光波导模式理论

光波导模式理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:吉林大学出版社
作者:马春生
出品人:
页数:503
译者:
出版时间:2006年04月
价格:46.0
装帧:平装
isbn号码:9787560134093
丛书系列:
图书标签:
  • 导波光学
  • 物理
  • 光波导
  • 集成光学
  • 光纤
  • 模式理论
  • 电磁场理论
  • 光学
  • 通信
  • 微波光子学
  • 光子晶体
  • 纳米光子学
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具体描述

本书详细地介绍了光波导模式的基本概念、基本原理、基本理论和基本物理现象,内容包括:波导的电磁和射线理论基础,三层平板波导,多层平板波导,条形波导,介质吸收型波导等。本书内容丰富,讲解深入浅出,可作为导波光学、集成光学、光电子学与光电子技术、光子学与光子技术、光信息科学与技术、物理电子学等专业的理工科高等院校研究生的教学用书,同时又可作为相关专业科研工作者和工程技术人员的参考用书。

《光波导模式理论》内容不包含的图书简介 书名: 光波导模式理论 图书主题: 光波导技术、光学、电磁场理论、材料科学 内容不包含范围界定: 本书不涵盖以下主题或深度: 一、 纯粹的几何光学与射线追踪(Ray Optics) 本书将光波导的分析建立在严格的波动理论基础之上,因此,完全不涉及基于几何光学(Snell定律、全反射等概念)的纯粹射线追踪方法。 具体不包含的内容点: 1. 光线弯曲、折射与反射的初级几何描述: 缺乏对简单棱镜、透镜系统中光路图的详细绘制与计算,不使用光线追迹软件(如Zemax的几何光学模式)的分析流程。 2. 菲涅耳光瞳(Fresnel Zones)的简化应用: 对衍射效应的考虑仅限于波动场本身,不使用基于几何光学的菲涅耳波带的概念来解释衍射现象。 3. 阿贝数(Abbe Number)与色散的几何光学解释: 不探讨材料折射率随波长变化的几何光学效应(如色差),而将色散视为波导本征模式群速度差异的电磁场表现。 二、 经典光学成像与衍射的详细理论(不涉及波导耦合) 本书的重点在于波导内部的场分布、传播常数和模式特性。因此,对于经典光学中独立于波导结构的成像和衍射理论,本书将仅作背景提及,不进行深入展开。 具体不包含的内容点: 1. 傅里叶光学成像系统: 不详细推导共轭面、物方/像方焦平面、点扩散函数(PSF)和光学传递函数(OTF)的完整理论体系,除非这些概念直接用于描述波导中耦合效率的傅里叶变换分析。 2. 夫琅禾费(Fraunhofer)与菲涅耳(Fresnel)衍射的普适性推导: 不提供完整的平面波或球面波在自由空间中远场/近场衍射的经典理论推导(如单缝、圆孔衍射的详细积分求解)。 3. 全息术(Holography): 不涉及记录、再现、傅里叶全息或体光栅的全息原理及其在成像中的应用。 三、 固态物理与半导体器件的深层机理 虽然许多光波导结构(如光纤和集成光学芯片)基于半导体材料,但本书的立足点是电磁场在给定介质结构中的传播行为,而不是材料本身的量子力学或能带结构。 具体不包含的内容点: 1. 半导体能带理论与载流子动力学: 不深入讨论PN结的形成、耗尽区电场、载流子漂移/扩散机制,以及这些机制如何影响光吸收或光发射。 2. 激光器的完整量子效率分析: 本书不会详细分析增益介质的粒子数反转、阈值电流密度、量子限制效应(如量子阱、量子点激光器)的详细设计与优化。激光器仅作为产生特定波长光源的外部设备被提及。 3. 材料的微观结构缺陷对光学性能的影响: 不讨论晶格缺陷、杂质、晶界等对材料折射率的随机或系统性影响,不涉及材料生长技术(如MOCVD、MBE)的细节。 四、 高级或非线性光学现象的详细讨论 本书主要关注线性(或准线性)条件下,模式的本征解(特征值问题)。对于超越电磁场线性叠加原理的高级现象,本书仅介绍其在波导中的初步形式,不提供深入的理论推导和应用分析。 具体不包含的内容点: 1. 非线性克尔效应的完整推导: 不详细推导自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、自聚焦(Self-Focusing)等效应的非线性薛定谔方程(NLSE)及其精确解(如孤子)。 2. 参量过程与频率转换: 不深入讨论受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)或四波混频(FWM)在波导中的详细阈值分析和效率计算。 3. 光孤子(Optical Solitons)的动力学: 不探讨光孤子在存在损耗、色散或非线性干扰下的长期稳定性和演化特性。 五、 通信系统与器件的工程实现 本书的视角停留在“模式”的电磁学本质上。因此,对于这些模式如何被应用于实际通信或传感系统中的工程细节,本书不进行讨论。 具体不包含的内容点: 1. 光纤通信的系统级分析: 不讨论误码率(BER)、接收灵敏度、信噪比(SNR)、跨信道串扰(Crosstalk)在整个传输链路中的计算。 2. 波导器件的集成与封装: 不涉及芯片与光纤的对准技术(如V型槽、Trench耦合)、热管理、以及封装过程中的应力对模式场的退化影响。 3. 光纤传感器原理: 不讨论基于模式耦合的传感机制(如弯曲、温度、应力传感器的设计和校准),仅关注光在波导中传播的物理基础。 总结 《光波导模式理论》专注于电磁场在特定几何约束下(波导)的本征解的严格推导、模式的分类(TE, TM, HE, EH, Quasi-Modes)及其场分布、传播常数的计算方法(如有效折射率法、本征方程求解)以及模式之间的正交性与耦合分析。它是一本侧重于波动方程求解和电磁理论基础的学术专著,而非应用光学、半导体物理或通信工程的教科书。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我是一名材料科学的研究者,最近在研究一种新型光电器件,其中涉及到光波导的设计和优化。《光波导模式理论》这本书,无疑是我在这一过程中遇到的最重要的一本参考书。它的内容深度和广度都远远超出了我的预期。这本书的开篇就从基础的波动光学原理讲起,详细阐述了光在不同介质中的传播规律,以及光波导的形成机制。作者在讲解过程中,对每一个数学公式的推导都进行了详细的说明,并且会解释公式背后的物理意义,这使得即使是一些复杂的数学模型,我也能相对容易地理解。我特别喜欢书中对于“模式”概念的阐释。它不仅仅是数学上的解,更是光在波导中传播的物理模式。作者通过详细分析不同模式的传播常数、截止频率以及场分布,揭示了不同模式在能量携带、传输速度和损耗特性上的差异。这对于我选择合适的模式来驱动我的器件,以及优化器件的性能,提供了重要的理论指导。我记得其中一个章节,详细讨论了单模光波导和多模光波导的特点,以及如何通过控制波导的尺寸和折射率分布来实现单模传输。这对我设计高性能的光电器件至关重要。此外,书中还深入探讨了各种类型的光波导,如平板波导、介质脊波导、金属波导等,并分析了它们各自的优缺点以及适用范围。我还记得有一个章节,详细讨论了模式耦合和模式转换的原理,这对于理解和设计光开关、光调制器等器件具有直接的指导意义。这本书的语言风格严谨而专业,但也非常清晰,即使对于非光学专业的读者,只要有一定的物理基础,也能从中获得很多启发。

