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李齐良 著

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店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030302908

商品编码：29596071274

包装：平装

出版时间：2011-03-01

基本信息

书名：光纤通信中的光波技术

定价：60.00元

作者：李齐良

出版社：科学出版社

出版日期：2011-03-01

ISBN：9787030302908

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.440kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书介绍光纤通信中光波技术和理论，主要介绍了光纤通信的发展历史，光纤通信的基本理论，从麦克斯韦电磁理论出发，得到各种条件下光脉冲传输的非线性薛定谔方程。研究了群速度色散、自相位调制、调制不稳定性、光孤子、色散管理、非线性光纤耦合器、四波混频等理论。
　　本书可作为光纤光栅、光纤通信等专业的高年级本科生、研究生的教学参考书，也可供科技工作者阅读参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《电磁场与波导理论基础》 内容简介： 本书深入探讨了电磁场理论的基石，并以此为出发点，系统阐述了波导的物理原理、结构形式、传输特性及其在电磁波传输中的关键作用。本书旨在为读者构建一个扎实的理论框架，使之能够深刻理解各种电磁波传播现象，为进一步学习更复杂的电磁场应用（如天线设计、微波电路、光波导等）打下坚实的基础。 第一部分：麦克斯韦方程组与电磁场基本概念 本部分是本书的理论核心，我们将从最基础的物理定律出发，逐步构建起描述电磁现象的完整理论体系。 电荷、电流与场强： 我们将从静电学和稳恒磁场入手，回顾荷电粒子的基本性质，理解电荷密度和电流密度是电磁场的源。详细讲解电场强度（E）和磁场强度（H）的定义及其物理意义，以及它们与电荷和电流的关系。引入矢量微积分的概念，包括散度（divergence）和旋度（curl），这些是理解和应用麦克斯韦方程组不可或缺的数学工具。 高斯定律（电场）： 深入剖析高斯定律在电场分析中的应用。通过具体的推导和算例，展示如何利用电场的高斯定律来计算各种电荷分布产生的电场分布，例如点电荷、线电荷、面电荷以及体电荷。强调高斯面选择的技巧和对称性的应用，这能极大简化计算过程。 安培环路定律： 阐述稳恒磁场中的安培环路定律，揭示电流与磁场之间的相互作用。讲解如何利用安培环路定律计算各种电流分布产生的磁场，如长直导线、载流线圈、螺线管等。同样，会强调环路选择的技巧和对称性的重要性。 法拉第电磁感应定律： 介绍变化的磁场如何产生电场，即电磁感应现象。详细解释法拉第定律的数学形式，并探讨感生电场与磁链变化率的关系。通过分析感生电动势的产生机制，为理解时变电磁场的动态特性奠定基础。 洛伦兹力定律： 阐述磁场对运动电荷的作用力，即洛伦兹力。详细推导洛伦兹力公式，并讨论其在加速器、霍尔效应等现象中的应用。理解洛伦兹力对于掌握带电粒子在电磁场中的运动轨迹至关重要。 麦克斯韦方程组的完整形式： 将上述基本定律整合成一套完整的描述电磁场动态行为的方程组——麦克斯韦方程组。本书将分别给出积分形式和微分形式的麦克斯韦方程组，并详细解读每个方程的物理意义。强调位移电流的概念，这是麦克斯韦方程组能够描述电磁波的关键。 电磁场的能量与动量： 讨论电磁场储存能量的性质，引入坡印廷矢量（Poynting vector）的概念，用于描述电磁场的能量流密度和方向。理解坡印廷矢量对于分析电磁波的传播以及能量守恒至关重要。 第二部分：均匀介质中的电磁波传播 在掌握了麦克斯韦方程组这一强大的分析工具后，本部分将聚焦于在均匀、各向同性、无损耗介质中的电磁波传播。 电磁波的产生与传播： 基于麦克斯韦方程组，推导出自由空间中平面电磁波的波动方程。分析电场和磁场在电磁波传播中的相位关系和振幅关系，揭示它们同相振荡、相互垂直且与传播方向垂直的特性。 自由空间中的电磁波： 详细讨论电磁波在真空中的传播特性，包括波速（光速）、阻抗等。分析电磁波的极化特性，如线极化、圆极化和椭圆极化。 电磁波在理想介质中的传播： 扩展到在均匀、无损耗的电介质（如空气、水、玻璃等）中的电磁波传播。分析介质的介电常数对电磁波传播速度和阻抗的影响。 电磁波的反射与折射： 重点分析电磁波在不同介质界面上的反射和折射现象。推导菲涅耳公式，详细讨论入射角、反射角、折射角之间的关系，以及反射系数和透射系数的计算。