Electromagnetic Theory and Applications for Photonic Crystals pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Yasumoto, Kiyotoshi

出品人:

页数:464

译者:

出版时间:2005-10

价格:$ 197.69

装帧:HRD

isbn号码:9780849336775

丛书系列:

图书标签:

Electromagnetic Theory
Photonic Crystals
Photonics
Electromagnetism
Optical Physics
Nanophotonics
Waveguides
Computational Electromagnetics
Materials Science
Optical Materials

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具体描述

Photonic technology promises much faster computing, massive parallel processing, and an evolutionary step in the digital age. The search continues for devices that will enable this paradigm, and these devices will be based on photonic crystals. Modeling is a key process in developing crystals with the desired characteristics and performance, and "Electromagnetic Theory and Applications for Photonic Crystals" provides the electromagnetic-theoretical models that can be effectively applied to modeling photonic crystals and related optical devices. The book supplies eight self-contained chapters that detail various analytical, numerical, and computational approaches to the modeling of scattering and guiding problems. For each model, the chapter begins with a brief introduction, detailed formulations of periodic structures and photonic crystals, and practical applications to photonic crystal devices. Expert contributors discuss the scattering matrix method, multipole theory of scattering and propagation, model of layered periodic arrays for photonic crystals, the multiple multipole program, the mode-matching method for periodic metallic structures, the method of lines, the finite-difference frequency-domain technique, and the finite-difference time-domain technique. Based on original research and application efforts, "Electromagnetic Theory and Applications for Photonic Crystals" supplies a broad array of practical tools for analyzing and designing devices that will form the basis for a new age in computing.

好的，下面是关于《电磁场与光子晶体应用理论》的图书简介，内容详实，不涉及您提供的特定书目。 --- 图书名称：电磁场与光子晶体应用理论 ISBN：待定出版日期：2024年作者：[此处填写作者姓名] 内容简介：本书旨在为读者提供一个全面、深入的关于电磁场理论基础及其在光子晶体领域前沿应用的权威指南。本书不仅系统梳理了经典电磁理论的核心概念，更紧密结合现代光学工程、材料科学与微纳结构物理学的最新发展，重点探讨了如何利用精细设计的周期性结构来调控和操纵电磁波的传播。全书结构严谨，内容覆盖面广，理论深度适中，适合作为高年级本科生、研究生以及从事相关领域研究与开发的工程师和科学家的参考用书。第一部分：经典电磁场理论基础回顾本书开篇从麦克斯韦方程组的精炼形式入手，强调其在描述电磁现象中的中心地位。我们首先回顾了场的概念、边界条件以及电磁波在理想介质（如自由空间、线性均匀介质）中的传播特性。深入探讨了平面波的性质，包括极化、坡印廷矢量和能量流密度。随后，本书将重点放在非均匀介质和复杂几何结构中的电磁问题求解方法。我们详细阐述了亥姆霍兹方程的推导及其在解析求解中的应用，包括分离变量法、格林函数法等经典技术。特别地，针对工程实践中常见的散射和衍射问题，我们引入了瑞利-格 সহিংস散射理论、波导理论的基础，并讨论了不同坐标系下电磁场的表达方式，为后续理解复杂结构中的波的局域化现象打下坚实的数学和物理基础。第二部分：光子晶体物理学原理本部分是全书的核心，聚焦于光子晶体——一种具有周期性光学性质的超材料——的物理机理。我们将光子晶体定义为在光学频率范围内具有周期性折射率分布的结构，并阐述了这种周期性如何导致能带结构（Photonic Band Structure, PBS）的出现。我们详细分析了光子带隙（Photonic Band Gap, PBG）的形成机理，解释了布洛格（Bragg）散射在构建带隙中的关键作用。书中通过一维、二维和三维光子晶体模型的具体案例，如基于介电常数差异的周期结构，演示了如何通过改变晶体的设计参数（如晶格常数、孔径比、材料的相对介电常数）来精确调控带隙的位置、宽度和拓扑结构。为量化和预测光子晶体的性能，我们引入了数值计算方法。重点介绍了平面波展开法（Plane Wave Expansion, PWE）在计算能带结构中的优势和局限性。此外，对于计算特定缺陷模式或耦合效应，我们还探讨了有限差分时域法（FDTD）和有限元法（FEM）在模拟电磁波在光子晶体中传播与局域化过程中的应用，确保读者能够掌握从理论推导到数值模拟的完整流程。第三部分：光子晶体中的波的调控与拓扑效应基于前面对带隙的理解，本部分深入探讨了如何通过在完美光子晶体中引入结构缺陷来引导和控制电磁波。我们详细分析了点缺陷（如空位、插入物）如何导致局域态的产生，并解释了这些局域态如何形成光子晶体谐振腔，从而实现高品质因数（Q值）的谐振现象。进一步，本书拓展到更复杂的结构：光子晶体波导。我们阐述了线缺陷（如移除一行原子或列子结构）如何形成导光通道，并讨论了波导色散、弯曲损耗以及弯曲半径与传输效率之间的定量关系。为解决传统直波导中的损耗问题，我们引入了“慢光效应”的概念，分析了结构色散对群速度的影响，以及其在增强光与物质相互作用中的潜力。近年来光子晶体研究的热点——拓扑光子学——在本章占据重要篇幅。我们介绍了基于拓扑不变量（如陈数）的理论框架，并解释了如何设计具有拓扑保护的边缘态。这些边缘态的特点在于其对局部缺陷和几何形变具有极强的鲁棒性，从而有望突破传统波导对散射和杂质的敏感性。我们详细分析了克罗尼格-庞德（Kramers-Kronig）关系在描述拓扑绝缘体中拓扑边界态传输过程中的应用。第四部分：光子晶体的前沿应用与器件集成本部分将理论知识与实际工程应用紧密结合，展示了光子晶体在各个技术领域的突破性进展。 1. 传感与探测：利用光子晶体对周围介质折射率变化的极端敏感性，我们探讨了基于缺陷腔共振频率漂移的高灵敏度生物和化学传感器设计原理。 2. 高效率光电转换器件：讨论了如何利用光子晶体增强太阳能电池中的光吸收和光捕获效率，特别是针对薄膜太阳能电池，通过调控特定光谱范围内的光场分布来实现宽带吸收。 3. 集成光学与非线性光学：深入分析了在硅基平台集成光子晶体结构的可能性，以及如何通过慢光效应来增强非线性光学过程（如四波混频、频率梳的产生），从而在微尺度上实现更高效的光信号处理。 4. 超材料与广义反射：阐述了光子晶体作为一种基础的光学超材料单元，在实现负折射率、完美成像（超分辨成像）以及广义反射（如隐身斗篷的基础原理）方面的潜力。总结与展望：本书不仅提供了坚实的理论框架，也展示了利用电磁场理论指导光子晶体结构设计的实用工具集。展望未来，本书对前沿研究方向如高阶拓扑光子晶体、动态可重构光子系统以及与量子光学交叉领域的研究进行了预见性的讨论。我们希望读者能够通过本书的学习，掌握驾驭光波的先进技术，为光子学和信息技术的未来发展贡献力量。 ---