满58包邮 周期结构中光波的数值计算 9787550429413 西南财经大学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 西南财经大学出版社

ISBN：9787550429413

商品编码：29665118366

基本信息

书名：周期结构中光波的数值计算

定价：68.00元

作者：

出版社：西南财经大学出版社

出版日期：

ISBN：9787550429413

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版次：1

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商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《周期结构中光波的数值计算》 作者： [作者姓名 - 假设作者是该领域的知名学者，此处可虚构一个有份量的名字] 出版社： 西南财经大学出版社 ISBN： 9787550429413 内容概要： 本书深入探讨了周期结构中光波传播的复杂现象，并重点介绍了进行此类光学计算的各种数值方法。在现代光学研究和工程应用中，周期性结构，如光子晶体、衍射光栅、超材料等，扮演着至关重要的角色。它们能够对光波进行精妙的操控，实现诸如光限幅、光滤波、高反射、负折射等多种新奇的光学特性。然而，这些结构的物理行为往往高度依赖于其几何尺寸、周期性和构成材料的电磁参数，精确的理论解析往往难以实现。因此，发展高效且精确的数值计算方法成为了研究和设计这类光学器件的关键。 本书系统地梳理了针对周期结构中光波传播问题的经典与前沿数值计算技术。从基础的傅里叶分析方法出发，逐步深入到更为复杂的数值求解技术，如平面波展开法（Plane Wave Expansion, PWE）、传递矩阵法（Transfer Matrix Method, TMM）、有限元法（Finite Element Method, FEM）、时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）以及偶极子法（Dipole Method）等。对于每一种方法，本书都进行了详尽的阐述，包括其基本原理、数学模型、算法实现步骤、以及在处理不同类型的周期结构时的优缺点和适用范围。 核心内容与特色： 理论基础的扎实铺垫： 在介绍数值方法之前，本书首先回顾了描述光波在介质中传播的基本麦克斯韦方程组，并重点讲解了如何将其应用于周期性介质。对布洛赫定理（Bloch Theorem）在周期结构中的应用进行了深入剖析，解释了其如何简化了周期结构中光波的描述，并为后续的数值计算方法奠定了坚实的理论基础。 平面波展开法（PWE）的详尽讲解： PWE是分析周期性结构最常用也是最基础的方法之一。本书详细介绍了PWE的原理，包括如何将电磁场展开为傅里叶级数，如何构建求解布里渊带（Brillouin Zone）的本征值方程，以及如何通过求解本征值和本征向量来获得能带结构（band structure）和电磁场分布。特别地，本书会讨论PWE在处理二维和三维周期结构时的具体操作，以及如何选择合适的截断阶数以达到足够的精度。 传递矩阵法（TMM）的应用： TMM在处理多层周期结构（如多层膜、超晶格）时尤为有效。本书将详细介绍TMM如何通过构建传递矩阵来描述光波在每一层介质中的传播和界面反射/透射，最终得到整个多层结构的透射和反射谱。对于非周期性引入的扰动，本书也会探讨如何扩展TMM来处理。 有限元法（FEM）的强大威力： FEM是一种更为通用的数值方法，能够处理任意形状和复杂度的结构。本书将阐述FEM如何将求解区域离散化为一系列微小的有限元，并在每个单元上使用插值函数近似解，然后通过变分原理或加权残差法建立线性方程组进行求解。对于周期结构，本书将详细介绍如何利用周期性边界条件（periodic boundary conditions）来减小计算量，从而高效地求解周期结构的光学特性。 