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我是一名半导体物理专业的学生,最近对光与物质的相互作用,尤其是在微纳结构中的光传播现象非常感兴趣。在导师的推荐下,我阅读了《光波导模式理论》这本书。这本书给我最大的感受就是其内容的系统性和理论的严谨性。作者从基础的电磁理论和波动光学讲起,逐步引入了光波导的概念,并通过详细的数学推导,分析了不同类型的光波导结构及其模式特性。我印象最深刻的是,书中对“模式”的定义和分类,作者不仅给出了严格的数学定义,还从物理图像上进行了生动的描绘,比如不同模式下能量在波导中的分布以及传播路径。这让我对光在微纳结构中的“行为”有了更深的理解。我记得其中一个章节,详细讨论了介质脊波导的模式特性,包括其有效折射率、截止波长以及各阶模式的场分布。作者通过对这些参数的细致分析,揭示了脊形结构如何影响模式的传播,以及如何通过改变脊的高度和宽度来控制光的传播。这对我理解和设计半导体光器件中的波导结构非常有启发。此外,书中还深入探讨了模间耦合和模式转换的理论,这对于理解某些光电器件的工作原理,如光开关、光调制器等,至关重要。作者在讲解过程中,虽然涉及不少数学公式,但都给出了清晰的推导步骤和物理意义的解释,使得我即使是初次接触,也能较好地理解。这本书的内容非常丰富,对我今后的学术研究非常有帮助。

