光波传输数值仿真(精) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭汝海郑长... 编

图书标签:

• 光波传输
• 数值仿真
• 光纤通信
• 光学
• 数值计算
• MATLAB
• Simulink
• 光通信系统
• 信号处理
• 高等教育

店铺： 土星图书专营店

出版社： 国防工业

ISBN：9787118114287

商品编码：29738544642

开本：16

出版时间：2018-02-01

基本信息

• 商品名称：光波传输数值仿真(精)
• 作者：(美)杰森·D.施密特|译者:郭汝海//郑长彬//曹立华
• 定价：79
• 出版社：国防工业
• ISBN号：9787118114287

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-02-01
• 印刷时间：2018-02-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：精装
• 页数：176
• 字数：215千字

内容提要

杰森·D.施密特著郭汝海、郑长彬、曹立华译的 《光波传输数值仿真(精)》这本专著系统介绍了光波 传输的基础理论、离散采样方法、基于MATLAB平台的 编码实例以及具体的应用场合，对于从事光学系统设 计，特别是激光系统设计的科研人员具有**的参考 价值。
    

目录

第1章 标量衍射理论基本原理
1.1 经典电动力学基础
1.1.1 电场和磁场的源
1.1.2 电和磁场
1.2 麦克斯韦方程组的简单行波解
1.2.1 获得波动方程
1.2.2 简单行波场
1.3 标量衍射理论
1.4 习题
第2章 数字傅里叶变换
2.1 数字傅里叶变换基本原理
2.1.1 傅里叶变换：从解析到数值
2.1.2 傅里叶逆变换：从解析到数值
2.1.3 在软件中运行分立傅里叶变换
2.2 采样纯频率函数
2.3 分立和连续傅里叶变换的对比
2.4 分立化的混淆效应
2.5 信号变换的3个研究实例
2.5.1 sinec信号
2.5.2 高斯信号
2.5.3 带二次方相位的高斯信号
2.6 二维分立傅里叶变换
2.7 习题
第3章 使用傅里叶变换的简单运算
3.1 卷积
3.2 相关
3.3 结构函数
3.4 微分
3.5 习题
第4章 夫琅和费衍射与透镜
4.1 夫琅和费衍射
4.2 透镜的傅里叶变换属性
4.2.1 紧靠透镜物体
4.2.2 镜前物体
4.2.3 镜后物体
4.3 习题
第5章 成像系统和像差
5.1 像差
5.1.1 赛德尔像差
5.1.2 泽尔尼克圆多项式
5.2 成像系统的脉冲响应和传递函数
5.2.1 相干成像
5.2.2 非相干成像
5.2.3 斯特列尔比
5.3 习题
第6章 真空菲涅耳衍射
6.1 不同形式的菲涅耳衍射积分
6.2 算子符号
6.3 菲涅耳积分运算
6.3.1 一步传播

