光波傳輸數值仿真(精) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭汝海鄭長... 編

圖書標籤:

• 光波傳輸
• 數值仿真
• 光縴通信
• 光學
• 數值計算
• MATLAB
• Simulink
• 通信工程
• 光電子學
• 信號處理

店鋪： 木垛圖書旗艦店

齣版社： 國防工業

ISBN：9787118114287

商品編碼：29738563627

開本：16

齣版時間：2018-02-01

基本信息

• 商品名稱：光波傳輸數值仿真(精)
• 作者：(美)傑森·D.施密特|譯者:郭汝海//鄭長彬//曹立華
• 定價：79
• 齣版社：國防工業
• ISBN號：9787118114287

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-02-01
• 印刷時間：2018-02-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：176
• 字數：215韆字

內容提要

傑森·D.施密特著郭汝海、鄭長彬、曹立華譯的 《光波傳輸數值仿真(精)》這本專著係統介紹瞭光波 傳輸的基礎理論、離散采樣方法、基於MATLAB平颱的 編碼實例以及具體的應用場閤，對於從事光學係統設 計，特彆是激光係統設計的科研人員具有**的參考 價值。
    

目錄

第1章 標量衍射理論基本原理
1.1 經典電動力學基礎
1.1.1 電場和磁場的源
1.1.2 電和磁場
1.2 麥剋斯韋方程組的簡單行波解
1.2.1 獲得波動方程
1.2.2 簡單行波場
1.3 標量衍射理論
1.4 習題
第2章 數字傅裏葉變換
2.1 數字傅裏葉變換基本原理
2.1.1 傅裏葉變換：從解析到數值
2.1.2 傅裏葉逆變換：從解析到數值
2.1.3 在軟件中運行分立傅裏葉變換
2.2 采樣純頻率函數
2.3 分立和連續傅裏葉變換的對比
2.4 分立化的混淆效應
2.5 信號變換的3個研究實例
2.5.1 sinec信號
2.5.2 高斯信號
2.5.3 帶二次方相位的高斯信號
2.6 二維分立傅裏葉變換
2.7 習題
第3章 使用傅裏葉變換的簡單運算
3.1 捲積
3.2 相關
3.3 結構函數
3.4 微分
3.5 習題
第4章 夫琅和費衍射與透鏡
4.1 夫琅和費衍射
4.2 透鏡的傅裏葉變換屬性
4.2.1 緊靠透鏡物體
4.2.2 鏡前物體
4.2.3 鏡後物體
4.3 習題
第5章 成像係統和像差
5.1 像差
5.1.1 賽德爾像差
5.1.2 澤爾尼剋圓多項式
5.2 成像係統的脈衝響應和傳遞函數
5.2.1 相乾成像
5.2.2 非相乾成像
5.2.3 斯特列爾比
5.3 習題
第6章 真空菲涅耳衍射
6.1 不同形式的菲涅耳衍射積分
6.2 算子符號
6.3 菲涅耳積分運算
6.3.1 一步傳播

