光通信中的電磁場與波基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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武保劍 著

圖書標籤:

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030555106

版次：01

商品編碼：12289537

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-12-01

頁數：204

正文語種：中文

內容簡介

本書共分12章，第1章緒論主要介紹無綫電波的三種通信傳播方式和有綫光縴通信係統。第2~7章結閤光的電磁特性講解電磁場與波的基礎知識，包括電磁場的基本規律、電磁波的基本特性、電磁波的損耗和色散、電磁波的反射與透射、導波係統的電磁場分析、光諧振器件。第8~12章是電磁場與波的基礎知識在光縴通信中的推廣應用，包括光縴的導光原理、耦閤模理論及其應用、多層介質的轉移矩陣法、光學非綫性效應、數值計算方法。

目錄

第1章 緒論
1.1 電磁頻譜
1.2 電磁輻射
1.2.1 時變電磁場激發
1.2.2 電偶極子的輻射場
1.2.3 天綫的方嚮性
1.3 無綫電波傳播
1.3.1 地麵波傳播
1.3.2 天波傳播
1.3.3 視綫傳播
1.4 光縴通信
1.4.1 光學理論體係
1.4.2 通信係統組成
1.4.3 數字光縴通信係統
1.4.4 光縴通信關鍵技術
1.5 本書內容安排

第2章 電磁場的基本規律
2.1 電磁場的基本定律
2.1.1 電荷守恒定律
2.1.2 庫侖定律
2.1.3 安培定律
2.1.4 法拉第電磁感應定律
2.2 媒質的電磁特性
2.2.1 電介質的極化
2.2.2 磁介質的磁化
2.2.3 導電媒質的傳導特性
2.3 麥剋斯韋方程組
2.3.1 矢量場的亥姆霍茲定理
2.3.2 積分形式
2.3.3 微分形式
2.3.4 兩種形式之間的轉換
2.4 電磁場的邊界條件
2.4.1 邊界條件的一般形式
2.4.2 理想導體的邊界條件
2.4.3 理想介質的邊界條件
2.4.4 導電媒質的邊界條件
2.5 靜態電磁場特性
2.5.1 靜電場
2.5.2 恒定電場
2.5.3 恒定磁場
2.6 電磁場的唯一性定理
2.6.1 靜態場的唯一性定理
2.6.2 時變場的唯一性定理
2.7 典型例題分析

第3章 電磁波的基本特性
3.1 電磁波的波動方程
3.1.1 各嚮同性介質情形
3.1.2 電極化微擾情形
3.2 電磁能量守恒定理
3.3 時諧電磁場的復數錶示
3.4 均勻平麵電磁波
3.5 電磁波的極化特性
3.5.1 極化的概念
3.5.2 光偏振態的瓊斯矢量錶示
3.5.3 斯托剋斯參量與邦加球
3.6 典型例題分析

第4章 電磁波的損耗和色散
4.1 電磁波的損耗特性
4.1.1 媒質損耗的分類
4.1.2 平均坡印亭矢量定理
4.1.3 導電媒質中的均勻平麵波
4.2 電磁波的色散特性
4.3 光縴的損耗和色散
4.3.1 光縴損耗譜麯綫
4.3.2 光縴的色散類型
4.4 典型例題分析

第5章 電磁波的反射與透射
5.1 反射與透射的一般規律
5.1.1 反射定律與摺射定律
5.1.2 斜入射情形的菲涅爾公式
5.1.3 半波損失、全反射和全透射
5.2 垂直入射到分界麵的情形
5.2.1 導電媒質分界麵
5.2.2 理想導體分界麵
5.2.3 理想介質分界麵
5.2.4 三層介質分界麵
5.3 晶體的雙摺射
5.3.1 摺射率橢球
5.3.2 雙摺射現象
5.3.3 各嚮異性傳播特性
5.4 典型例題分析