光波传输的奥秘：探索与模拟的边界 概述 本书并非关于《光波传输数值仿真(精)》这部特定书籍的内容，而是旨在深入探讨光波传输这一迷人的物理现象，并聚焦于我们如何通过数值模拟这一强大的工具来理解、预测和操控光波的行为。从微观粒子到宏观应用，光波无处不在，深刻影响着我们认识世界的方式以及技术发展的方向。本书将带您走进一个融合了物理学原理、数学模型与计算科学的精彩领域，揭示光波传输的深邃奥秘，并展示数值模拟在其中的关键作用。 第一章：光波的本质——电磁波的舞蹈 我们将从最基础的层面出发，回顾电磁波理论的发展历程，从麦克斯韦方程组的优雅推导，到光被确认为一种电磁波的关键实验证据。这一章将为您构建理解光波传输的坚实物理基础，介绍其波动性和粒子性（光子）的双重属性，以及这些属性如何在不同的现象中得以体现。我们将深入探讨光的频率、波长、振幅、相位等基本参量，理解它们如何决定光的颜色、强度和传播特性。同时，也会触及一些更深层次的概念，例如光的多普勒效应、光子的能量与动量，为后续的仿真内容奠定概念基础。 第二章：光波在介质中的传播——折射、反射与衍射 光波并非总是在真空中传播，它会与各种物质相互作用，产生丰富多彩的现象。本章将聚焦于光波在不同介质中的传播行为。我们将详细讲解全反射和部分反射的原理，理解不同折射率的介质如何改变光线的方向。斯涅尔定律的推导与应用将是这一部分的重点，它揭示了光线在界面两侧的传播角度关系。此外，我们还将探讨光的衍射现象，解释为何光波能够绕过障碍物，以及惠更斯原理如何解释衍射和干涉的形成。这些基础性的光学现象是理解更复杂光波行为的基石，也是数值模拟需要精确捕捉的关键。 第三章：复杂光学系统中的光波——散射、吸收与偏振 当光波遇到更加复杂的介质结构，例如多孔材料、微纳结构或者生物组织时，其传播行为会变得更加复杂。本章将深入研究光波在这些复杂环境中的散射现象，理解瑞利散射和米氏散射的差异，以及它们对天空颜色和颗粒物探测的影响。同时，我们将探讨光波的吸收过程，介绍不同材料对特定波长光的吸收特性，以及这在光电器件和光谱分析中的应用。偏振作为光波的一个重要属性，也将得到详细阐述。我们将介绍线偏振、圆偏振和椭圆偏振的形成机制，以及偏振片、波片等光学元件在操控光波偏振状态中的作用。 第四章：数值模拟的基石——数学模型与方程 要对光波的传输进行精确的模拟，离不开强大而严谨的数学模型。本章将为您介绍描述光波传播的关键数学方程，从经典的波动方程出发，逐步引入更适合特定场景的数学框架。我们将探讨有限差分时域（FDTD）方法、有限元方法（FEM）、模态展开法等主流的数值模拟技术，并分析它们各自的优势与局限性。此外，本章还将涉及边界条件的处理、网格划分的策略、以及如何从连续的物理方程过渡到离散的数值计算。理解这些数学模型及其背后的计算原理，是进行高效且准确仿真的前提。 第五章：光波传输的数值仿真实践——算法与实现 理论模型最终需要转化为实际可运行的计算机程序。本章将深入讲解数值模拟的具体算法和实现步骤。我们将以 FDTD 方法为例，详细解析其时间步进、空间离散以及电磁场更新的过程。您将了解到如何为仿真设置仿真区域、材料属性、光源激励和观测点。同时，本章还将探讨常见的光波传输场景，例如光纤中的模式传输、微腔中的谐振现象、以及表面等离激元在纳米结构上的传播等，并给出相应的仿真思路和关键参数设置。 第六章：高级光波传输现象的仿真——非线性光学与量子光学 随着对光波理解的深入，我们开始探索更加前沿和复杂的领域。本章将聚焦于非线性光学和量子光学中的光波传输现象。我们将介绍非线性效应，如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）和自聚焦等，并讨论如何利用数值模拟来分析和设计非线性光学器件。在量子光学方面，我们将初步探讨光子的叠加态、纠缠态等量子特性，以及如何在量子计算、量子通信等领域进行相关的数值仿真研究。这些章节将为您展示数值模拟在推动基础科学和前沿技术发展中的强大潜力。 第七章：仿真结果的分析与验证——可视化与误差控制 数值模拟的输出是一系列数据，如何有效地分析和理解这些数据至关重要。本章将介绍数据可视化技术，如何将复杂的电磁场分布、功率传输曲线等以直观的图形形式展现出来。我们将学习如何进行参数扫描，分析不同参数对仿真结果的影响。同时，误差控制也是数值模拟不可或缺的一环。本章将探讨网格收敛性分析、时间步长影响、以及如何通过与实验结果的对比来验证仿真模型的准确性。 第八章：光波传输数值模拟的应用前景——从通信到医疗 光波传输的数值模拟技术已广泛应用于各个领域，并不断催生新的技术革新。本章将列举一系列重要的应用案例。在通信领域，我们将看到如何利用模拟技术优化光纤通信系统、设计高效的光集成器件。在传感领域，模拟技术如何帮助我们设计高灵敏度的光学传感器。在医疗领域，我们将探讨模拟技术在光动力疗法、生物成像中的作用。此外，我们还将展望未来，例如在纳米光子学、人工智能辅助的光学设计等方面的潜力。 第九章：挑战与展望——未来数值模拟的发展方向 尽管数值模拟已经取得了巨大的成就，但仍面临着一些挑战，同时也孕育着新的发展方向。本章将对当前的局限性进行讨论，例如计算资源的限制、复杂几何结构的建模难题、以及多物理场耦合仿真的难度。同时，我们将展望未来，例如高性能计算（HPC）和图形处理器（GPU）在加速仿真中的作用、机器学习与数值模拟的融合、以及面向特定问题的定制化仿真工具的开发。 结语 本书的目标是为您提供一个全面而深入的视角，理解光波传输这一基本物理现象，以及数值模拟作为探索和应用这一现象的强大工具。通过对基本原理的梳理、数学模型的讲解、仿真算法的剖析，以及应用案例的展示，我们希望能激发您对光波传输及其数值模拟的兴趣，并为您在这条探索之路上提供有益的启迪。光波的奥秘无穷无尽，而数值模拟将是我们揭开这些奥秘、创造更美好未来的重要伙伴。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感受是，它更像是一部需要反复研读的“工具书”而非快餐式的科普读物。它要求的读者必须具备一定的数学基础和物理直觉，因为它毫不留情地将读者推入了复杂问题的核心地带。每一次的阅读体验都像是一次智力上的挑战，需要集中全部注意力去跟上作者的逻辑链条，但随之而来的回报也是丰厚的，那种攻克一个难题后的成就感是无与伦比的。我个人认为，这本书的价值并非在于快速提供答案，而在于它系统性地培养了读者分析和解决复杂传输问题的思维框架和能力。它更像一位严厉的导师，手把手地引导你建立起一套完整的、自洽的分析体系，是技术人员案头不可或缺的重量级参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，那种沉稳中带着一丝科技感的封面配色，仿佛在预示着即将翻开的每一页都将是一场深入的理论探索之旅。我特地去书店仔细触摸了一下纸张的质感，厚实而细腻，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这对于一本需要大量公式推导和图表分析的专业书籍来说，简直是太贴心了。光是捧着它，就能感受到作者在排版和细节处理上的用心良苦，每一个章节的过渡都显得如此自然流畅，让人有一种忍不住想要立刻沉浸其中的冲动。我尤其欣赏它在章节标题上的精妙处理，既专业又不失引导性，暗示了内容的深度和广度，让人对即将学习到的知识点充满了期待，相信这绝对是一本能让人静下心来，带着敬畏之心去研读的佳作。从初步的浏览来看，这本书的结构布局非常合理，初学者和资深研究者似乎都能找到适合自己的切入点，这无疑是提高阅读体验的关键因素之一。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格充满了学者的严谨与匠人的专注，语言上虽然专业性极强，但却透着一股清晰而克制的叙述力量，没有丝毫的冗余和矫揉造作。阅读过程中，我发现作者在引用前人工作时表现出极大的尊重和准确性，参考文献的引用系统做得非常规范和详尽，这对于我们进行背景调研和深入拓展阅读提供了极大的便利。同时，书中的图表制作水平也达到了一个极高的标准，它们不仅仅是公式的视觉辅助，更是独立的信息载体，每一个坐标轴的标注、每一个曲线的对比都经过了深思熟虑，使得复杂数据的解读变得直观易懂。这种对每一个细节的把控，体现了作者对待学术的最高敬意，让人在学习知识的同时，也被感染上一种精益求精的治学态度。

