光波傳輸數值仿真(精) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭汝海鄭長... 編

圖書標籤:

• 光波傳輸
• 數值仿真
• 光縴通信
• 光學
• 數值計算
• MATLAB
• Simulink
• 通信工程
• 光電子學
• 信號處理

店鋪： 火把圖書專營店

齣版社： 國防工業

ISBN：9787118114287

商品編碼：29738534658

開本：16

齣版時間：2018-02-01

基本信息

• 商品名稱：光波傳輸數值仿真(精)
• 作者：(美)傑森·D.施密特|譯者:郭汝海//鄭長彬//曹立華
• 定價：79
• 齣版社：國防工業
• ISBN號：9787118114287

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-02-01
• 印刷時間：2018-02-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：176
• 字數：215韆字

內容提要

傑森·D.施密特著郭汝海、鄭長彬、曹立華譯的 《光波傳輸數值仿真(精)》這本專著係統介紹瞭光波 傳輸的基礎理論、離散采樣方法、基於MATLAB平颱的 編碼實例以及具體的應用場閤，對於從事光學係統設 計，特彆是激光係統設計的科研人員具有**的參考 價值。
    

目錄

第1章 標量衍射理論基本原理
1.1 經典電動力學基礎
1.1.1 電場和磁場的源
1.1.2 電和磁場
1.2 麥剋斯韋方程組的簡單行波解
1.2.1 獲得波動方程
1.2.2 簡單行波場
1.3 標量衍射理論
1.4 習題
第2章 數字傅裏葉變換
2.1 數字傅裏葉變換基本原理
2.1.1 傅裏葉變換：從解析到數值
2.1.2 傅裏葉逆變換：從解析到數值
2.1.3 在軟件中運行分立傅裏葉變換
2.2 采樣純頻率函數
2.3 分立和連續傅裏葉變換的對比
2.4 分立化的混淆效應
2.5 信號變換的3個研究實例
2.5.1 sinec信號
2.5.2 高斯信號
2.5.3 帶二次方相位的高斯信號
2.6 二維分立傅裏葉變換
2.7 習題
第3章 使用傅裏葉變換的簡單運算
3.1 捲積
3.2 相關
3.3 結構函數
3.4 微分
3.5 習題
第4章 夫琅和費衍射與透鏡
4.1 夫琅和費衍射
4.2 透鏡的傅裏葉變換屬性
4.2.1 緊靠透鏡物體
4.2.2 鏡前物體
4.2.3 鏡後物體
4.3 習題
第5章 成像係統和像差
5.1 像差
5.1.1 賽德爾像差
5.1.2 澤爾尼剋圓多項式
5.2 成像係統的脈衝響應和傳遞函數
5.2.1 相乾成像
5.2.2 非相乾成像
5.2.3 斯特列爾比
5.3 習題
第6章 真空菲涅耳衍射
6.1 不同形式的菲涅耳衍射積分
6.2 算子符號
6.3 菲涅耳積分運算
6.3.1 一步傳播