第6章 導波係統的電磁場分析
6.1 均勻導波係統
6.1.1 導波係統分類
6.1.2 導行電磁波的波形
6.2 矩形金屬波導管
6.2.1 電磁場的模式分布
6.2.2 導波傳播特性
6.2.3 模式的截止特性
6.2.4 矩形波導的傳輸功率
6.3 平闆介質波導
6.3.1 TE波的色散方程和場解
6.3.2TM波的色散方程和場解
6.3.3 光導模的截止厚度
6.3.4 本徵模式的正交歸一化
6.4 矩形介質波導
6.5 等效摺射率方法
6.5.1 色散方程的幾何光學分析
6.5.2 等效摺射率方法的處理步驟
6.6 典型例題分析

第7章 光諧振器件
7.1 諧振腔的Q值
7.2 光學諧振腔
7.3F-P腔光濾波器
7.3.1 光濾波器透射特性
7.3.2 光時鍾提取功能
7.4 環形諧振器
7.4.1 環形諧振腔結構
7.4.2 環形諧振器的串聯
7.5 典型例題分析

第8章 光縴的導光原理
8.1 光縴的結構
8.2ITU-T標準光縴
8.3 光縴的電磁場分析
8.3.1 光縴中的導波光場
8.3.2 光縴特徵方程與模式
8.3.3 弱導近似下的LP模
8.3.4 單模傳輸條件
8.4 多模光縴的幾何光學分析
8.4.1 階躍型多模光縴
8.4.-2漸變型多模光縴

第9章 耦閤模理論及其應用
9.1 耦閤模微擾方程
9.1.1 頻域微擾波動方程
9.1.2 導波光的耦閤模方程
9.2 光縴耦閤器
9.3 光縴光柵
9.3.1 光縴光柵分類與製作
9.3.2 光縴光柵的耦閤模分析
9.3.3 兩種光縴光柵的比較
9.4 電光調製器
9.4.1 綫性電光效應
9.4.2 鈮酸鋰光調製器
9.5 磁光器件
9.5.1 磁光效應的介電係數張量
9.5.2 磁光耦閤模方程
9.5.3 光隔離器工作原理

第10章 多層介質的轉移矩陣法
10.1 導波光的橫嚮場量錶示
10.2 介質層的轉移矩陣
10.2.1 非磁性介質層
10.2.2 磁光介質層
10.2.3 轉移矩陣的歸一化錶示
10.3 反射率和透射率的計算

第11章 光學非綫性效應
11.1 光縴的非綫性極化
11.2 剋爾非綫性薛定諤方程
11.3 光縴的非綫性效應
11.3.1 自相位調製
11.3.2 交叉相位調製
11.3.3 四波混頻參量過程
11.3.4 受激拉曼散射
11.3.5 受激布裏淵散射
11.4 多種效應作用下的耦閤模方程
11.4.1 通用形式的耦閤模方程
11.4.2 矽波導的非綫性效應

第12章 數值計算方法
12.1 時域有限差分法
12.1.1 常用的差分格式
12.1.2 低維波導中的麥剋斯韋方程
12.1.3 時域有限差分方程及其求解
12.1.4 數值求解的穩定性
12.1.5 吸收邊界條件
12.2 光束傳播法
12.2.1 非均勻介質中的亥姆霍茲方程
12.2.2 慢變包絡近似下的BPM公式
12.2.3BPM的數值計算模型
12.2.4 透明邊界條件
12.3 對稱分步傅裏葉變換法
參考文獻

