Metamaterials Theory, Design, and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Tie Jun Cui

出品人:

页数:392

译者:

出版时间:2009-11

价格:$ 224.87

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isbn号码:9781441905727

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• 超材料
• 物理
• 工作
• 光子学
• 材料学
• 材料/research
• Metamaterials
• Electromagnetics
• Photonics
• Nanophotonics
• Material Science
• Engineering
• Design
• Applications
• Wave Propagation
• Optical Physics

新兴光子学与电磁学前沿研究：从基础理论到先进器件的系统性探讨 本书聚焦于当代物理学和工程学交叉领域的前沿热点——超材料（Metamaterials）之外的、具有深远影响力的光学、电磁学及相关物理现象的理论建模、设计原理和实际应用。 本书旨在为高年级本科生、研究生以及专业研究人员提供一个结构化且深入的知识框架，用以理解和掌握超越传统材料限制的物理学范式。 本书将首先从电磁波在复杂介质中的传播与散射理论这一基础出发，深入剖析麦克斯韦方程组在非均匀、各向异性及时变介质中的精确求解方法。不同于传统材料的宏观电磁响应，本书将重点探讨基于场论的散射截面优化、波前整形技术（Wavefront Engineering）以及非线性光学效应在新型结构设计中的核心作用。我们将详尽阐述由经典波动理论衍生的关键概念，例如散射矩阵（S-matrix）的构造、局域场增强效应的定量分析，以及如何利用拓扑概念来描述波的传播路径和稳定性。 在理论基础部分，本书将系统回顾并扩展关于光子晶体（Photonic Crystals）的能带理论和缺陷态分析。我们将详细阐述布洛赫定理在周期性结构中的应用，探讨其在控制光流（Light Flow）方面的潜力，特别是对特定频率光子禁带的精确调控方法。不同于着重于亚波长结构的人工复合材料，本书将深入探讨大尺寸周期结构在光收集、辐射抑制和模式选择方面的独特优势。此外，还会涵盖拓扑光子学（Topological Photonics）的基础，重点分析由手性（Chirality）或时间反演对称性破缺所诱导的拓扑边缘态（Topological Edge States），并讨论这些态在抗背散射通信中的应用前景。 器件设计与工程实现是本书的另一核心支柱。我们将详细介绍基于等离子体共振（Plasmonic Resonance）的器件设计，但重点将放在表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）的引导、耦合与能量传输机制上，而非其作为结构单元的简单堆叠。书中会给出精确的数值模拟方法，如时域有限差分法（FDTD）和有限元法（FEM）在分析多层膜结构、光栅衍射器件中的精确参数设置和结果解释。尤其会关注高效率、低损耗的集成光子学器件的设计挑战，包括波导的弯曲损耗优化、光栅耦合效率的调谐，以及微腔的品质因子（Q factor）的理论提升路径。 本书对非线性光学的探讨将超越标准的基础非线性效应描述。我们将聚焦于高效频率转换（Frequency Conversion）的设计，例如周期性极化（Periodically Poled Materials）技术在倍频、和频产生中的应用，以及如何利用光纤布里渊散射和拉曼散射来开发新型光纤激光器和传感系统。书中将包含详细的耦合波理论（Coupled Mode Theory）在描述波导间、模式间能量交换时的应用，这对设计高性能耦合器和模式分离器至关重要。 在先进应用方面，本书将探讨高性能传感系统的构建原理。这包括基于表面增强拉曼散射（SERS）的超灵敏化学和生物传感平台的理论基础，重点分析增强机制中的电磁场局部放大效应。此外，本书还将深入研究光场调控在微纳尺度生物成像中的应用，例如利用远场/近场耦合技术实现超衍射极限成像，并讨论如何通过设计特定的光学元件来控制光束的强度分布、偏振态和相位结构，以实现对生物样本的无损、高分辨率观测。 最后，本书将展望时变电磁学的应用潜力。这部分内容将涵盖材料的电磁响应随时间变化的理论框架，包括如何利用光驱动或电驱动的材料来实现动态光开关、可重构滤波器等功能。我们将探讨利用材料的非厄米（Non-Hermitian）特性来设计具有单向传输特性的光子器件，以及如何利用这些特性来克服传统无源器件的损耗限制。 本书的全部内容都基于成熟的波动光学、经典电磁理论、半导体物理以及集成光学的严格数学推导和实验验证，旨在提供一个严谨、深入且具有高度实践指导价值的研究资料。