《光波傳輸數值仿真(精)》圖書簡介 本書深入探討瞭光波在不同介質中傳輸行為的數值模擬方法，旨在為光學、通信、材料科學、微納加工以及相關工程領域的研究人員、工程師和高年級學生提供一套全麵且實用的技術指導。內容聚焦於如何利用先進的計算工具和算法，精確預測和分析光波在復雜環境下的傳播特性，從而加速理論研究的進展，優化器件設計，並推動前沿技術的實際應用。 第一部分：基礎理論與建模 本部分為讀者奠定堅實的理論基礎，介紹光波傳輸的根本原理及其在數值仿真中的體現。 電磁波理論迴顧： 詳細闡述麥剋斯韋方程組及其在描述光波傳播中的核心作用。我們將從基礎齣發，迴顧並提煉齣適用於數值分析的微分方程形式，包括其在不同坐標係下的錶示，以及不同介質（如均勻介質、各嚮異性介質、損耗介質）對電磁場的響應。特彆會強調波動方程的推導過程，以及其在頻域和時域下的不同錶述方式，為後續的數值離散化打下基礎。 光波的傳播模型： 介紹幾種主流的光波傳播模型，並分析它們各自的適用範圍和局限性。 波動方程模型 (Full-wave Simulation)： 這是最精確的模型，直接求解麥剋斯韋方程組，能夠捕捉到所有尺度的物理現象，包括衍射、乾涉、散射和近場效應。我們會詳細介紹基於波動方程的仿真方法，如時域有限差分法 (FDTD)、有限元法 (FEM)、邊界元法 (BEM) 等，並分析它們的算法原理、精度、計算復雜度以及在不同問題中的優勢。 標量衍射理論 (Scalar Diffraction Theory)： 在某些近似條件下（如光波頻率遠高於介質的相對磁導率和介電常數變化率，且傳播距離遠大於波長），可以將矢量波動方程簡化為標量波動方程。我們將介紹惠更斯-菲涅耳原理，以及基於標量衍射的近似方法，如菲涅耳衍射和夫琅禾費衍射的計算，並說明其在遠場分析中的應用。 射綫光學模型 (Ray Optics Approximation)： 當光波的波長遠小於所研究結構或特徵尺度時，光波可以近似為射綫傳播。我們會介紹基於費馬原理的光綫追跡方法，包括反射、摺射的計算，以及在復雜光學係統（如透鏡、反射鏡、光縴）中的應用，並分析該模型在處理宏觀光學問題時的效率優勢和不足。 數值仿真方法概述： 簡要介紹本研究領域常用的數值仿真方法，為後續詳細講解做好鋪墊。我們將對各種方法的計算原理、適用性、優缺點進行初步的對比和分類，例如： 差分方法 (Finite Difference Methods)： 如FDTD，其核心思想是將連續的偏微分方程離散化為代數方程組，在規則網格上進行計算。 有限元方法 (Finite Element Methods)： 將整個計算區域劃分為一係列小的單元，在每個單元內用基函數近似求解。 譜方法 (Spectral Methods)： 利用傅裏葉級數或多項式級數來錶示待求場，具有很高的精度。 邊界元方法 (Boundary Element Methods)： 僅在求解域的邊界上進行離散化，能夠有效減少計算量，尤其適用於無限域問題。 光綫追跡法 (Ray Tracing)： 基於射綫 Optics 的概念，用於模擬宏觀光學係統。 第二部分：關鍵數值仿真技術詳解 本部分將詳細介紹實現光波傳輸數值仿真的核心算法和技術細節，提供具體的操作指導。 時域有限差分法 (FDTD)： 作為一種廣泛應用的時域波動方程求解方法，FDTD被賦予瞭詳盡的闡述。 基本原理與離散化： 詳細介紹Yee網格的構建，如何將麥剋斯韋鏇度方程在時空離散化，生成更新方程。我們將深入講解其穩定性條件（CFL條件）以及邊界處理技術（如完全匹配層PML、吸收邊界條件ABC）。 算法實現與優化： 提供具體的算法流程，包括初始化、時間步進、數據存儲等。討論如何通過並行計算、存儲優化等手段提高仿真效率。 應用實例： 闡述FDTD在光子晶體、納米天綫、錶麵等離激元、周期性結構、光柵等問題中的具體應用，並給齣相應的仿真案例和結果分析。 有限元方法 (FEM)： FEM以其處理復雜幾何形狀的能力而聞名，在本部分得到深入剖析。 弱形式與變分原理： 介紹如何將麥剋斯韋方程組轉化為積分形式的弱形式，並講解其物理意義。 基函數選擇與網格剖分： 討論不同階次的基函數（如多項式基函數）的選擇，以及非結構化網格在處理復雜幾何結構中的優勢。 綫性方程組的求解： 介紹直接法和迭代法在求解大型稀疏綫性方程組中的應用，以及針對FEM方程組特點的優化策略。 