光通信中的电磁场与波基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

武保剑 著

图书标签:

• 光通信
• 电磁场
• 电磁波
• 微波技术
• 光纤通信
• 物理学
• 通信工程
• 高等教育
• 教材
• 信号处理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030555106

版次：01

商品编码：12289537

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-12-01

页数：204

正文语种：中文

内容简介

本书共分12章，第1章绪论主要介绍无线电波的三种通信传播方式和有线光纤通信系统。第2~7章结合光的电磁特性讲解电磁场与波的基础知识，包括电磁场的基本规律、电磁波的基本特性、电磁波的损耗和色散、电磁波的反射与透射、导波系统的电磁场分析、光谐振器件。第8~12章是电磁场与波的基础知识在光纤通信中的推广应用，包括光纤的导光原理、耦合模理论及其应用、多层介质的转移矩阵法、光学非线性效应、数值计算方法。

目录

第1章 绪论
1.1 电磁频谱
1.2 电磁辐射
1.2.1 时变电磁场激发
1.2.2 电偶极子的辐射场
1.2.3 天线的方向性
1.3 无线电波传播
1.3.1 地面波传播
1.3.2 天波传播
1.3.3 视线传播
1.4 光纤通信
1.4.1 光学理论体系
1.4.2 通信系统组成
1.4.3 数字光纤通信系统
1.4.4 光纤通信关键技术
1.5 本书内容安排

第2章 电磁场的基本规律
2.1 电磁场的基本定律
2.1.1 电荷守恒定律
2.1.2 库仑定律
2.1.3 安培定律
2.1.4 法拉第电磁感应定律
2.2 媒质的电磁特性
2.2.1 电介质的极化
2.2.2 磁介质的磁化
2.2.3 导电媒质的传导特性
2.3 麦克斯韦方程组
2.3.1 矢量场的亥姆霍兹定理
2.3.2 积分形式
2.3.3 微分形式
2.3.4 两种形式之间的转换
2.4 电磁场的边界条件
2.4.1 边界条件的一般形式
2.4.2 理想导体的边界条件
2.4.3 理想介质的边界条件
2.4.4 导电媒质的边界条件
2.5 静态电磁场特性
2.5.1 静电场
2.5.2 恒定电场
2.5.3 恒定磁场
2.6 电磁场的唯一性定理
2.6.1 静态场的唯一性定理
2.6.2 时变场的唯一性定理
2.7 典型例题分析

第3章 电磁波的基本特性
3.1 电磁波的波动方程
3.1.1 各向同性介质情形
3.1.2 电极化微扰情形
3.2 电磁能量守恒定理
3.3 时谐电磁场的复数表示
3.4 均匀平面电磁波
3.5 电磁波的极化特性
3.5.1 极化的概念
3.5.2 光偏振态的琼斯矢量表示
3.5.3 斯托克斯参量与邦加球
3.6 典型例题分析

第4章 电磁波的损耗和色散
4.1 电磁波的损耗特性
4.1.1 媒质损耗的分类
4.1.2 平均坡印亭矢量定理
4.1.3 导电媒质中的均匀平面波
4.2 电磁波的色散特性
4.3 光纤的损耗和色散
4.3.1 光纤损耗谱曲线
4.3.2 光纤的色散类型
4.4 典型例题分析

第5章 电磁波的反射与透射
5.1 反射与透射的一般规律
5.1.1 反射定律与折射定律
5.1.2 斜入射情形的菲涅尔公式
5.1.3 半波损失、全反射和全透射
5.2 垂直入射到分界面的情形
5.2.1 导电媒质分界面
5.2.2 理想导体分界面
5.2.3 理想介质分界面
5.2.4 三层介质分界面
5.3 晶体的双折射
5.3.1 折射率椭球
5.3.2 双折射现象
5.3.3 各向异性传播特性
5.4 典型例题分析

第6章 导波系统的电磁场分析
6.1 均匀导波系统
6.1.1 导波系统分类
6.1.2 导行电磁波的波形
6.2 矩形金属波导管
6.2.1 电磁场的模式分布
6.2.2 导波传播特性
6.2.3 模式的截止特性
6.2.4 矩形波导的传输功率
6.3 平板介质波导
6.3.1 TE波的色散方程和场解
6.3.2TM波的色散方程和场解
6.3.3 光导模的截止厚度
6.3.4 本征模式的正交归一化
6.4 矩形介质波导
6.5 等效折射率方法
6.5.1 色散方程的几何光学分析
6.5.2 等效折射率方法的处理步骤
6.6 典型例题分析