分析全反射现象及其应用。 表面波与倏逝波： 介绍在某些特殊结构（如金属表面、介质界面）下产生的表面波和倏逝波。分析它们的传播特性和能量分布，为理解更复杂的波导现象提供基础。 第三部分：波导的原理与分析 本部分将是本书的重点，我们将在前两部分理论的基础上，深入研究波导作为电磁波传输通道的物理本质和工程应用。 导波结构的基本概念： 定义什么是波导，并介绍常见的波导结构，如平行板波导、矩形金属波导、圆波导等。分析波导的结构特点和对电磁波传输的约束作用。 平行板波导： 从最简单的平行板波导入手，推导其内的电磁场分布和传播模式。分析TE（横电）模式和TM（横磁）模式的特性，包括截止频率、相位常数、群速度和特性阻抗等。 矩形金属波导： 详细分析矩形金属波导的场分布和传播模式。重点讲解主模（TE10模式）的特性，以及其他非主模的传播条件和特点。讨论矩形波导的截止频率、导波速度、群速度、相速度以及阻抗计算。 圆波导： 研究圆波导的结构和场分布，分析TE和TM模式的特性。讨论圆波导在实际应用中的优势和劣势。 波导的截止频率： 深入理解截止频率的概念，即低于此频率的电磁波无法在波导中有效传播。分析截止频率与波导尺寸、介质特性以及模式阶数的关系。强调截止频率对波导设计和应用的重要性。 波导中的损耗： 考虑到实际波导材料的电阻和介质的吸收，分析波导中的损耗机制，包括导体损耗和介质损耗。探讨损耗对信号传输的影响，以及如何减小损耗。 波导的模式特性分析： 深入分析不同传播模式在波导中的传播行为。讨论模式的色散特性，即不同频率的信号在同一模式下传播速度不同，会导致信号失真。讲解单模和多模波导的概念及其应用场景。 波导中的能量传输： 分析电磁波在波导中传输的能量流。通过坡印廷矢量分析，理解能量如何在波导中高效传输。 波导的匹配与阻抗： 介绍波导阻抗的概念，以及如何实现波导的阻抗匹配，以最大化能量传输效率，避免信号反射。 第四部分：波导的工程应用与发展趋势 本部分将把理论知识与实际工程应用相结合，介绍波导在各个领域中的重要作用，并展望其未来的发展方向。 微波器件中的波导应用： 详细介绍波导在微波频率下的各种应用，例如微波滤波器、耦合器、环形器、衰减器等。讲解这些器件如何利用波导的特性来实现特定的信号处理功能。 天线与馈线系统： 探讨波导作为高频信号传输线在天线馈电系统中的作用。分析波导与天线之间的匹配问题。 通信系统中的波导： 介绍波导在雷达、卫星通信、射电望远镜等通信系统中的应用。 波导的仿真与设计工具： 简要介绍现代电磁场仿真软件（如HFSS, CST等）在波导设计和分析中的作用，帮助读者了解工程实践中的工具和方法。 新型波导技术： 探讨一些新兴的波导技术，例如超材料波导、光子晶体波导等，以及它们在未来电磁场应用中的潜力。 通过对以上四个部分的系统学习，读者将能够建立起关于电磁场和波导传输的坚实理论基础。本书的数学推导严谨，物理概念清晰，并配有丰富的例题和图示，旨在帮助读者深入理解电磁波在波导中的传播机理，从而为他们在通信、雷达、微波工程等相关领域的深入研究和实际应用打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量也是一个值得称赞的亮点。在涉及复杂的波导结构和光场分布的章节，如果插图不够清晰，读者极易产生混淆。然而，这本书的插图清晰度极高，色彩搭配合理，很多关键概念是通过精心设计的二维或三维示意图来阐释的，有效降低了读者的认知负荷。例如，在讨论多模干涉耦合器（MZI）时，图示清晰地展示了光路和相位关系的变化，比纯文字描述要高效得多。此外，全书的字体选择和行距设置也体现了对读者长时间阅读体验的关怀，长时间阅读下来眼睛也不会感到过度疲劳。这种对细节的极致追求，从侧面反映出作者和出版社在制作这本书时所倾注的匠心，使得整个阅读过程变成了一种享受，而不是一场枯燥的知识灌输，确实是技术书籍中的精品之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用价值远超我的预期。我原本以为这只是偏向理论研究的参考书，但当我翻到关于光纤器件和系统的章节时，才发现它简直就是一份宝贵的设计蓝图。书中对于新型光纤放大器（如掺铒光纤放大器EDFA）的工作原理介绍得极其细致，不仅仅停留在能级跃迁的层面，更深入到如何优化泵浦功率、如何控制噪声系数的实际工程考量。更令我印象深刻的是，作者似乎对“制造”和“部署”有着深厚的经验，书中穿插的许多“工程师视角”的注解，比如光纤连接器的损耗控制、光缆敷设对信号质量的潜在影响等，这些细节是在纯理论著作中很难找到的。这让这本书不仅适合在校学生学习，对于初入光通信行业的工程师来说，更像是一本能够随时翻阅并解决实际问题的“技术圣经”。它弥补了学术研究与一线工程实践之间经常存在的脱节问题，提供了一种既宏观又微观的完整视角。