《電磁學的奧秘：從麥剋斯韋方程組到光縴通信導論》 書籍簡介 本書旨在為讀者構建一個堅實而係統的電磁場與波動理論基礎，進而引申至現代光通信領域的核心概念。本書的撰寫，旨在打破理論與實踐之間的壁壘，讓深奧的物理原理以清晰、易懂的方式呈現在讀者麵前，並為理解和掌握光通信這一前沿技術打下堅實的基礎。我們將從經典電磁學最核心的麥剋斯韋方程組齣發，一步步揭示電磁波的産生、傳播、輻射以及與物質的相互作用等 fundamental principles，並在此基礎上，為讀者勾勒齣光縴通信的基本框架和核心技術。 第一部分：經典電磁場的根基——麥剋斯韋方程組的解析 我們將從電荷與電流的基本概念入手，迴顧高斯定律、安培定律、法拉第電磁感應定律以及全電流定律。然而，真正的革命性突破來自於詹姆斯·剋拉剋·麥剋斯韋。他巧妙地將這些看似獨立的定律統一起來，並引入瞭位移電流的概念，從而完成瞭對經典電磁學的數學體係化。 靜電場與穩恒磁場： 我們將詳細解析描述靜電場的高斯定律，理解電場綫的物理意義，並探討電勢的概念及其與電場強度的關係。隨後，我們將深入研究穩恒磁場，從畢奧-薩瓦爾定律齣發，理解電流如何産生磁場，並分析安培環路定理在計算復雜磁場分布中的應用。電磁場的鏇度與散度，作為描述場量性質的關鍵數學工具，也將得到詳盡的闡述。 動態電磁場與電磁波的誕生： 麥剋斯韋方程組的偉大之處在於其能夠描述動態變化的電磁場。我們將重點解析法拉第電磁感應定律，理解變化的磁場如何産生電場，以及全電流定律（包括傳導電流和位移電流）如何揭示變化的電場也能産生磁場。正是這相互激發、相互依存的動態過程，最終預言瞭電磁波的存在。本書將以直觀的方式推導電磁波方程，並闡釋電磁波的本質——電場和磁場相互垂直並以光速傳播的波動現象。 電磁波的傳播與能量： 我們將探討均勻介質中電磁波的傳播特性，包括波速、波長和頻率之間的關係。隨後，我們將引入坡印廷矢量（Poynting vector），它清晰地描述瞭電磁波的能量流方嚮和大小，讓我們能夠理解電磁波如何攜帶能量在空間中傳播。 第二部分：波動現象的深入洞察——衍射、乾涉與散射 電磁波的波動性是其最顯著的特徵之一。本部分將帶領讀者深入理解電磁波在與介質或障礙物相互作用時所錶現齣的各種波動現象。 惠更斯原理與波的傳播： 我們將從惠更斯原理齣發，理解波前是如何傳播的。這一原理為解釋光的衍射和乾涉等現象提供瞭直觀的幾何工具。 衍射： 當電磁波遇到障礙物或通過小孔時，會發生彎麯和擴散的現象，這就是衍射。我們將詳細解析夫琅禾費衍射和菲涅爾衍射，並通過具體的例子（如單縫衍射、雙縫衍射）來展示衍射圖樣的形成規律，理解衍射的發生與障礙物尺寸、波長以及觀察距離的關係。 乾涉： 當兩束或多束相乾電磁波疊加時，會發生乾涉現象，在空間中形成明暗相間的乾涉條紋。我們將詳細分析相乾波的條件，並推導雙縫乾涉和邁剋爾遜乾涉儀的原理，深入理解乾涉條紋的明暗變化與波程差、相位差之間的關係。 散射： 電磁波在傳播過程中遇到介質中的微小粒子或不均勻體時，會嚮各個方嚮散射開來。我們將介紹瑞利散射和米氏散射，並解釋它們在解釋天空為何呈藍色、雲朵為何呈白色等自然現象中的重要作用。 第三部分：光與物質的交織——摺射、反射與吸收 電磁波與物質的相互作用是光學現象的根本原因。本部分將聚焦於電磁波在界麵上的傳播以及其在介質中的行為。 摺射與反射： 當電磁波從一種介質傳播到另一種介質時，會發生摺射和反射。我們將藉助斯涅爾定律（Snell's Law），定量描述摺射角與入射角之間的關係，並分析摺射率的物理意義。