第7章 光谐振器件
7.1 谐振腔的Q值
7.2 光学谐振腔
7.3F-P腔光滤波器
7.3.1 光滤波器透射特性
7.3.2 光时钟提取功能
7.4 环形谐振器
7.4.1 环形谐振腔结构
7.4.2 环形谐振器的串联
7.5 典型例题分析

第8章 光纤的导光原理
8.1 光纤的结构
8.2ITU-T标准光纤
8.3 光纤的电磁场分析
8.3.1 光纤中的导波光场
8.3.2 光纤特征方程与模式
8.3.3 弱导近似下的LP模
8.3.4 单模传输条件
8.4 多模光纤的几何光学分析
8.4.1 阶跃型多模光纤
8.4.-2渐变型多模光纤

第9章 耦合模理论及其应用
9.1 耦合模微扰方程
9.1.1 频域微扰波动方程
9.1.2 导波光的耦合模方程
9.2 光纤耦合器
9.3 光纤光栅
9.3.1 光纤光栅分类与制作
9.3.2 光纤光栅的耦合模分析
9.3.3 两种光纤光栅的比较
9.4 电光调制器
9.4.1 线性电光效应
9.4.2 铌酸锂光调制器
9.5 磁光器件
9.5.1 磁光效应的介电系数张量
9.5.2 磁光耦合模方程
9.5.3 光隔离器工作原理

第10章 多层介质的转移矩阵法
10.1 导波光的横向场量表示
10.2 介质层的转移矩阵
10.2.1 非磁性介质层
10.2.2 磁光介质层
10.2.3 转移矩阵的归一化表示
10.3 反射率和透射率的计算

第11章 光学非线性效应
11.1 光纤的非线性极化
11.2 克尔非线性薛定谔方程
11.3 光纤的非线性效应
11.3.1 自相位调制
11.3.2 交叉相位调制
11.3.3 四波混频参量过程
11.3.4 受激拉曼散射
11.3.5 受激布里渊散射
11.4 多种效应作用下的耦合模方程
11.4.1 通用形式的耦合模方程
11.4.2 硅波导的非线性效应

第12章 数值计算方法
12.1 时域有限差分法
12.1.1 常用的差分格式
12.1.2 低维波导中的麦克斯韦方程
12.1.3 时域有限差分方程及其求解
12.1.4 数值求解的稳定性
12.1.5 吸收边界条件
12.2 光束传播法
12.2.1 非均匀介质中的亥姆霍兹方程
12.2.2 慢变包络近似下的BPM公式
12.2.3BPM的数值计算模型
12.2.4 透明边界条件
12.3 对称分步傅里叶变换法
参考文献

