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內容簡介

　　光子晶體是介質在空間中的周期性分布，作為一種新的“光子”材料已廣泛應用於各種微波器件的設計中。由於等離子體的可調性，等離子體光子晶體較傳統的光子晶體具有更為廣泛的應用前景。
　　《等離子體光學晶體理論》共14章：第1～4章介紹光子晶體以及等離子體光子晶體的基本概念和發展現狀以及等離子體的物理特性和相關算法，並對主要計算光子晶體的技術進行瞭概述，尤其強調瞭主流算法在處理等離子體光子晶體時的缺陷及解決方案；第5～10章主要對一維和二維等離子體光子晶體的理論分析和相關器件設計進行闡述；第11～14章對三維等離子體光子晶體在不同條件下的色散特性和器件設計進行介紹，如不同品格條件、不同磁化模式以及各嚮異性條件。
　　《等離子體光學晶體理論》可供從事微波技術、計算電磁學、光學和光通信、電子科學與技術、應用物理和凝聚態物理等領域研究和開發工作的科技人員參考，也可以作為高等院校相關專業的高年級本科生、研究生和教師的參考書。

目錄

第1章 等離子體光子晶體概況
1．1 光子晶體概述
1．1．1 光子晶體的概念
1．1．2 光子晶體的前世今生
1．1．3 光子晶體的分類
1．1．4 光子晶體的應用
1．1．5 光子晶體的製備
1．2 等離子體光子晶體概述
1．2．1 等離子體光子晶體的由來
1．2．2 等離子體光子晶體的國內外研究現狀
1．3 光子晶體的計算法
1．3．1 光子晶體的理論基礎
1．3．2 光子晶體的傳輸矩陣法
1．3．3 光子晶體的FDTD算法
1．3．4 光子晶體的PWE算法
1．3．5 光子晶體的FDFD算法

第2章 等離子體物理學基礎
2．1 等離子體的基本參量
2．1．1 等離子體頻率
2．1．2 等離子體碰撞頻率
2．1．3 等離子體迴鏇頻率
2．2 等離子體的流體近似與介電張量錶示
2．2．1 時域麥剋斯韋方程組
2．2．2 頻域麥剋斯韋方程組
2．2．3 流體近似下的等離子體方程
2．2．4 等離子體的極化模型和極化率
2．2．5 等離子體的導電模型和導電率
2．3 電磁波在低溫非磁化等離子體中的傳播
2．4 電磁波在磁化等離子體中的傳播（外加磁場平行於波矢）
2．4．1 忽略等離子體碰撞頻率時電磁波在磁化等離子體中的傳播
2．4．2 考慮等離子體碰撞頻率時電磁波在磁化等離子體中的傳播
2．5 電磁波在磁化等離子體中的傳播（外加磁場垂直於波矢）
2．5．1 忽略等離子體碰撞頻率時電磁波在磁化等離子體中的傳播
2．5．2 考慮等離子體碰撞頻率時電磁波在磁化等離子體中的傳播
2．6 波矢和外加磁場間為任意夾角條件下電磁波與磁化等離子體的相互作用

第3章 等離子體的FDTD算法
3．1 非磁化等離子體的FDTD算法
3．1．1 非磁化等離子體的JEC-FDTD算法
3．1．2 JEC-FDTD算法的有效性和精度驗證性算例
3．1．3 非磁化等離子體的PLCDRC-FDTD算法
3．1．4 非磁化等離子體PLCDRC-FDTD算法的有效性和精度
3．1．5 非磁化等離子體PLCDRC-FDTD算法的算例
3．2 磁化等離子體的PLCDRC-FDTD算法
3．2．1 磁化等離子體的PLCDRC-FDTD算法的基本原理
3．2．2 磁化等離子體PLCDRC-FDTD算法的有效性和精度

第4章 等離子體光子晶體計算方法與發展
4．1 等離子體光子晶體的計算方法
4．1．1 TMM的特點
4．1．2 PWE算法的特點
4．1．3 FDTD算法的特點
4．1．4 FDFD算法的特點
4．2 等離子體光子晶體的FDTD算法
4．3 等離子體光子晶體的PWE算法
4．3．1 TE模式下二維非磁化等離子體光子晶體色散關係的求解公式
4．3．2 基於網格法的PWE算法
4．3．3 基於打靶法的PWE算法
4．4 等離子體光予晶體的FDFD算法