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这本书《光波导模式理论》是我在一次偶然的机会下,在一家旧书店里淘到的。当时就被它沉甸甸的质感和朴素但又不失厚重的封面设计所吸引。我一直对物理学,尤其是光学领域有着浓厚的兴趣,而光波导恰恰是现代光学技术中一个至关重要的分支。拿到书后,我迫不及待地翻开阅读。这本书的开篇就以非常扎实的基础理论作为切入点,从麦克斯韦方程组出发,详细阐述了电磁波在均匀介质中的传播特性,并为后续的光波导理论奠定了坚实的理论基础。我尤其欣赏作者在讲解过程中,对于数学推导的严谨性和清晰度。他并没有回避那些复杂的数学公式,而是将它们一一呈现,并且用详尽的文字解释了每一个符号的含义以及推导过程的逻辑。我记得其中有一个章节,详细介绍了光波导的边界条件及其对模式解的影响。作者通过分析不同边界条件下的本征方程,清晰地解释了TE模式、TM模式以及混合模式的产生和传播机制。书中的插图也非常精良,它们不仅仅是简单的示意图,更是包含了大量的物理信息,比如不同模式的场分布、能量的流动方向等,这对于我这种视觉型学习者来说,简直是福音。我记得有一张关于单模光纤的场分布图,让我对光是如何被“束缚”在光纤中,有了非常直观的认识。此外,书中还对一些典型的波导结构,如介质脊波导、金属包层波导等进行了深入的分析,并给出了相应的解析解和数值解方法,这对于我今后进行相关的理论研究和仿真设计,提供了极大的帮助。

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老实说,我拿到《光波导模式理论》这本书的时候,并没有抱太大的期待。我对光波导这个领域算不上是专家,但也有所了解,知道它在光通信、激光技术等领域有着广泛的应用。然而,我总觉得很多关于光波导的书籍要么过于偏重应用,要么理论过于抽象,很难找到一本能够系统性地、深入浅出地讲解其核心理论的书。这本书的封面设计非常简洁,没有夺人眼球的插图,只有书名和作者的名字,这让我觉得它更像是一本纯粹的学术著作,而不是一本科普读物。当我开始阅读时,我发现我的判断是正确的。这本书的内容非常扎实,开篇就从电磁理论和波动光学的基础知识讲起,逐步引入了光波导的定义和基本概念。作者在讲解过程中,非常注重数学推导的严谨性,几乎每一个公式的出现都有其逻辑上的必然性。我特别喜欢的是,作者并没有回避那些复杂的数学公式,而是将它们一一呈现,并用清晰的语言解释它们的含义和物理意义。例如,在讲解不同模式(如TE模式、TM模式)的传播特性时,作者详细推导了相应的传播常数、截止条件以及场分布的数学表达式,并辅以大量的示意图来帮助读者理解。这些示意图非常精细,能够直观地展示不同模式下电场和磁场的分布情况,以及它们在波导中的传播方式。而且,作者在讲解过程中,还会穿插一些关于光波导实际应用的例子,比如在光纤通信系统中,不同模式的传播特性对信号传输的影响,这使得原本抽象的理论变得更加生动和有说服力。我记得其中有一个章节,详细讨论了如何通过改变波导的结构参数来控制模式的产生和传播,这对我理解一些高级光器件的设计非常有启发。这本书的排版也非常清晰,章节之间的逻辑关系明确,即使对于初学者来说,也能较好地把握其整体框架。

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这本书的名字叫《光波导模式理论》,我是在一个偶然的机会下,在一间书店的角落里发现它的。当时我正为我的一篇关于新型光通信器件的论文搜集资料,对光在光纤中的传播机制感到有些困惑。翻开这本书,厚重的封面,泛黄的书页,都透着一股老派学术著作的沉静。我被它朴实无华的封面设计吸引了,没有那些花里胡哨的图示,只有一行行端庄的宋体字。我当时并没有对它抱有太高的期望,想着大概率是一本晦涩难懂的教科书,但职业的敏感让我还是把它带回了家。回到实验室,在忙碌的工作间隙,我开始翻阅它。这本书的语言风格非常严谨,从最基础的光的波动性出发,一点点推导出光波导的数学模型。我记得第一章详细阐述了麦克斯韦方程组在介质中的应用,这部分内容虽然有些理论深度,但作者的讲解却异常清晰,每一个推导步骤都给出了详细的说明,甚至还引用了一些经典的物理学实验来佐证。我尤其欣赏的是,作者并没有直接跳到复杂的波导结构,而是从最简单的平行板波导开始,层层递进,直到介质脊波导、介质圆柱波导等更复杂的结构。每一类波导的推导都伴随着大量的公式和图表,这些图表并非简单的示意图,而是包含了丰富的物理信息,比如不同模式的场分布、截止频率等。我感觉这本书就像一个循循善诱的老师,耐心地引导我一步步理解光波导的奥秘。它不是那种一味灌输知识的书,而是鼓励读者去思考、去理解背后的物理原理。我常常会在某个公式推导处停下来,反复琢磨作者的思路,有时甚至会拿出纸笔,跟着一起演算。这种沉浸式的学习体验,是我在其他很多技术书籍中很难找到的。它让我体会到了理论研究的严谨与乐趣。