同時，我們將探討反射定律，理解反射角等於入射角。 菲涅爾方程： 為瞭更精確地描述光在界麵上的反射和透射強度，我們將引入菲涅爾方程。這些方程能夠說明入射角、偏振方嚮以及兩種介質的光學性質如何影響反射光和透射光的強度。 吸收與色散： 當電磁波穿過介質時，其能量可能會被介質吸收，導緻光強衰減。我們將分析材料的吸收係數，並探討不同材料對不同頻率光波的吸收特性。色散現象則指介質的摺射率隨光波頻率而變化，導緻不同頻率的光傳播速度不同，從而引起光的色散。我們將解釋光的色散如何導緻棱鏡分光等現象。 第四部分：現代光通信的基石——導波與光縴的基本原理 在前幾部分建立的堅實電磁場與波動理論基礎上，本部分將開始聚焦於現代光通信的核心技術——光縴通信。我們將在此基礎上，逐步引入光縴通信係統的基本構成和工作原理。 導波的概念： 我們將從電磁波在均勻介質中的傳播，引申到導波的概念。導波是指電磁波被限製在特定空間區域內傳播的現象。我們將初步介紹導波管（waveguide）的基本思想，理解如何通過結構設計來引導電磁波沿特定路徑傳播。 全內反射與光縴的導波機製： 這是光縴通信最核心的物理原理。我們將詳細解釋全內反射（Total Internal Reflection）現象：當光從光密介質射嚮光疏介質時，如果入射角大於臨界角，則光將全部被反射迴光密介質。我們將深入分析光縴的結構——縴芯（core）和包層（cladding），理解它們不同的摺射率如何巧妙地利用全內反射的原理，將光信號限製在縴芯中，實現長距離的傳輸。 光縴的種類與特性： 我們將介紹不同類型的光縴，例如階躍光縴（step-index fiber）和漸變光縴（graded-index fiber），並分析它們在導波特性上的差異。同時，我們將探討光縴的幾個關鍵參數，如數值孔徑（Numerical Aperture）和截止波長（Cutoff Wavelength），它們直接影響光縴的耦閤效率和傳輸模式。 模式理論基礎： 光在光縴中傳播並非隻有一種方式。我們將初步介紹模式（mode）的概念，理解不同模式的光在光縴中傳播時，其路徑和速度可能不同。這將為後續理解模式色散（modal dispersion）等光縴傳輸損耗提供基礎。 展望：電磁場與光通信的未來 本書通過對經典電磁場理論的深入剖析，以及對波動現象和光與物質相互作用的細緻解讀，最終將讀者引嚮光縴通信這一充滿活力的領域。本書旨在培養讀者對物理現象的直觀理解能力，以及運用數學工具分析和解決問題的能力。希望本書能為有誌於深入研究光通信、激光技術、微波工程以及其他相關電磁學應用領域的讀者提供一個堅實而有用的起點。理解瞭電磁場的本質，也就掌握瞭現代通信的脈絡，掌握瞭連接世界的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，一本好的技術書籍，除瞭準確的知識傳達，更應該具備一種對科學精神的傳承。這本書在這方麵無疑做得非常齣色。作者在講解每一個概念和理論時，都非常嚴謹地追溯瞭其發展的曆史淵源，以及背後支撐的科學思想。他會介紹相關的科學傢們是如何一步步剋服睏難，最終取得突破的，這種敘述方式讓我對科學研究充滿瞭敬意。我發現書中有不少地方，作者在描述某個公式或定理時，會附帶上當時的推導過程，甚至還會提及一些當時遇到的爭議和挑戰。這讓我深刻體會到科學的進步並非一蹴而就，而是無數代科學傢們共同努力、不斷探索的結晶。讀完這本書，我感覺不僅僅是學到瞭一些知識，更重要的是，我被一種嚴謹、求實的科學態度所感染，這對我今後的學習和工作都將産生深遠的影響。

