與研究  1.4  本書的理論基礎(chǔ)  1.5  基礎(chǔ)研究與新技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇  1.6  本書的適用范圍  參考文獻(xiàn)第2章  納米光子學(xué)基礎(chǔ)  2.1  光子和電子：相似點(diǎn)和不同點(diǎn)    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(jīng)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(yīng)  2.2  納米級光學(xué)相互作用    2.2.1  軸向納觀定域化    2.2.2  側(cè)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(yīng)    2.3.2  納觀相互作用動力學(xué)過程    2.3.3  新的合作躍遷    2.3.4  內(nèi)米級的電子能量轉(zhuǎn)移    2.3.5  合作發(fā)射  2.4  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第3章  近場相互作用和近場光學(xué)顯微術(shù)  3.1  近場光學(xué)  3.2  近場納觀相互作用的理論模型  3.3  近場顯微術(shù)  3.4  近場研究的例子    3.4.1  量子點(diǎn)的研究    3.4.2  單分子光譜學(xué)    3.4.3  非線性光學(xué)過程的研究  3.5  無孔徑近場光譜技術(shù)與近場顯微術(shù)  3.6  光相互作用的納米級增強(qiáng)  3.7  內(nèi)米動力學(xué)時(shí)空分辨率研究  3.8  近場光學(xué)顯微鏡制造商  3.9  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第4章  量子限制材料  4.1  無機(jī)半導(dǎo)體    4.1.1  量子阱    4.1.2  量子線    4.1.3  量子點(diǎn)    4.1.4  量子環(huán)  4.2  量子限制的表征    4.2.1  光學(xué)性質(zhì)    4.2.2  舉例    4.2.3  非線性光學(xué)性質(zhì)    4.2.4  量子限制斯塔克效應(yīng)  4.3  介電限域效應(yīng)  4.4  超品格  4.5  核殼量子點(diǎn)與量子點(diǎn)-量子阱  4.6  量子限制結(jié)構(gòu)作為激光媒介  4.7  有機(jī)量子限制結(jié)構(gòu)  4.8  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第5章  等離子體光子學(xué)  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(qiáng)  5.4  亞波長孔徑等離子體光學(xué)  5.5  等離子體波導(dǎo)  5.6  金屬納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用  5.7  輻射衰變工程學(xué)  5.8  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第6章  激發(fā)動力學(xué)過程的納米控制  6.1  納米結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)  6.2  稀土摻雜的納米結(jié)構(gòu)  6.3  上轉(zhuǎn)換納米基團(tuán)  6.4  光子雪崩  6.5  量子切割  6.6  位點(diǎn)分離的納米粒子  6.7  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)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(xué)  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(shù)    7.2.4  掃描探針顯微鏡法  7.3  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第8章  納米結(jié)構(gòu)的分子架構(gòu)  8.1  非共價(jià)相互作用  8.2  納米結(jié)構(gòu)的聚合物介質(zhì)  8.3  分子機(jī)械  8.4  樹狀高分子  8.5  超分子結(jié)構(gòu)  8.6  單層和多層分子組裝  8.7  本章重點(diǎn)參考文獻(xiàn)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(zhì)  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(diǎn)  參考文獻(xiàn)第10章  納米復(fù)合材料  10.1  作為光子介質(zhì)的納米復(fù)合材料  10.2  納米復(fù)合材料波導(dǎo)  10.3  隨機(jī)激光器：激光涂料  10.4  局域場增強(qiáng)  10.5  多相納米復(fù)合材料  10.6  用于光電子學(xué)的納米復(fù)合材料  10.7  聚合物分散液晶  10.8  納米復(fù)合超材料  10.9  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第11章  納米光刻技術(shù)  11.1  雙光子光刻術(shù)  11.2  近場光刻術(shù)  11.3  近場相掩模軟光刻術(shù)  11.4  等離子體印刷  11.5  納米球光刻術(shù)  11.6  蘸筆納米光刻術(shù)  11.7  納米壓印光刻術(shù)  11.8  光促線型納米陣列  11.9  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第12章  生物材料和納米光子學(xué)  12.1  生物衍生材料  12.2  仿生材料  12.3  生物模板  12.4  細(xì)菌生物合成器  12.5  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第13章  納米光子學(xué)在生物技術(shù)和納米醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用  13.1  近場生物成像  13.2  納米粒子在光學(xué)診斷和靶向治療中的應(yīng)用  13.3  生物成像中的半導(dǎo)體量子點(diǎn)  13.4  生物成像中的上轉(zhuǎn)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(yīng)用于光動力療法的納米診療劑  13.9  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第14章  納米光子學(xué)應(yīng)用及其市場前景  14.1  納米技術(shù)、激光技術(shù)和光子技術(shù)    14.1.1  納米技術(shù)    14.1.2  激光技術(shù)類產(chǎn)品在全球的市場情況    14.1.3  光子技術(shù)    14.1.4  納米光子學(xué)  14.2  光學(xué)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(diǎn)    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(shù)  14.6  納米光子學(xué)的前景展望    14.6.1  發(fā)電及能量轉(zhuǎn)化    14.6.2  信息技術(shù)    14.6.3  傳感器技術(shù)    14.6.4  納米醫(yī)學(xué)  14.7  本章重點(diǎn)  參考文獻(xiàn)索引

