Nonlinear Instability Analysis pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Computational Mechanics

作者:Debnath, Lokenath (EDT)/ Choudhury, S. Roy (EDT)

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:188

裝幀:HRD

isbn號碼:9781853128424

叢書系列:

圖書標籤:

• 非綫性穩定性分析
• 動力係統
• 微分方程
• 數值分析
• 工程應用
• 控製理論
• 數學建模
• 混沌
• 分岔理論
• 結構穩定性

好的，這是一本名為《光子晶體中的拓撲絕緣體：從理論到器件的統一視角》的圖書簡介，字數約為1500字。 --- 光子晶體中的拓撲絕緣體：從理論到器件的統一視角 內容簡介 本書深入探討瞭光子晶體（Photonic Crystals, PhCs）與拓撲絕緣體（Topological Insulators, TIs）跨學科融閤的前沿領域。在傳統凝聚態物理中，拓撲絕緣體因其獨特的體態絕緣、邊緣態導電（或導光）的特性而備受矚目。然而，光子學領域對實現類似拓撲保護效應的需求日益迫切，尤其是在光通信、集成光子學和量子光學等領域。本書旨在係統性地構建一個統一的理論框架，將拓撲物理的深刻洞察應用於設計和理解基於光子晶體的拓撲光子係統。 全書內容結構嚴謹，從基礎概念的引入，到前沿模型的構建與分析，再到麵嚮實際應用的器件設計，提供瞭一個從理論萌芽到工程實現的全景式視角。 第一部分：基礎概念的橋接與統一（第1章至第3章） 第1章：光子能帶理論與拓撲不變量 本章首先迴顧瞭晶體材料中電子的能帶結構及其描述方法，重點介紹布洛赫定理在周期性介質中的光子能帶計算。隨後，引入拓撲概念在能帶理論中的核心地位，特彆是如何利用布裏淵區積分和陳數（Chern Number）來錶徵不同能帶的拓撲性質。我們將詳盡闡述拓撲不變量如何作為區分“平庸”和“拓撲非平庸”光子晶體分類的關鍵工具，並探討如何利用高階拓撲不變量來識彆更復雜的拓撲相。 第2章：拓撲絕緣體在電子係統中的迴顧 為瞭更好地理解光子係統的類比，本章簡要迴顧瞭電子拓撲絕緣體的核心原理，包括時間反演對稱性（Time-Reversal Symmetry, TRS）在二維和三維係統中的作用，以及自鏇軌道耦閤（Spin-Orbit Coupling, SOC）如何引發能帶反轉，從而産生受保護的邊緣態（如狄拉剋錐）。重點分析瞭基於$Z_2$不變量對材料進行拓撲分類的方法，為後續光子係統中的等效參數設置奠定基礎。 第3章：光子晶體中的拓撲構建單元 本章專注於光子晶體的結構設計與拓撲實現。我們將詳細介紹構建光子拓撲係統的兩大主要途徑：一是通過模仿電子係統的結構對稱性，利用幾何拓撲（如高階拓撲絕緣體中的角態）；二是通過引入人工的“類哈密頓量”結構，如利用圓偏振耦閤或利用磁場等效物（如循環流光場）來打破或保護時間反演對稱性，從而實現具有拓撲保護的單嚮光流。重點分析瞭超晶格結構、雙層耦閤結構在拓撲光子學中的應用潛力。 第二部分：核心拓撲光子結構與現象（第4章至第7章） 第4章：拓撲保護的邊緣態與錶麵態 這是本書的核心章節之一。我們深入研究瞭拓撲光子晶體中邊緣態的産生機製及其物理特性。詳細分析瞭各種拓撲相（如拓撲平庸、整數拓撲、分數量子霍爾效應的模擬）對應的邊緣態能帶結構。重點討論瞭這些邊緣態如何抵抗缺陷、彎麯和雜質的散射，實現“無損”的單嚮光傳輸，並探討瞭其對光波導性能的革命性影響。 第5章：手性光流與磁拓撲絕緣體 本章聚焦於利用等效磁場（如利用螺鏇結構或外部調製）在光子係統中模擬電子的霍爾效應。我們將詳細介紹如何通過周期性調製晶格的幾何參數或引入非互易性耦閤，實現具有明確手性的光傳輸路徑。這包括對磁拓撲絕緣體（Magnetic Topological Insulator, MTI）光子模擬的深入剖析，以及如何通過引入時間反演破缺來控製光的傳播方嚮，從而實現完美單嚮傳輸。 第6章：高階拓撲光子係統 在拓撲分類的最新進展指導下，本章探索瞭高階拓撲光子晶體的設計。這些係統不僅在邊界（一維）上傳輸，更在角點（零維）産生受保護的局域態。我們將分析高階係統中的“拓撲析齣物”——如二、三維係統中的零維角態，它們對結構微擾的極高容忍度，預示著未來集成光路中對局部光場調控的巨大潛力。 第7章：拓撲體態與局域態的耦閤效應 光子係統通常是開放的，體態（Bulk modes）的存在不可避免地影響邊緣態的性能。本章緻力於研究拓撲邊緣態與非拓撲體態之間的耦閤和混閤。通過有效模型和數值模擬，我們量化瞭體態雜散損耗對拓撲保護強度的影響，並提齣瞭設計策略以最小化這種負麵耦閤，確保拓撲保護在真實環境中的魯棒性。 第三部分：器件實現與新興應用（第8章至第10章） 第8章：拓撲光子器件的集成與製造 本章將理論研究與實際工程應用緊密結閤。我們討論瞭將拓撲光子結構集成到矽光子平颱（Silicon Photonics）上的挑戰與機遇。內容涵蓋瞭微納加工技術，特彆是電子束光刻、聚焦離子束刻蝕在構建亞波長光子晶體結構中的應用。詳細分析瞭如何利用介質/空氣交界麵構建高對比度係統，以及在片上集成中如何實現拓撲波導的耦閤器、分束器和環形諧振器。 第9章：拓撲保護下的非綫性光學 拓撲保護的單嚮性對於增強非綫性效應至關重要。本章探討瞭拓撲邊緣態與材料的非綫性特性相結閤的應用。由於拓撲態可以緊密限製光場並抵抗散射損耗，這使得在極低輸入功率下即可實現顯著的非綫性相互作用，如頻率轉換、光開關和光限幅器等。我們將基於有效模型分析非綫性耦閤的增強機製。 第10章：拓撲光子學在量子信息中的展望 最後，本章展望瞭拓撲保護在量子信息處理中的未來角色。拓撲絕緣體天然地為構建抗噪聲的量子比特提供瞭物理基礎。我們將討論如何利用拓撲光子晶體來製備和傳輸單光子源，以及拓撲保護的邊緣態在構建魯棒的量子網絡和實現拓撲量子計算中的潛在優勢。 目標讀者 本書麵嚮從事光學、物理學、電子工程及材料科學的博士研究生、博士後研究人員以及緻力於光子學前沿技術開發的工程師。讀者應具備紮實的電磁場理論、晶體光子學基礎以及基本的量子力學知識。 ---

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