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从这本书《光波导模式理论》的封面开始,我就被它所吸引。那是一种非常简洁、朴素的设计,没有花哨的插图,只有深刻的标题和作者的名字。这让我预感它是一本非常“硬核”的学术著作,适合深入钻研。当我开始阅读时,我的预感得到了证实。作者从最基础的物理概念出发,一步步构建起光波导的完整理论体系。我记得其中一个章节,详细讲解了电磁场的边界条件,以及它们在光波导分析中的重要性。作者用非常严谨的数学推导,展示了TE模式、TM模式以及混合模式是如何产生的,并且给出了它们的传播常数和场分布的表达式。这本书的逻辑性非常强,章节之间的过渡自然流畅,让我能够清晰地理解每一个概念是如何从前一个概念发展而来的。我尤其赞赏作者在讲解复杂的数学公式时,总会辅以大量的物理意义解释和图示。例如,在分析不同模式的场分布时,书中提供了非常精细的二维和三维示意图,这让我能够直观地理解不同模式下电场和磁场的形态以及能量的传播方式。我记得其中一个章节,详细讨论了光波导的损耗机制,包括吸收损耗、散射损耗以及辐射损耗,并且给出了相应的计算方法。这对于理解光波导器件的实际性能,以及如何优化设计以降低损耗,提供了非常重要的理论依据。总的来说,这本书给我留下了极其深刻的专业印象,它是一本值得反复阅读和细细品味的学术佳作。

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我是一名对物理学充满好奇心的爱好者,虽然不是专业人士,但我喜欢阅读一些具有深度和广度的书籍。《光波导模式理论》这本书,是我最近读到的一本让我耳目一新的作品。它的名字听起来有些专业,但我被它吸引的原因,是因为我一直对光在各种介质中的传播方式感到好奇。这本书的开篇,就以非常清晰易懂的方式,介绍了光的基本性质,包括光的波动性、偏振性以及光的传播规律。作者没有直接跳入复杂的理论,而是从宏观的物理现象入手,循序渐进地引导读者进入光波导的世界。我特别欣赏的是,书中对“模式”这个概念的解释。它不仅仅是一个抽象的数学术语,更是光在波导中传播的具体“姿态”。作者通过丰富的图示和形象的比喻,将不同模式的电场和磁场分布、能量的传播方向等,都描绘得栩栩如生。我记得其中有一个章节,详细介绍了单模光波导和多模光波导的区别,以及它们在实际应用中的优劣势。这让我对光纤通信中的信息传输方式有了更直观的理解。此外,书中还介绍了几种不同类型光波导的结构特点,比如平板波导、介质脊波导、光纤等,并分析了它们各自的模式特性。作者在讲解过程中,虽然涉及了一些数学公式,但都给予了详细的解释,让我即使是理工科背景不那么深厚的读者,也能大致理解其物理意义。这本书让我体会到了光学研究的严谨和美丽,也拓宽了我对光的认识。