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这本书最让我赞叹的是其非凡的深度和广度，它就像是一扇通往超材料世界最核心的窗户，让我得以窥见其精妙绝伦的构造和无限可能。在理论部分，作者以一种极为精炼且富有洞察力的方式，梳理了超材料学的基本原理和核心概念。我尤其欣赏书中对有效介质理论的深入剖析，以及其局限性在实际设计中的体现，这为我提供了更深刻的理解。我曾为了理解某些复杂的理论模型而查阅了大量的文献，但在这本书中，作者用清晰的语言和严谨的数学推导，将这些复杂的问题一一化解，让我受益匪浅。设计部分更是让我眼前一亮，作者不仅介绍了传统的超材料设计方法，还详细讲解了基于人工智能和机器学习的先进设计技术，这为我未来的研究方向提供了新的启示。书中列举的许多设计实例，涵盖了从电磁隐身、高增益天线到生物医学传感等广泛领域，每一个实例都进行了深入的剖析，让我能够从中汲取灵感，并将其应用到自己的研究中。这本书的出现，无疑将超材料的研究推向了一个新的高度，也为我们这些研究者提供了新的思考方向。

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对于初学者来说，超材料领域无疑是一个充满挑战的学科。概念复杂，数学推导繁琐，应用场景也五花八门，很容易让人望而却步。然而，《Metamaterials Theory, Design, and Applications》这本书却以一种极其友好的方式，为我打开了超材料世界的大门。我一直对超材料充满好奇，但苦于找不到合适的入门书籍。这本书的结构设计得非常合理，从最基础的物理概念讲起，逐步深入到复杂的理论模型和设计方法。我尤其喜欢书中对每一个概念的清晰定义和生动解释，配合大量的图示和例子，让我能够快速理解抽象的物理原理。例如，书中对于负折射率的解释，不仅仅是给出数学公式，更是用形象的比喻和动画效果，让我能够直观地理解其物理含义。在设计部分，作者并没有直接给出复杂的公式，而是从单元结构的设计思路出发，引导读者一步步思考。我曾尝试过自己设计一些简单的超材料结构，但总是不得其法，而这本书中的设计流程，就像是给我提供了一个“地图”，让我能够沿着清晰的路径去探索。书中还介绍了许多常用的设计软件和仿真工具，并提供了详细的使用教程，这对于我这样的初学者来说，是极其宝贵的资源。我不再是那个对超材料一知半解的门外汉，而是能够独立思考和设计简单超材料结构的研究者。

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这本书的出现，无疑是对我一直在探索的超材料领域的一次“洗礼”。我曾一度认为自己对超材料的理解已经足够深入，但《Metamaterials Theory, Design, and Applications》却让我看到了更多的可能性。书中对理论的阐述，不仅仅是停留在表面，而是深入到每一个公式、每一个概念的本质。我尤其欣赏作者对电磁场与物质相互作用的深入剖析，以及如何从微观层面解释宏观的超材料特性。我曾为了理解某些复杂的物理模型而查阅了大量的文献，但在这本书中，作者用清晰的语言和严谨的数学推导，将这些复杂的问题一一化解，让我受益匪浅。设计部分更是亮点频出，作者不仅介绍了传统的超材料设计方法，还详细讲解了基于人工智能和机器学习的先进设计技术，这为我未来的研究方向提供了新的启示。书中列举的许多设计实例，涵盖了从电磁隐身、高增益天线到生物医学传感等广泛领域，每一个实例都进行了深入的剖析，让我能够从中汲取灵感，并将其应用到自己的研究中。这本书的出现，无疑将超材料的研究推向了一个新的高度，也为我们这些研究者提供了新的思考方向。这本书的价值，在于它不仅仅提供知识，更重要的是，它能够激发读者的思考，引导读者去探索更广阔的科学天地。