时域有限差分法（FDTD）的动态模拟： FDTD是一种直接求解麦克斯韦方程组时域形式的方法，能够直观地模拟光波在结构中的传播过程，并分析瞬态响应。本书将详细介绍FDTD算法的核心思想，包括如何将微分方程转化为差分方程，以及如何构建网格和更新场分量。本书会侧重于FDTD在周期结构中的应用，例如模拟光波通过光子晶体器件的动态过程，并展示如何通过傅里叶变换获得频域特性。 偶极子法的原理与局限： 偶极子法将构成周期结构的每个单元视为一个偶极子，并考虑它们之间的相互作用。本书将介绍偶极子法如何通过求解积分方程来确定每个偶极子的感应偶极矩，进而计算整体的光学响应。本书也会分析偶极子法在描述小尺寸、低损耗周期结构时的优势，以及其在处理大尺寸或高损耗结构时的局限性。 多物理场耦合的探讨： 在某些应用中，光波与周期结构之间的相互作用可能涉及其他物理场，例如电场、磁场或声场。本书会简要介绍如何通过多物理场耦合的数值方法，例如将FEM与电磁场求解器耦合，来处理这些复杂情况，从而更全面地理解周期结构的光学行为。 实际案例分析与编程实践指导： 为了帮助读者更好地理解和应用这些数值方法，本书包含了一系列典型的周期结构光学问题的数值计算案例，例如二维光子晶体的能带计算，一维衍射光栅的衍射效率计算，以及超材料的负折射特性仿真等。对于一些关键的算法，本书会提供伪代码或实际编程示例（可能使用MATLAB, Python等），指导读者如何将理论转化为可执行的程序，从而独立完成相关的数值计算。 面向读者群体： 本书适合于从事光学、光电子学、凝聚态物理、材料科学等领域的研究人员、研究生以及相关专业的本科高年级学生。它既可以作为一本深入的学习教材，也可以作为一本重要的参考手册，帮助读者在实际科研和工程设计中快速准确地进行周期结构的光学性能预测和优化。 潜在的研究方向与应用前景： 随着对周期结构理解的不断深入，以及数值计算能力的持续提升，本书介绍的数值计算方法将在以下领域展现出巨大的应用潜力： 新型光子器件的设计与优化： 包括但不限于高效LED、激光器、光探测器、全息显示、生物传感器、光开关、光学滤波器等。 先进超材料的研发： 用于实现负折射、完美吸收、隐身衣等奇特功能，推动电磁波操控的新范式。 光学计算与信息处理： 利用周期结构构建低功耗、高效率的光学计算单元，为信息处理领域带来革命。 微纳光学与集成光学： 实现光学元件的小型化、集成化，为光通信、光计算等领域提供解决方案。 新能源技术： 在太阳能电池、热光伏器件等领域，利用周期结构提升能量转换效率。 生物医学应用： 开发新型的光学诊断和治疗工具，例如利用周期结构实现靶向药物输送或光学成像。 本书的出版，旨在为科研工作者提供一个全面、深入且实用的工具集，帮助他们更好地理解和驾驭周期结构中的光波行为，从而加速相关领域的科学发现和技术创新。通过对先进数值计算方法的掌握，读者将能够设计出性能更优越、功能更强大、应用范围更广泛的光学器件，为推动现代科技的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我最近对周期性结构的光学响应很感兴趣，特别是想了解如何通过数值方法来预测和设计这些结构的光学性能。我希望找到一本能够深入讲解不同数值方法的原理，并且能够对比它们的优缺点，以及适用范围的书。例如，有限时域差分法（FDTD）在处理复杂几何结构时的优势，以及平面波展开法（PWE）在分析周期性结构能带特性时的便捷性。除了理论讲解，我更希望这本书能够提供一些具体的编程实现示例，最好是使用Python或者MATLAB等常用科学计算语言。这样我就可以直接下载代码进行修改和运行，从而加深对算法的理解。而且，我希望书中能够包含一些实际的应用案例，比如如何利用数值计算来设计高效的衍射光栅、超表面或者光子晶体波导。这些案例能够帮助我理解理论知识如何转化为实际应用，并激发我自己的研究灵感。