《光波傳輸數值仿真（精）》內容詳盡簡介 本書是一部深度聚焦於光波傳輸現象及其數值仿真方法的專業著作。全書緊密圍繞“光波傳輸”這一核心概念，結閤“數值仿真”這一關鍵技術手段，旨在為讀者提供一套係統、全麵、深入的理論框架與實踐指導。作者們憑藉豐富的研究經驗和嚴謹的學術態度，將復雜的物理原理與先進的計算方法相結閤，力求使讀者在掌握光波傳輸基本規律的同時，能夠熟練運用數值仿真工具解決實際工程問題。 第一部分：光波傳輸基礎理論 本部分是全書的基石，為理解後續的數值仿真方法奠定堅實的理論基礎。 第一章：電磁波理論迴顧與發展 本章從麥剋斯韋方程組齣發，係統迴顧瞭經典電磁波理論的核心概念，包括電場、磁場、位移電流、以及它們如何相互激發形成電磁波。 詳細闡述瞭電磁波的傳播特性，如波長、頻率、波數、速度、偏振等，並解釋瞭它們在不同介質中的行為差異。 探討瞭電磁波在自由空間、導電介質、介電質中的傳播模式，為後續分析奠定基礎。 簡要介紹瞭衍射、乾涉、反射、摺射等基本光學現象的電磁場解釋，以及它們對光波傳輸的影響。 引入瞭光波的概念，強調其作為一種特殊的電磁波，在光學領域的重要地位。 簡要迴顧瞭波動光學的發展曆程，為進入更深入的仿真分析做好鋪墊。 第二章：波動方程與傳播介質模型 本章深入探討瞭描述光波傳輸的關鍵數學工具——波動方程。 詳細推導瞭從麥剋斯韋方程組到標量和矢量波動方程的過程，區分瞭不同條件下波動方程的適用性。 著重分析瞭波動方程的性質，如綫性、疊加原理等，並解釋瞭這些性質在仿真中的重要性。 詳細討論瞭各種典型的傳播介質模型，包括均勻介質、非均勻介質、各嚮同性介質、各嚮異性介質、損耗性介質以及具有非綫性效應的介質。 闡述瞭這些介質模型如何影響光波的傳播速度、衰減、以及相位變化，並通過數學公式進行量化描述。 引入瞭摺射率、磁導率、介電常數等介質參數的概念，並分析瞭它們隨頻率、溫度、應力等因素的變化規律。 探討瞭界麵對光波傳輸的影響，包括反射和透射係數的計算，以及斯涅爾定律的推導。 第三章：光波傳輸的基本方程與邊界條件 本章進一步深化對光波傳輸方程的理解，並聚焦於實際問題中不可或缺的邊界條件。 詳細分析瞭標量波動方程和矢量波動方程的適用範圍和各自的優點。 在矢量波動方程方麵，深入探討瞭亥姆霍茲方程，這是許多穩態或單色光場分析的基礎。 在標量波動方程方麵，重點介紹瞭惠更斯-菲涅爾原理，以及其在衍射理論中的應用。 詳細討論瞭邊界條件的重要性，包括理想導體邊界、理想介質邊界、以及非理想邊界（如粗糙錶麵）的處理方法。 闡述瞭不同邊界條件下的電磁場行為，如反射、透射、散射等，並給齣相應的數學錶達式。 介紹瞭法拉第效應、剋爾效應等與介質非綫性相關的基本概念，為後續模型引入打下基礎。 討論瞭如何將具體的物理場景轉化為精確的數學模型，包括定義計算域、確定源項等。 第二部分：光波傳輸數值仿真方法 本部分是本書的核心，詳細介紹瞭各種主流的光波傳輸數值仿真技術。 第四章：有限差分時域（FDTD）方法 本章詳細介紹瞭FDTD方法，這是目前最流行和應用最廣泛的光波傳輸數值仿真技術之一。 從離散化麥剋斯韋方程組齣發，詳細推導瞭Yee網格及其在時域上的中心差分格式。 深入分析瞭FDTD算法的穩定性條件（CFL條件）和精度分析，包括離散化誤差的來源和控製方法。 詳細介紹瞭FDTD方法的邊界處理技術，如Perfectly Matched Layer (PML) 和 Absorbing Boundary Conditions (ABC)，以及它們的實現原理和優缺點。 探討瞭FDTD方法在處理復雜幾何結構、多層介質、以及二維和三維問題時的具體實現策略。 通過實例演示瞭FDTD方法在仿真平麵波、衍射、散射、以及光波導等問題中的應用。 討論瞭FDTD方法的計算效率和內存需求，以及如何通過並行計算等技術進行優化。 第五章：有限元方法（FEM） 本章係統介紹瞭有限元方法（FEM）在光波傳輸仿真中的應用。 從變分原理或加權殘差法的角度齣發，闡述瞭FEM的基本思想，即將求解域劃分為一係列小的、形狀簡單的單元。 詳細介紹瞭單元內基函數的選取（如多項式插值函數）以及單元方程的建立過程。 深入分析瞭FEM處理復雜幾何形狀和非均勻介質的優勢，並詳細闡述瞭如何通過網格細化提高精度。 重點介紹瞭FEM在求解穩態、頻域問題中的應用，如求解亥姆霍茲方程，以及在處理散射和輻射問題中的優越性。 討論瞭FEM在處理衍射、光柵、光子晶體等問題中的優勢，以及與其他方法的對比。 介紹瞭FEM的邊界條件處理方法，特彆是如何在離散化後的方程組中體現邊界約束。 分析瞭FEM在計算效率、內存消耗以及編程實現方麵的特點。 第六章：波數域方法（包括FMM和RCWA） 本章聚焦於波數域方法，這些方法在周期性結構的光波傳輸仿真中具有顯著優勢。 詳細介紹瞭傅裏葉模態法（FMM），它通過將電磁場分解為傅裏葉級數，在周期性結構中求解傳播模式。 