评分☆☆☆☆☆

对于那些依赖于软件工具进行模拟验证的工程师或研究人员来说，这本书的价值简直是无法估量的。我发现它在讲解完理论推导后，会非常自然地衔接到实际的数值方法构建上，详尽地阐述了每一步离散化、收敛性判断以及误差分析的内在逻辑。这种实践与理论紧密结合的写作风格，避免了许多纯理论书籍过于“空中楼阁”的弊端。更重要的是，作者在讨论算法选择时，并非简单地推荐某一种“万能药”，而是深入剖析了不同数值格式在处理特定物理场景时的优缺点和适用范围，这一点对于优化模拟效率和确保结果可靠性至关重要。我期待着能将书中的方法论直接应用到我手中的实际工程问题中去，相信它能为我的项目提供坚实的方法论支撑，而不是仅仅停留在概念层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和广度简直令人叹为观止，它不仅仅停留在对现有模型的罗列和简单复述上，更是在核心概念的阐释上挖掘出了令人耳目一新的见解。我注意到作者在引入新概念时，往往会先从一个清晰的物理图像入手，然后逐步过渡到严谨的数学描述，这种“由表及里”的叙事方式极大地降低了理解门槛。特别是在涉及到复杂边界条件和非线性效应的章节，作者的处理方式显得尤为老辣和成熟，既保证了数学推导的严密性，又通过生动的类比帮助读者建立直观认识。读完其中关于某一特定传输模式特性的章节后，我感觉自己对过去那些模糊不清的概念豁然开朗，仿佛有一层迷雾被瞬间拨开，这对于我后续开展自己的课题研究无疑具有极强的指导意义。这本书无疑是站在了该领域前沿思想的制高点上，迫使读者必须以一种批判性的眼光去审视和吸收知识。