评分☆☆☆☆☆

这本《光纤通信中的光波技术》的封面设计简直太引人注目了！那种深邃的蓝色调配上细密的光纹，立刻就给人一种置身于高速数据流之中的感觉。我本来对这个领域只是略有耳闻，觉得可能是一堆枯燥的公式和晦涩的理论，但翻开书后，那种强烈的求知欲就被激发出来了。作者的叙事方式非常巧妙，没有直接将读者推入复杂的数学推导中，而是先从光纤通信的历史演进和它如何彻底改变了我们今天的生活这个宏大背景切入。我记得第一章就在讨论“光纤如何成为信息时代的基石”，那种将技术与社会变革紧密结合的写法，让原本高冷的物理概念瞬间变得鲜活起来，很有代入感。特别是书中关于光在弯曲光纤中传输损耗的图解部分，用非常直观的方式解释了全内反射的原理，完全不像教科书那样板着脸孔，反而更像是一位经验丰富的工程师在手把手地教你，让你感觉到理论与实践之间那座桥梁是多么坚实而优雅。如果说市面上很多技术书籍是工具手册，那这本书更像是一部关于“光”的史诗序章，引人入胜，让人迫不及待想深入探究光纤内部那微观而又磅礴的世界。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我对光学物理学的理解一直停留在大学基础课的水平，对于深入到光纤内部的非线性效应和调制格式更是感到头疼。然而，这本书在处理这些“硬骨头”问题时，展现出了惊人的驾驭能力和清晰的逻辑脉络。它没有采取那种将所有复杂公式堆砌在一起的吓人战术，而是采用了分层递进的讲解策略。比如在讨论色散补偿时，作者引入了“时间与空间域的转换视角”，这对我这种习惯于具象思维的人来说，简直是醍醐灌顶。他不是简单地给出补偿的数学模型，而是解释了为什么需要补偿、补偿的物理意义是什么，甚至还穿插了一些前沿研究的案例，比如如何在超高速传输中应对更高阶的色散。读到后面，我发现自己不再仅仅是在“看”公式，而是在“理解”光在光纤中传输时所经历的各种“磨难”以及人类如何利用精妙的波导技术去驯服这些光波的。这种深入浅出，同时又不失学术严谨性的处理方式，在同类书籍中是极为罕见的，足见作者深厚的功底和极高的教学智慧。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，我第一次接触到涉及光子晶体光纤（PCF）和空芯光纤这些“新奇”概念时，还以为这本书已经过时了。毕竟，光通信技术发展日新月异，谁知道哪些技术是昙花一现，哪些是未来主流？但是，作者对这些前沿技术的处理方式，让我彻底打消了疑虑。他并没有将这些作为可有可无的“花边新闻”来介绍，而是用很大篇幅、非常审慎地分析了它们相较于传统石英光纤的优势与挑战。特别是对PCF的导光机理和潜在应用场景的分析，深入到了模式限制和有效折射率调控的层面，逻辑清晰得让人信服。这种对新兴技术的“严肃对待”，体现了作者的前瞻性视野，确保了这本书在未来几年内依然具有极高的参考价值。它不只记录了“已有的”技术，更在引导读者思考“可能实现的”未来光网络形态。