《电磁学的奥秘：从麦克斯韦方程组到光纤通信导论》 书籍简介 本书旨在为读者构建一个坚实而系统的电磁场与波动理论基础，进而引申至现代光通信领域的核心概念。本书的撰写，旨在打破理论与实践之间的壁垒，让深奥的物理原理以清晰、易懂的方式呈现在读者面前，并为理解和掌握光通信这一前沿技术打下坚实的基础。我们将从经典电磁学最核心的麦克斯韦方程组出发，一步步揭示电磁波的产生、传播、辐射以及与物质的相互作用等 fundamental principles，并在此基础上，为读者勾勒出光纤通信的基本框架和核心技术。 第一部分：经典电磁场的根基——麦克斯韦方程组的解析 我们将从电荷与电流的基本概念入手，回顾高斯定律、安培定律、法拉第电磁感应定律以及全电流定律。然而，真正的革命性突破来自于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。他巧妙地将这些看似独立的定律统一起来，并引入了位移电流的概念，从而完成了对经典电磁学的数学体系化。 静电场与稳恒磁场： 我们将详细解析描述静电场的高斯定律，理解电场线的物理意义，并探讨电势的概念及其与电场强度的关系。随后，我们将深入研究稳恒磁场，从毕奥-萨瓦尔定律出发，理解电流如何产生磁场，并分析安培环路定理在计算复杂磁场分布中的应用。电磁场的旋度与散度，作为描述场量性质的关键数学工具，也将得到详尽的阐述。 动态电磁场与电磁波的诞生： 麦克斯韦方程组的伟大之处在于其能够描述动态变化的电磁场。我们将重点解析法拉第电磁感应定律，理解变化的磁场如何产生电场，以及全电流定律（包括传导电流和位移电流）如何揭示变化的电场也能产生磁场。正是这相互激发、相互依存的动态过程，最终预言了电磁波的存在。本书将以直观的方式推导电磁波方程，并阐释电磁波的本质——电场和磁场相互垂直并以光速传播的波动现象。 电磁波的传播与能量： 我们将探讨均匀介质中电磁波的传播特性，包括波速、波长和频率之间的关系。随后，我们将引入坡印廷矢量（Poynting vector），它清晰地描述了电磁波的能量流方向和大小，让我们能够理解电磁波如何携带能量在空间中传播。 第二部分：波动现象的深入洞察——衍射、干涉与散射 电磁波的波动性是其最显著的特征之一。本部分将带领读者深入理解电磁波在与介质或障碍物相互作用时所表现出的各种波动现象。 惠更斯原理与波的传播： 我们将从惠更斯原理出发，理解波前是如何传播的。这一原理为解释光的衍射和干涉等现象提供了直观的几何工具。 衍射： 当电磁波遇到障碍物或通过小孔时，会发生弯曲和扩散的现象，这就是衍射。我们将详细解析夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，并通过具体的例子（如单缝衍射、双缝衍射）来展示衍射图样的形成规律，理解衍射的发生与障碍物尺寸、波长以及观察距离的关系。 干涉： 当两束或多束相干电磁波叠加时，会发生干涉现象，在空间中形成明暗相间的干涉条纹。我们将详细分析相干波的条件，并推导双缝干涉和迈克尔逊干涉仪的原理，深入理解干涉条纹的明暗变化与波程差、相位差之间的关系。 散射： 电磁波在传播过程中遇到介质中的微小粒子或不均匀体时，会向各个方向散射开来。我们将介绍瑞利散射和米氏散射，并解释它们在解释天空为何呈蓝色、云朵为何呈白色等自然现象中的重要作用。 第三部分：光与物质的交织——折射、反射与吸收 电磁波与物质的相互作用是光学现象的根本原因。本部分将聚焦于电磁波在界面上的传播以及其在介质中的行为。 折射与反射： 当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射。我们将借助斯涅尔定律（Snell's Law），定量描述折射角与入射角之间的关系，并分析折射率的物理意义。同时，我们将探讨反射定律，理解反射角等于入射角。 菲涅尔方程： 为了更精确地描述光在界面上的反射和透射强度，我们将引入菲涅尔方程。这些方程能够说明入射角、偏振方向以及两种介质的光学性质如何影响反射光和透射光的强度。 吸收与色散： 当电磁波穿过介质时，其能量可能会被介质吸收，导致光强衰减。我们将分析材料的吸收系数，并探讨不同材料对不同频率光波的吸收特性。色散现象则指介质的折射率随光波频率而变化，导致不同频率的光传播速度不同，从而引起光的色散。我们将解释光的色散如何导致棱镜分光等现象。 第四部分：现代光通信的基石——导波与光纤的基本原理 在前几部分建立的坚实电磁场与波动理论基础上，本部分将开始聚焦于现代光通信的核心技术——光纤通信。我们将在此基础上，逐步引入光纤通信系统的基本构成和工作原理。 导波的概念： 我们将从电磁波在均匀介质中的传播，引申到导波的概念。导波是指电磁波被限制在特定空间区域内传播的现象。我们将初步介绍导波管（waveguide）的基本思想，理解如何通过结构设计来引导电磁波沿特定路径传播。 全内反射与光纤的导波机制： 这是光纤通信最核心的物理原理。我们将详细解释全内反射（Total Internal Reflection）现象：当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，则光将全部被反射回光密介质。我们将深入分析光纤的结构——纤芯（core）和包层（cladding），理解它们不同的折射率如何巧妙地利用全内反射的原理，将光信号限制在纤芯中，实现长距离的传输。 光纤的种类与特性： 我们将介绍不同类型的光纤，例如阶跃光纤（step-index fiber）和渐变光纤（graded-index fiber），并分析它们在导波特性上的差异。同时，我们将探讨光纤的几个关键参数，如数值孔径（Numerical Aperture）和截止波长（Cutoff Wavelength），它们直接影响光纤的耦合效率和传输模式。 模式理论基础： 光在光纤中传播并非只有一种方式。我们将初步介绍模式（mode）的概念，理解不同模式的光在光纤中传播时，其路径和速度可能不同。这将为后续理解模式色散（modal dispersion）等光纤传输损耗提供基础。 展望：电磁场与光通信的未来 本书通过对经典电磁场理论的深入剖析，以及对波动现象和光与物质相互作用的细致解读，最终将读者引向光纤通信这一充满活力的领域。本书旨在培养读者对物理现象的直观理解能力，以及运用数学工具分析和解决问题的能力。希望本书能为有志于深入研究光通信、激光技术、微波工程以及其他相关电磁学应用领域的读者提供一个坚实而有用的起点。理解了电磁场的本质，也就掌握了现代通信的脉络，掌握了连接世界的关键。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的技术书籍，除了准确的知识传达，更应该具备一种对科学精神的传承。这本书在这方面无疑做得非常出色。作者在讲解每一个概念和理论时，都非常严谨地追溯了其发展的历史渊源，以及背后支撑的科学思想。他会介绍相关的科学家们是如何一步步克服困难，最终取得突破的，这种叙述方式让我对科学研究充满了敬意。我发现书中有不少地方，作者在描述某个公式或定理时，会附带上当时的推导过程，甚至还会提及一些当时遇到的争议和挑战。这让我深刻体会到科学的进步并非一蹴而就，而是无数代科学家们共同努力、不断探索的结晶。读完这本书，我感觉不仅仅是学到了一些知识，更重要的是，我被一种严谨、求实的科学态度所感染，这对我今后的学习和工作都将产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