闡述瞭FMM如何處理光柵、多層周期結構等問題，並分析瞭其精度和收斂性。 深入介紹瞭嚴格耦閤波分析（RCWA）方法，它是一種更通用的周期性結構分析技術，能夠處理更復雜的光柵類型。 詳細推導瞭RCWA的核心方程，並討論瞭其在衍射效率計算、周期結構設計中的應用。 分析瞭波數域方法的計算效率，特彆是在處理具有高周期性的結構時，其優勢尤為明顯。 討論瞭這些方法在微納光學、光子晶體、全息光學等領域的廣泛應用。 對比瞭波數域方法與FDTD、FEM在處理周期性問題時的異同。 第七章：其他數值仿真方法與混閤方法 本章對其他重要的數值仿真方法進行介紹，並探討瞭混閤方法的優勢。 詳細介紹瞭邊界元方法（BEM），它特彆適用於處理具有大空腔或開放邊界的問題，能夠有效減小計算域。 闡述瞭BEM在散射、輻射和天綫設計等領域的應用。 介紹瞭傳播模式模型（Beam Propagation Method, BPM），它是一種高效的仿真方法，適用於研究光波在長距離、低損耗導波結構中的傳播。 詳細分析瞭BPM的原理、假設條件以及在光縴、集成光學等領域的應用。 探討瞭濛特卡羅方法在光波傳輸中的應用，特彆是對於復雜散射和吸收場景的建模。 引入瞭混閤方法的概念，即結閤不同方法的優點來解決特定問題。例如，將FEM與FDTD結閤，或者將FMM與FDTD結閤，以期在精度、效率或適用性上獲得提升。 討論瞭混閤方法的設計原則、實現挑戰以及應用前景。 第三部分：光波傳輸數值仿真應用與發展 本部分將理論和方法落到實處，展示瞭數值仿真的實際應用，並展望瞭未來的發展方嚮。 第八章：微納光學器件的數值仿真 本章聚焦於將前述數值仿真方法應用於微納光學器件的設計與分析。 詳細介紹瞭如何使用FDTD、FEM等方法仿真光柵、衍射光學元件（DOE）、超錶麵（Metasurface）等器件的工作原理和性能。 闡述瞭在仿真過程中如何精確建模器件的幾何結構、材料特性以及入射光場。 通過具體實例，如全息圖、光束整形器、錶麵等離激元器件的仿真，展示瞭如何通過仿真優化器件的設計參數，以獲得期望的光學響應。 討論瞭周期性結構仿真中FMM和RCWA方法的優勢，以及如何在仿真過程中考慮偏振效應和寬帶響應。 分析瞭仿真結果的驗證方法，包括與實驗數據的對比，以及對仿真模型不確定性的討論。 第九章：光學係統與集成光學的數值仿真 本章將仿真應用擴展到更復雜的宏觀光學係統和集成光學領域。 詳細介紹瞭如何使用數值仿真方法分析多鏡片成像係統、光通信係統中的光信號傳輸、以及光電器件的性能。 闡述瞭在集成光學領域，如何仿真光波導、耦閤器、調製器、分束器等器件的工作特性，以及它們之間的相互作用。 重點介紹瞭BPM方法在長距離波導傳輸仿真中的優勢，以及如何分析波導損耗、模式耦閤等問題。 探討瞭如何利用數值仿真研究復雜的光學集成器件，例如片上光學係統（PIC）的設計與優化。 討論瞭在仿真光學係統中，如何處理多次反射、散射以及各種光學效應的疊加。 第十章：非綫性光學現象的數值仿真 本章深入探討瞭如何使用數值仿真研究非綫性光學現象。 詳細介紹瞭如何修改波動方程或引入非綫性源項來描述非綫性光學效應，如自聚焦、自相位調製、二次諧波産生（SHG）、三次諧波産生（THG）等。 闡述瞭在FDTD、FEM等方法中，如何處理非綫性材料的本構關係，以及如何求解非綫性方程組。 通過實例展示瞭非綫性薛定諤方程（NLSE）的數值求解，以及其在光孤子、超連續譜産生等方麵的應用。 討論瞭在非綫性仿真中，如何平衡計算精度和計算成本，以及如何選擇閤適的步長和網格尺寸。 分析瞭非綫性光學器件（如非綫性晶體、光縴非綫性器件）的設計與仿真。 第十一章：未來發展趨勢與挑戰 本章對光波傳輸數值仿真領域的未來發展趨勢和麵臨的挑戰進行瞭展望。 探討瞭機器學習與數值仿真結閤的可能性，如利用機器學習加速仿真過程、優化網格生成、或者直接預測光學響應。 討論瞭高性能計算（HPC）在處理大規模、高精度仿真任務中的作用，包括GPU加速、分布式計算等。 分析瞭多尺度仿真（Multiscale Simulation）的必要性，即如何有效地模擬從微觀材料特性到宏觀器件性能的跨尺度問題。 展望瞭在新型材料（如超材料、二維材料）和新型光波現象（如量子光學、拓撲光學）仿真中的挑戰與機遇。 強調瞭數值仿真在推動光學科學與工程前沿發展中的關鍵作用，並指齣瞭持續研究和技術創新的重要性。 本書力求內容翔實，理論與實踐並重，既適閤光學、物理、電子工程等相關專業的學生和研究人員閱讀，也能夠為從事光學器件設計、光通信、光電子技術等領域的工程師提供有力的技術支持。通過對本書的學習，讀者將能夠深入理解光波傳輸的奧秘，並掌握運用先進的數值仿真工具解決復雜光學問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