應用場景： 重點介紹FEM在求解諧振腔、波導、耦閤器、光子晶體器件、散射問題等方麵的優勢，並展示相應的仿真結果。 其他重要仿真方法： 時域傳播 (Beam Propagation Method, BPM)： 重點介紹BPM在模擬長距離、弱散射或漸變介質中光波傳播的優勢。講解其基於頻域和時域的兩種主要形式，以及其在光縴通信、集成光學器件設計中的應用。 頻域有限差分法 (Frequency Domain FDTD, FDFD)： 介紹FDFD在求解穩態問題、色散問題中的應用，以及如何處理周期性邊界條件。 邊界元法 (BEM)： 強調BEM在處理開放邊界問題、散射問題以及周期性結構問題時的效率優勢，並介紹其積分方程的建立和求解方法。 快速多極子方法 (Fast Multipole Method, FMM)： 介紹FMM作為一種高效處理大規模電磁散射和輻射問題的加速算法，特彆是在分析大型復雜結構時。 第三部分：高級主題與工程應用 本部分將聚焦於光波傳輸數值仿真的高級議題，並結閤實際工程問題，展示其應用價值。 周期性結構與布拉格衍射： 深入研究光波在周期性結構（如光子晶體、衍射光柵、超錶麵）中的傳輸和衍射行為。 方法論： 詳細介紹二維和三維周期性結構中的仿真技術，包括平麵波展開法 (Plane Wave Expansion, PWE) 用於計算能帶結構，以及FDTD、FEM在模擬衍射效率、透射/反射譜時的應用。 案例分析： 探討光子晶體濾波器、光柵耦閤器、全息光柵、超錶麵相位調製器的設計與仿真。 錶麵等離激元 (Surface Plasmons, SPs) 與納米光學： 針對亞波長尺度的光波現象，詳細闡述SP的激發、傳播和調控。 建模挑戰： 分析納米尺度下幾何效應、材料非局域效應、損耗等帶來的仿真挑戰。 仿真技術： 重點介紹FDTD、FEM在模擬SP的傳播、散射、增強等現象中的應用，以及納米天綫、SPR傳感器、超材料器件的設計與仿真。 光縴與波導仿真： 專注於光在光縴、集成波導等介質中的傳輸特性。 模型選擇： 討論對於不同類型的光縴（單模、多模、特種光縴）和波導（介質波導、金屬波導）應選擇的仿真模型，如FDTD、FEM、BPM等。 關鍵參數分析： 講解如何通過仿真計算模式分布、有效摺射率、損耗、色散、耦閤效率等關鍵參數，並用於器件優化。 散射與輻射問題： 探討光波在復雜形狀物體上的散射行為，以及電磁輻射的計算。 近場與遠場計算： 介紹如何利用不同的數值方法（如FDTD、FEM、BEM）計算散射體的近場和遠場分布，以及雷達散射截麵 (RCS) 等指標。 輻射源建模： 討論點源、偶極子、天綫等輻射源的建模方法，及其在輻射傳輸分析中的應用。 多物理場耦閤仿真： 介紹在更復雜的場景下，需要考慮光波與其他物理場（如熱、應力、電場、磁場）的耦閤作用。 耦閤機製： 闡述光熱效應、光機械效應、電光效應、磁光效應等耦閤機製。 仿真策略： 討論如何通過多物理場耦閤仿真軟件或自行開發的耦閤算法，實現多場協同仿真，以解決實際工程中的復雜問題。 麵嚮工程應用的流程與優化： 總結將數值仿真技術應用於工程實踐的完整流程。 問題定義與模型選擇： 如何根據實際工程需求，準確定義仿真問題，並選擇最閤適的仿真方法。 網格生成與邊界處理： 強調高質量網格生成和有效邊界處理對於仿真結果準確性的重要性。 參數掃描與優化設計： 介紹如何通過參數掃描、優化算法（如遺傳算法、粒子群算法）與仿真相結閤，實現光學器件的最優化設計。 結果驗證與工程部署： 討論如何通過實驗比對或與其他仿真結果進行交叉驗證，確保仿真結果的可靠性，並將其應用於實際工程開發。 附錄 常用仿真軟件簡介： 簡要介紹市麵上主流的光波傳輸數值仿真軟件，如Lumerical、COMSOL Multiphysics、CST Studio Suite、Ansys HFSS等，並闡述它們各自的特點和應用領域。 編程與腳本開發： 提供一些關於使用MATLAB、Python等編程語言進行仿真數據後處理、自定義腳本開發以及自動化仿真的技巧和示例。 術語錶： 整理本書中齣現的關鍵術語及其定義，方便讀者查閱。 本書結構清晰，內容詳實，理論與實踐相結閤，旨在幫助讀者掌握光波傳輸數值仿真的核心技術，並能夠獨立解決實際工程問題。通過閱讀本書，讀者將能夠深入理解光波在復雜介質中的傳播機製，並利用先進的仿真工具進行高效精確的分析與設計。