从这本书中，我获得了一种全新的视角来审视我所熟悉的领域。作者的洞察力非常敏锐，他能够从一个非常独特的角度去切入问题，揭示出一些我之前从未注意到的联系和规律。很多时候，我都会被他提出的观点所震撼，觉得“原来还可以这样理解！”。他并不是简单地罗列事实和公式，而是引导读者去思考“为什么会这样？”，去探究事物背后的本质。我在阅读过程中，常常会因为他的某些论述而产生强烈的共鸣，感觉就像是找到了失散多年的心灵伴侣。作者的写作风格也极具感染力，他善于运用生动的故事和引人入胜的案例来支撑自己的观点，使得原本可能枯燥的论证过程变得引人入胜。读这本书，我感觉不仅仅是在获取知识，更像是在进行一场精神上的洗礼，它激发了我对这个领域更深层次的思考和探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

我是一位初学者，对这个领域几乎是一无所知，所以选择一本能够循序渐进的书籍对我来说至关重要。这本书在这方面做得非常出色，它从最基础的物理概念开始，逐步深入到更复杂的理论。作者的逻辑结构非常清晰，每章节的标题都能够准确地反映其内容，并且章节之间的衔接也做得非常自然。我特别喜欢书中的“思考题”和“习题”部分，它们不仅仅是简单的知识点巩固，很多题目都设计得很有启发性，能够引导我主动去思考，去探索。解答这些题目，我感觉自己不仅仅是在回忆书本上的内容，更是在运用所学知识去解决实际问题，这对于建立完整的知识体系非常有帮助。而且，我发现书中有不少地方作者会引用一些经典的研究文献，这对于我想要进一步深入了解相关领域的研究动态非常有价值，让我能够快速找到进一步学习的方向。总而言之，这本书为我打下了坚实的基础，让我对接下来的学习充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装和印刷质量简直令人惊叹，厚实的封面纸张，触感温润，色彩饱和度也恰到好处，整体散发着一种高级的质感，让人一看就知道是经过精心打磨的作品。我尤其喜欢它内页的排版设计，字体清晰，间距舒适，即使长时间阅读也不会感到疲劳。更让我惊喜的是，书中穿插了大量精美的插图和图表，这些视觉元素不仅美观，而且能够非常直观地辅助理解那些抽象的概念。例如，某个章节关于光纤的传播原理，如果仅仅是文字描述，我可能还需要花费大量时间去想象，但书中的三维示意图立刻就将复杂的光路和损耗机制呈现在眼前，感觉像是拥有了一位无声的老师。我注意到作者在细节处理上非常用心，书页的裁切整齐划一，装订牢固，翻阅起来非常顺畅，没有那种廉价书籍容易散架的感觉。即使是作为一本技术类书籍，它也摆脱了以往刻板、枯燥的印象，更像是一件值得收藏的艺术品。这种对产品本身的极致追求，本身就传递出一种严谨和专业的态度，让我对接下来的阅读内容充满了期待，相信这本书在内容上一定也不会让我失望。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格真的非常独特，作者似乎是一位经验极其丰富的实践者，用词遣句充满了现场感和说服力。他没有使用过多华丽的辞藻，而是选择了那种直接、朴实、直击要害的表达方式。读起来感觉就像是和一位资深工程师围坐在桌边，他一边喝着茶，一边娓娓道来，将自己多年积累的经验和心得毫无保留地分享出来。我在阅读过程中，时不时会冒出“哦，原来是这样！”的恍然大悟，这种学习过程的畅快感是其他许多理论性过强的书籍所无法比拟的。作者特别擅长通过类比和生活中的实例来解释枯燥的技术概念，比如他在讲解波的叠加原理时，竟然用到了水波纹的扩散来做比喻，一下子就把抽象的数学公式变得生动形象。我常常一边读，一边脑海里会浮现出作者描绘的场景，仿佛自己也身临其境地参与到实验或讨论中。这种接地气的讲解方式，极大地降低了理解门槛，也让我对书中的理论知识有了更深刻的认识，感觉不仅仅是在学习，更像是在与一位智者对话，受益匪浅。