章節(jié)摘錄

插圖：我們生活在一個(gè)通信、計(jì)算機(jī)存儲與數(shù)據(jù)處理方面已經(jīng)取得并將繼續(xù)創(chuàng)造革命性進(jìn)展的復(fù)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(shù)的需求不斷增長。正如我們逐步適應(yīng)這些進(jìn)步一樣，因此我們強(qiáng)烈地期望更小巧、更高效、更快速、更環(huán)保的技術(shù)。光子技術(shù)與納米技術(shù)的結(jié)合能應(yīng)對更多的這種挑戰(zhàn)。在醫(yī)療方面，基于分子技術(shù)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(xiàn)征兆，并提供早期的干預(yù)，這是醫(yī)學(xué)史上的一個(gè)巨大飛躍（Prasad，2003）。納米醫(yī)學(xué)與光誘導(dǎo)和光活化療法相結(jié)合將推動基于分子識別的個(gè)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(jīng)見證了許多由不同學(xué)科相融合所產(chǎn)生的重大技術(shù)突破，并且這種趨勢在這個(gè)千年可能會更明顯。納米光子學(xué)在其廣闊的發(fā)展前景中，為科學(xué)、技術(shù)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域許多不同的傳統(tǒng)學(xué)科之間的融合提供了機(jī)會。就本書而言，納米光子學(xué)是一個(gè)涵蓋了物理、化學(xué)、應(yīng)用科學(xué)與工程、生物學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的跨學(xué)科領(lǐng)域。要實(shí)現(xiàn)納米光子學(xué)更廣闊的美好前景，就面臨著一個(gè)重大的多學(xué)科綜合的挑戰(zhàn)。應(yīng)對這些挑戰(zhàn)需要培養(yǎng)更多具有相關(guān)知識的研究人員和訓(xùn)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(xué)科、廣范圍的訓(xùn)練來得到滿足。世界各國都認(rèn)識到了這一點(diǎn)的重要性，他們通過越來越多地舉辦關(guān)于這一主題的會議與研討會，以及通過各種研究機(jī)構(gòu)的教育和培訓(xùn)計(jì)劃來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。例如，作者在布法羅提供了一個(gè)關(guān)于納米光子學(xué)方面的多學(xué)科綜合課程，還在SPIE專業(yè)學(xué)會會議上舉辦了一個(gè)有關(guān)該學(xué)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(xué)中形成的，同時(shí)還根據(jù)這些課程的參與人員提出的有價(jià)值的反饋而進(jìn)行了部分修正。我們希望本書既能作為教育和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)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(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀提出有建設(shè)性的評價(jià)，對推進(jìn)納米光子學(xué)的產(chǎn)業(yè)化和市場化進(jìn)程也具有一定的價(jià)值。

編輯推薦

《納米光子學(xué)》向?qū)W生們介紹了重要的和最新的概念，同時(shí)也為科學(xué)家和工程師們提供了前沿的參考?！都{米光子學(xué)》計(jì)劃面向這樣的群體：他們希望了解納米尺度上的光—物質(zhì)相互作用機(jī)理以及光子學(xué)在納米技術(shù)和納米生物技術(shù)中的應(yīng)用?！都{米光子學(xué)》由這一領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者所編寫，它為對材料科學(xué)和工程、納米技術(shù)及光子學(xué)的未來感興趣的人們提供了重要的資源。 譯者及其研究團(tuán)隊(duì)長期從事生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)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(xì)胞微手術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)正承擔(dān)或完成多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金以及其科學(xué)儀器專項(xiàng)、省部級和國際合作研究項(xiàng)目；與國外多所知名大學(xué)保持密切的合作，聯(lián)合申請多項(xiàng)研究項(xiàng)目并獲得資助；同時(shí)與國內(nèi)高科技公司共建產(chǎn)學(xué)研基地或研發(fā)中心，積極促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化；在國內(nèi)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(xué)光子學(xué)新技術(shù)及應(yīng)用》，翻譯出版有《激光與生物組織的相互作用原理及應(yīng)用》（第1版與第3版）、《分子光子學(xué)》等書籍。 光子學(xué)是一門涵蓋廣泛的光學(xué)科學(xué)和技術(shù)，它對包括信息技術(shù)和醫(yī)療保健在內(nèi)的諸多不同領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要影響。納米光子學(xué)是研究納米尺度光一物質(zhì)相互作用的光子學(xué)科學(xué)和技術(shù)，目前研究者們正在這一領(lǐng)域不斷地發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，并開發(fā)傳統(tǒng)光子學(xué)和電子學(xué)所無法比擬的新技術(shù)。這些新技術(shù)包括高效的太陽能產(chǎn)生、高帶寬和高速的通信、大容量的數(shù)據(jù)存儲以及柔性的高對比度顯示器等。此外，納米光子學(xué)可以提供新的強(qiáng)力的診斷技術(shù)以及光引導(dǎo)和活化治療技術(shù)，它們都將對生物醫(yī)學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 《納米光子學(xué)》一書對這一跨越多學(xué)科的令人興奮的領(lǐng)域做出了全面的論述。它所涵蓋的主題有： ?基本原理 ?材料 ?應(yīng)用 ?理論 ?構(gòu)造

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