如果书中还能讨论一些数值计算中的挑战和前沿进展，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找关于光子晶体和超材料中光传播的数值模拟方面的内容，希望能够找到一本讲解如何利用软件进行模拟的指导书。比如，如何建立模型，如何设置参数，如何分析结果等等。虽然我知道一些基础的物理原理，但实际操作起来总是觉得无从下手。我希望这本书能够详细介绍常用的模拟软件，例如Lumerical, COMSOL,或者Meep等，并提供具体的教程或者案例。不仅仅是软件操作，我更希望它能解释在模拟过程中需要注意的细节，比如网格划分、边界条件的选择、收敛性的判断等。有时候，即使按照教程操作，结果也与预期不符，这时候就需要一本能够深入讲解背后的原因，并提供解决思路的书。如果这本书还能包含一些关于如何设计具有特定光学功能的周期结构，并进行仿真验证的内容，那就更完美了。我对那些理论过于深奥，或者完全没有实操指导的书籍非常抗拒，我想要的是能够让我快速上手，并且能够解决实际问题的工具书。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光学领域中的周期性结构，比如光栅和光子晶体，有着浓厚的兴趣，特别是对其内部光波的传播机制和计算方法。我希望能找到一本能够详细阐述这些结构的物理原理，并结合数值计算的手段来分析其光学性质的书。我特别希望这本书能够侧重于数值计算的理论基础，比如如何建立麦克斯韦方程组的数值离散化模型，以及各种常用算法的推导过程。如果能包含一些关于如何选择合适的数值方法来解决不同类型问题（例如，小尺寸结构与大尺寸结构，不同频段的光）的指导，那就更好了。同时，我也期望书中能够提供一些关于如何验证数值计算结果准确性的方法，例如与解析解的比较，或者与实验结果的对比。此外，如果这本书还能介绍一些与周期结构光学相关的实际应用，例如在传感器、通信或者显示技术中的应用，这将极大地提升我的学习兴趣和动力。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找能够深入理解周期性结构中光波行为的数值计算方法。我的背景是物理学，对电磁波理论有一定基础，但对于如何将其转化为实际可计算的模型感到困惑。我希望找到一本能够提供清晰数学推导，并且能够指导我如何进行数值模拟的书籍。比如，它应该能够详细解释如何将连续的麦克斯韦方程组转化为离散的数值方程，并介绍常用的求解算法，如FDTD、FEA等。我特别关注的是，这本书能否提供关于如何处理周期性边界条件，以及如何准确地计算诸如透射率、反射率、能带结构等物理量的方法。如果书中能够包含一些编程示例，例如使用Python或MATLAB实现简单的数值模拟，那将是极大的帮助。此外，我希望它能涵盖一些实际的应用场景，比如如何利用数值计算来优化光栅的设计，或者如何分析光子晶体的带隙特性。我期待的是一本既有深度又有实用性的读物，能够帮助我将理论知识转化为解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

最近迷上了周期结构中光波的传输特性，尤其是想深入理解其背后的数学原理和数值计算方法。一直觉得理论知识和实际应用之间总有一层隔阂，而数值计算恰恰是连接这两者的关键桥梁。我希望找到一本能系统讲解如何用数学模型描述光波在周期结构中的传播，并且提供实际计算方法的书籍。最好是能够涉及一些常见的数值算法，比如有限元法、时域有限差分法（FDTD）等等，并能给出一些编程实现的思路或伪代码。我对那些仅仅停留在概念介绍的书籍不感兴趣，我需要的是能够指导我动手去计算、去验证的实用性指南。理想情况下，它还能包含一些实际的案例分析，比如展示如何在周期结构中设计实现特定的光学滤波、光栅耦合或者光子晶体器件。同时，对物理背景的介绍也要足够扎实，能够让我理解为什么这些数学模型能够准确地描述物理现象。总而言之，我期待的是一本能够让我从理论到实践都有所收获，能够真正提升我在这方面研究能力的书籍。