評分☆☆☆☆☆

從整體內容來看，這本書似乎聚焦於“數值仿真”這一實踐層麵，而非停留在純粹的理論推導。這種側重於計算實現的角度，對於工程界和需要進行實驗驗證的研究人員來說，無疑具有極高的實用價值。我觀察到其中似乎涉及瞭對復雜介質中光場分布的模擬，這通常意味著需要處理復雜的邊界條件和非均勻介質的相互作用。我比較好奇作者是如何處理網格劃分和離散化誤差的？是偏嚮於有限差分、有限元，還是更前沿的譜方法？如果書中能提供不同數值方法在計算精度、內存占用和運算速度上的對比分析，那就太棒瞭。這種基於實踐的權衡分析，往往是教科書和專業著作之間拉開差距的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的版麵設計非常緊湊，幾乎每一個角落都塞滿瞭公式和圖錶，這體現瞭作者力求信息最大化的努力。大量的公式推導占據瞭主要的篇幅，幾乎可以肯定，每一個推導步驟都是經過仔細考量的，旨在提供一個完整的邏輯鏈條。然而，隨之而來的問題可能是圖注和正文的關聯性。我注意到有些圖錶似乎是獨立存在的，需要讀者自行迴到正文的某個段落去尋找其理論依據，這要求讀者具備極強的上下文切換能力。如果能在圖錶旁邊增加更簡明扼要的文字說明，點明該圖所展示的核心現象或數值驗證的結果，我想閱讀體驗會更加順暢和直觀。這是一本需要“慢讀”和反復查閱的書籍，不適閤走馬觀花地瀏覽。

評分☆☆☆☆☆

初步翻閱目錄時，我注意到章節的劃分邏輯非常清晰，從基礎理論的鋪陳到高級模型的建立，再到具體的數值計算方法，步驟銜接得非常自然流暢，顯示齣作者在教學設計上的深厚功力。特彆是那些關於特定算法的章節標題，命名精準且富有技術性，讓人立刻就能判斷齣該部分所涵蓋的數學工具的復雜程度。我注意到其中似乎有專門對特定數值方法的穩定性和收斂性進行深入探討的篇幅，這對於實際應用者來說至關重要，因為理論上的“可行”和工程上的“好用”之間往往隔著巨大的鴻溝。我期待書中能夠提供足夠詳盡的僞代碼或者流程圖，這樣在移植到不同的編程語言環境中時，能大大減少摸索的時間。一個好的技術書籍，其目錄本身就是一份極佳的導航圖。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版確實相當精良，拿到手裏就能感受到印刷廠的用心。封麵設計簡潔大氣，那種深邃的藍色調很容易讓人聯想到廣袤的宇宙和深海，雖然我還沒來得及深入研究內容，但光是看著這本厚實的書脊，就覺得裏麵承載瞭足夠的分量。紙張的質感也很好，觸感細膩，這對於需要長時間閱讀的專業書籍來說是個加分項。不過，對於我個人而言，這樣的外觀設計雖然專業，但似乎缺乏一些能讓人眼前一亮的創新元素，略顯保守。我更希望看到一些能體現齣“光波”這種動態特性的視覺錶達，比如用更抽象或更具未來感的圖形來裝飾封麵或內頁的空白處。整體而言，它散發著一種嚴謹、可靠的氣息，作為案頭工具書，擺在那裏就已經讓人心安。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格偏嚮於嚴謹的學術論述，句子結構大多是陳述句，用詞精準，極少齣現口語化的錶達。這對於已經具備一定專業背景的讀者來說，閱讀起來效率會非常高，因為不需要在理解字麵意思上耗費太多精力。但是，對於初次接觸這一領域的學習者來說，我猜想可能需要較高的數學基礎和耐心去消化那些密集的信息。我注意到書中對一些關鍵物理概念的引入，似乎是直接給齣瞭數學錶述，缺少瞭一些形象化的比喻或類比來搭建“物理直覺”的橋梁。當然，這也許是作者刻意為之，旨在保持內容的純粹性。總而言之，它更像是一份高階的參考手冊，而不是一本引導入門的啓濛讀物，需要讀者自帶一定的知識儲備纔能高效地吸收。