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我是一名在读的物理学研究生,一直对光子学领域非常感兴趣。最近在研究方向上,需要深入了解光波导的理论基础,于是朋友推荐了《光波导模式理论》这本书。拿到书后,我第一感觉是它相当厚重,这让我对内容的深度有了初步的预期。打开书页,我便被它严谨的学术风格所吸引。作者从最基本的物理原理出发,层层递进,逐步构建起完整的理论体系。我尤其赞赏作者在概念引入上的循序渐进,他首先详细讲解了麦克斯韦方程组在导波结构中的应用,然后通过分析边界条件,推导出了各种光波导的本征方程。这些推导过程非常详尽,每一个步骤都充满了严谨的逻辑性,让我能够清晰地理解公式的由来。书中的插图也非常精良,它们不仅仅是简单的示意图,更是包含了大量的信息,比如不同模式的场分布、能量密度以及传播常数等。我记得有几个章节,作者详细分析了理想波导和非理想波导的差异,以及各种损耗机制对模式传播的影响,例如散射损耗、吸收损耗等。这些内容对于理解真实光波导器件的性能至关重要。此外,书中还对几种典型的光波导结构,如介质平面波导、介质脊波导、金属包层波导等进行了深入的分析,并给出了相应的解析解或数值解方法。这些内容对于我进行仿真和设计工作非常有帮助。虽然这本书的理论性很强,但作者的讲解并不枯燥,他常常会穿插一些历史性的背景,或者提及一些重要的实验发现,这使得阅读过程更加有趣。我感觉这本书不仅仅是一本教科书,更是一份关于光波导理论发展的宝贵记录。

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这本《光波导模式理论》给我留下了极其深刻的印象,完全颠覆了我之前对这类学术书籍的刻板印象。我一直觉得,关于光波导的书籍要么充斥着令人望而生畏的数学公式,要么就是过于偏向工程应用,而忽略了其背后深刻的物理内涵。但这本书,恰恰在这两者之间找到了一个绝佳的平衡点。它的理论深度毋庸置疑,从波动光学的基础出发,逐步建立起光波导的数学模型。我记得在一开始,作者就花费了相当大的篇幅来讲解光的偏振、相干性等基本概念,这对于理解后续的模式分析至关重要。然后,他详细阐述了波导的边界条件和求解麦克斯韦方程组的方法,特别是对于不同边界条件下的本征值问题,给出了非常详尽的解析。让我眼前一亮的是,书中对各种光波导结构,如介质脊波导、金属波导、光子晶体波导等,都进行了细致的分析。对于每一种波导,作者都给出了其传播常数、截止频率、场分布的表达式,并且通过大量的数值计算结果和图表,直观地展示了这些参数的变化趋势。我尤其印象深刻的是,书中对“模式”这个概念的阐释,它不仅仅是数学上的解,更是物理上光能量在波导中传播的特定方式。作者通过对不同模式的分析,揭示了它们在能量携带、传播速度、损耗特性等方面的差异,这对于理解和设计光器件至关重要。我记得其中有一个章节,详细讨论了模式耦合和模式转换的原理,这对于光通信系统中的复用和解复用技术有着直接的应用。整本书的语言风格非常专业且严谨,但又不失逻辑性和清晰度,即使是对于初学者,只要肯花时间和精力去钻研,也能从中受益匪浅。

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我是一名光学工程师,日常工作中经常会接触到各种光学器件的设计和优化。《光波导模式理论》这本书,对我来说,简直是一本“救命稻草”。我之前在设计一款光调制器时,遇到了一个棘手的模式失配问题,怎么调参都无法达到理想效果。在同事的推荐下,我找到了这本书。说实话,刚拿到这本书的时候,我被它厚重的分量和朴素的外观吓到了,心想这下可完蛋了,估计又是啃不动的“硬骨头”。但是,当我翻开它,我立刻被吸引住了。这本书的开篇就从光学的基本原理讲起,对光的波动性和粒子性的阐述,以及麦克斯韦方程组在介质中的应用,都写得非常透彻。我特别喜欢的是,作者在讲解复杂理论时,总是会结合实际的物理场景来解释,而不是一味地抛出公式。比如,在讲解光波导的形成机制时,他并没有直接给出数学模型,而是先从折射率分布不均匀的介质中光线的传播路径开始分析,然后逐步过渡到数学推导。书中对于不同模式的分类、特性分析,以及它们在波导中的传播方式,都给出了非常详尽的描述。我记得其中有一个章节,详细讨论了不同类型波导(如平板波导、脊形波导、圆柱形波导)的模式特性,并且给出了不同模式下的传播常数、有效折射率等关键参数的计算方法。这些内容对我来说非常实用。让我印象深刻的是,书中还深入分析了各种损耗机制,如材料损耗、散射损耗、辐射损耗等,以及它们对模式传播的影响。这对于我在设计中如何选择合适的材料、优化器件结构,以降低损耗,起到了非常重要的指导作用。这本书的语言风格严谨而又不失条理,让我能够清晰地理解每一个概念和推导过程。

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四星半

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当初做集成光学课程设计时用的,内容严谨,很有帮助。

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当初做集成光学课程设计时用的,内容严谨,很有帮助。

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