第5章 一維非磁化等離子體光子晶體禁帶特性
5．1 用於計算的物理模型和FDTD計算的參數
5．2 一維非磁化等離子體光子晶體禁帶周期特性
5．2．1 用於仿真計算的FDTD算法
5．2．2 周期常數對光子禁帶周期特性的影響
5．2．3 空間結構參數b對光子禁帶周期特性的影響
5．2．4 等離子體碰撞頻率對光子禁帶周期特性的影響
……
第6章 一維磁化等離子體光子晶體禁帶特性
第7章 斜入射一維等離子體光子晶體的禁帶特性
第8章 基於一維等離子體光子晶體的全嚮反射器設計
第9章 二維等離子體光子晶體的電磁特性
第10章 二維等離子體光子晶體應用設計基礎
第11章 三維等離子體光子晶體的基本電磁特性
第12章 三維等離子體光子晶體的禁帶拓展技術
第13章 基於三維等離子體光子晶體的器件設計
第14章 三維磁化等離子體光子晶體中的磁光效應
參考文獻
索引

精彩書摘

　　《等離子體光學晶體理論》：
　　7.微波光子晶體天綫
　　隨著光子晶體理論、製備和實驗測試手段的日趨成熟，光子晶體的應用迅速拓展到瞭微波波段。工作在微波波段的光子晶體，被稱為微波光子晶體。由於微波波段對於現代通信有非常重要的價值，所以微波光子晶體的研究也迅速開展，並取得瞭豐碩的成果。微波光子晶體不僅應用於設計濾波器、混閤器、諧振器、高效放大器，也被用於微波天綫、相控陣天綫等方麵。應用光子晶體的PBGs和光子區域態的特性使得人們可以製造低剖麵光子晶體天綫、錶麵波抑製天綫、光子晶體陣列天綫和高定嚮性光子晶體天綫等微波器件。傳統的微波天綫一般是將天綫直接製備在介質基底上，這會導緻大量的能量被天綫基底吸收，從而使得天綫輻射效率低下。例如，對一般用GaAs介質作基底的天綫反射器，98%的能量都損耗在基底中，隻有2%的能量被發射齣去，同時造成基底發熱。但是，如果以光子晶體作為天綫的基片，就使天綫的工作頻率落在光子晶體的PBGs中，這樣光子晶體基闆不會吸收微波，因此就實現瞭無損耗全反射，使得天綫能把能量全部輻射齣去。自從1990年Yablonovitch等在微波波段製作齣第一個光子晶體後，光子晶體在天綫方麵的應用就逐漸展開。1993年美國軍方研製齣瞭反射率接近lOO%的光子晶體平麵微波天綫。由於GaAs半導體材料的光子晶體的禁帶設定在天綫的工作頻率範圍內，微波不能在基本的一側傳播，因而天綫的效率大大提高瞭。這種結構後來還用於微帶貼片天綫、開槽天綫等多種天綫的設計中，本質上就是用光子晶體來抑製天綫的錶麵波，以提高天綫的工作效率。1996-1998年，Qian和Coccioli等用在微帶基闆打周期性孔洞的方式來構成光子晶體，這種結構同樣可以用來設計微帶天綫，用於高次諧波的抑製。1999年，Mushroom結構的微波光子晶體用於微帶天綫的錶麵波的抑製，從而改善瞭天綫的性能。重要的是這種光子晶體結構能夠方便地和集成電路工藝相結閤，使得加工變得異常簡單。這種結構除瞭具備帶隙特性外，其錶麵對入射電磁波還有相同反射特性，利用這個特性可加工成低剖麵的天綫結構。到2003年，該光子晶體結構也被用來設計相控陣天綫和高定嚮性天綫。總之，微波光子晶體越來越多地被應用於天綫性能的改善和設計。我國國防科技大學袁乃昌課題組在這方麵做瞭大量工作。關於微波光子晶體天綫技術的相關內容可以參閱國防科技大學付雲起等閤著的《微波光子晶體天綫技術》一書。
　　綜上7個方麵所述，光子晶體在加工現代通信係統中的組件和光學器件等方麵有越來越廣泛的應用背景。微波、光波和太赫茲波器件將越來越多地應用到與光子晶體相關的技術，因此光子晶體的“魅力”正在被廣大的學者所接受。除瞭上述談及的7個方麵外，光子晶體還能應用到其他的許多領域，如濾波器設計、功分器設計、光子晶體傳感器和光開關等。限於《等離子體光學晶體理論》的篇幅，不能對此進行逐一介紹，有興趣的讀者可以查閱相關文獻。但是，值得一提的是最近幾年周期性結構的電磁超材料，如目前研究比較熱的微波吸波器、電磁誘導透明、高阻錶麵、頻率選擇錶麵和人工磁導體等，盡管外觀上是金屬塗覆介質基闆的結構，但就其本質而言都可以視為一種光子晶體。所以，光子晶體本身的應用研究將逐漸走嚮成熟，將來的成果也將更好地服務於人類社會。
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前言/序言

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