從宏觀角度看，這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一份對現代光學工程領域前沿研究方法的宣言。它所涵蓋的仿真技術，例如時域有限差分法（FDTD）和束傳播法（BPM）在處理不同尺度和復雜結構時的優劣比較，都體現瞭作者深厚的工程實踐經驗。書中提供的案例分析極具說服力，每一個仿真結果的展示都配有詳盡的背景介紹和參數說明，這對於希望從事光波器件設計與優化工作的研究人員來說，是無價的財富。它教會我們如何係統性地思考問題，如何利用計算工具去指導實驗設計，而不是盲目地進行試錯。這本書絕對是值得我桌麵上常備的一本工具書，相信在未來的研究和工作中，我會不斷地從中汲取新的知識和方法論。

評分☆☆☆☆☆

我一直苦於找不到一本能夠將“光波”這一宏大概念，通過“數值仿真”這一具體手段進行有效銜接的書籍。市麵上的很多教材要麼偏重於純理論推導，仿真部分隻是蜻蜓點水；要麼就是單純的代碼手冊，缺乏對背後物理本質的深刻洞察。這本書則成功地填補瞭這個空白。它詳盡地介紹瞭如何構建一個穩定且高效的仿真模型，包括網格劃分的策略、邊界條件的設定，以及如何驗證仿真結果的準確性。特彆是其中關於非綫性光學效應仿真的部分，處理得極其細膩和深入，這通常是其他入門或進階書籍會略過的高級內容。讀完後，我感覺自己仿佛完成瞭一次係統的“軟硬件結閤”的訓練，不僅理解瞭“為什麼”要這樣做，更學會瞭“如何”去實現它。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的閱讀過程並非一帆風順，它對讀者的前期知識儲備有一定的要求。如果你對傅裏葉變換、矢量微積分以及基礎的矩陣運算感到陌生，那麼在某些章節可能會感到吃力。然而，正是這種略帶挑戰性的深度，纔使得這本書的價值凸顯齣來。它不是那種可以輕鬆翻閱的網絡文章閤集，而是一部需要坐下來、拿齣筆和草稿紙認真研讀的經典。我尤其欣賞作者在引入新概念時，總是先給齣直觀的物理圖像，再輔以嚴謹的數學錶達。這種“先感性認識，後理性把握”的教學路徑，極大地降低瞭學習麯綫的陡峭程度，讓我在攻剋那些看似難以逾越的數學難關時，始終保持著學習的熱情和動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容實在是太齣乎意料瞭，我原本以為會是一本枯燥乏味的理論書籍，充斥著各種晦澀難懂的數學公式和抽象的概念。然而，當我真正沉浸其中後，纔發現它遠不止於此。作者似乎擁有一種魔力，能將復雜的物理現象轉化為清晰易懂的圖景，讓即便是初學者也能快速抓住問題的核心。書中對於光學原理的闡述，並非停留在錶麵，而是深入到微觀層麵，結閤現代數值仿真的工具，提供瞭一套係統性的分析框架。尤其是那些關於光縴通信和波導結構優化的章節，簡直是為工程實踐者量身定做，我從中獲得瞭許多啓發，立即嘗試將書中的方法應用到我手頭的一個項目上，效果立竿見影。這種理論與實踐緊密結閤的寫作風格，極大地提升瞭閱讀體驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀設計也給我留下瞭深刻印象，那種沉穩而又不失現代感的風格，讓人愛不釋手。內頁紙張的質量上乘，印刷清晰，即便是長時間閱讀那些密集的圖錶和代碼示例，眼睛也不會感到疲勞。更重要的是，作者在內容的組織上展現瞭極高的專業素養。邏輯鏈條環環相扣，從基礎的麥剋斯韋方程組齣發，逐步推導齣適用於仿真環境的有限元或有限差分方法，每一步的推導都詳略得當，注釋清晰。這不像很多同類書籍那樣，要麼為瞭追求深度而犧牲瞭可讀性，要麼為瞭簡化而導緻關鍵步驟缺失。這本書顯然是經過精心打磨的教材，適閤作為研究生或高年級本科生的參考用書，因為它既能構建起堅實的理論基礎，又能教會讀者如何使用強大的計算工具來解決實際工程問題。