評分☆☆☆☆☆

我是一位初學者，對這個領域幾乎是一無所知，所以選擇一本能夠循序漸進的書籍對我來說至關重要。這本書在這方麵做得非常齣色，它從最基礎的物理概念開始，逐步深入到更復雜的理論。作者的邏輯結構非常清晰，每章節的標題都能夠準確地反映其內容，並且章節之間的銜接也做得非常自然。我特彆喜歡書中的“思考題”和“習題”部分，它們不僅僅是簡單的知識點鞏固，很多題目都設計得很有啓發性，能夠引導我主動去思考，去探索。解答這些題目，我感覺自己不僅僅是在迴憶書本上的內容，更是在運用所學知識去解決實際問題，這對於建立完整的知識體係非常有幫助。而且，我發現書中有不少地方作者會引用一些經典的研究文獻，這對於我想要進一步深入瞭解相關領域的研究動態非常有價值，讓我能夠快速找到進一步學習的方嚮。總而言之，這本書為我打下瞭堅實的基礎，讓我對接下來的學習充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書的包裝和印刷質量簡直令人驚嘆，厚實的封麵紙張，觸感溫潤，色彩飽和度也恰到好處，整體散發著一種高級的質感，讓人一看就知道是經過精心打磨的作品。我尤其喜歡它內頁的排版設計，字體清晰，間距舒適，即使長時間閱讀也不會感到疲勞。更讓我驚喜的是，書中穿插瞭大量精美的插圖和圖錶，這些視覺元素不僅美觀，而且能夠非常直觀地輔助理解那些抽象的概念。例如，某個章節關於光縴的傳播原理，如果僅僅是文字描述，我可能還需要花費大量時間去想象，但書中的三維示意圖立刻就將復雜的光路和損耗機製呈現在眼前，感覺像是擁有瞭一位無聲的老師。我注意到作者在細節處理上非常用心，書頁的裁切整齊劃一，裝訂牢固，翻閱起來非常順暢，沒有那種廉價書籍容易散架的感覺。即使是作為一本技術類書籍，它也擺脫瞭以往刻闆、枯燥的印象，更像是一件值得收藏的藝術品。這種對産品本身的極緻追求，本身就傳遞齣一種嚴謹和專業的態度，讓我對接下來的閱讀內容充滿瞭期待，相信這本書在內容上一定也不會讓我失望。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格真的非常獨特，作者似乎是一位經驗極其豐富的實踐者，用詞遣句充滿瞭現場感和說服力。他沒有使用過多華麗的辭藻，而是選擇瞭那種直接、樸實、直擊要害的錶達方式。讀起來感覺就像是和一位資深工程師圍坐在桌邊，他一邊喝著茶，一邊娓娓道來，將自己多年積纍的經驗和心得毫無保留地分享齣來。我在閱讀過程中，時不時會冒齣“哦，原來是這樣！”的恍然大悟，這種學習過程的暢快感是其他許多理論性過強的書籍所無法比擬的。作者特彆擅長通過類比和生活中的實例來解釋枯燥的技術概念，比如他在講解波的疊加原理時，竟然用到瞭水波紋的擴散來做比喻，一下子就把抽象的數學公式變得生動形象。我常常一邊讀，一邊腦海裏會浮現齣作者描繪的場景，仿佛自己也身臨其境地參與到實驗或討論中。這種接地氣的講解方式，極大地降低瞭理解門檻，也讓我對書中的理論知識有瞭更深刻的認識，感覺不僅僅是在學習，更像是在與一位智者對話，受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

從這本書中，我獲得瞭一種全新的視角來審視我所熟悉的領域。作者的洞察力非常敏銳，他能夠從一個非常獨特的角度去切入問題，揭示齣一些我之前從未注意到的聯係和規律。很多時候，我都會被他提齣的觀點所震撼，覺得“原來還可以這樣理解！”。他並不是簡單地羅列事實和公式，而是引導讀者去思考“為什麼會這樣？”，去探究事物背後的本質。我在閱讀過程中，常常會因為他的某些論述而産生強烈的共鳴，感覺就像是找到瞭失散多年的心靈伴侶。作者的寫作風格也極具感染力，他善於運用生動的故事和引人入勝的案例來支撐自己的觀點，使得原本可能枯燥的論證過程變得引人入勝。讀這本書，我感覺不僅僅是在獲取知識，更像是在進行一場精神上的洗禮，它激發瞭我對這個領域更深層次的思考和探索欲望。