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这本书给我带来的最深刻印象，就是其无与伦比的系统性和前瞻性。在《Metamaterials Theory, Design, and Applications》中，我看到了超材料领域最前沿的理论进展，也窥见了其未来发展的无限可能。作者在理论部分的阐述，不仅仅是总结现有的知识，更是对未来研究方向的深刻洞察。例如，书中对量子超材料、时空超材料等新兴领域的介绍，让我看到了超材料研究的广阔前景。我曾为理解某些前沿理论而苦恼，但这本书的叙述方式，就像是一位经验丰富的向导，引领我穿越复杂的研究迷雾，直达问题的核心。在设计部分，作者更是将最新的设计理念和技术融入其中。我曾被书中介绍的基于机器学习的超材料设计方法所吸引，这种方法能够极大地提高设计效率，并探索出更优越的结构。书中还提供了大量不同类型的超材料设计实例，涵盖了从通信、传感到成像等多个应用领域，每一个实例都进行了深入的剖析，让我能够从中汲取灵感，并将其应用到自己的研究中。这本书的出现，无疑将超材料的研究推向了一个新的高度，也为我们这些研究者提供了新的思考方向。我感觉自己不仅仅是在阅读一本技术书籍，更是在与一个时代的科技前沿对话，这种感觉非常振奋人心。

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在我看来，《Metamaterials Theory, Design, and Applications》这本书最成功的地方，在于它能够将如此复杂和前沿的科学领域，用一种既严谨又易于理解的方式呈现出来。我之前对超材料的认识，大多来自于零散的论文和会议报告，总是感觉缺乏一个完整的体系。这本书的出现，正好弥补了这一缺憾。作者从最基础的物理原理入手，逐步引导读者进入超材料的殿堂。我特别喜欢书中对各种超材料效应的详细解释，例如负折射率、完美透镜、超材料隐身衣等，每一个概念都配有清晰的插图和生动的比喻，让我能够轻松掌握。在设计部分，我更是看到了许多前所未有的创新方法。书中对参数化设计、拓扑优化以及基于机器学习的设计流程的介绍，让我看到了超材料设计未来的发展趋势。我曾尝试过自己设计一些简单的超材料结构，但总是遇到瓶颈，而这本书中的设计案例和实操指导，就像是给我提供了一个“秘密武器”，让我能够更有信心地去解决问题。我不再是那个只能在理论海洋中漂泊的研究者，而是能够掌握实用设计技巧的实践者。

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这本书简直是我最近学术生涯中的一盏明灯！在我投入研究的这个领域，总感觉自己是在黑暗中摸索，理论基础不牢固，设计思路也有些模糊，应用更是停留在概念阶段。当我偶然间翻开《Metamaterials Theory, Design, and Applications》这本书时，那种豁然开朗的感觉，至今仍让我记忆犹新。作者深入浅出地剖析了超材料的底层物理原理，无论是电磁波与物质的相互作用，还是负折射率、完美透镜等概念，都讲解得极为透彻。我尤其欣赏书中对数学推导的严谨性，每一个公式的引入都有其深刻的物理意义，并且层层递进，逻辑清晰。我曾为了理解某些复杂的理论而苦恼了很久，但这本书的叙述方式，就像一位经验丰富的导师，循循善诱，将抽象的概念具象化，让我能够真正理解其精髓。不仅仅是理论，书中对于超材料的设计部分更是提供了宝贵的指导。从单元结构的设计原则，到宏观阵列的构建策略，再到具体的数值模拟和优化方法，都进行了详尽的阐述。我曾尝试过自己设计一些简单的超材料结构，但总是遇到瓶颈，而这本书中的案例分析和设计流程，为我提供了全新的思路和实用的技巧，让我能够更有针对性地去解决问题。书中提供的设计流程，不仅仅是理论的堆砌，更是结合了实际的工程考量，这对于我这样一个刚刚开始探索的读者来说，是极其宝贵的财富。我不再是那种“纸上谈兵”的理论研究者，而是能够将理论知识转化为实际设计方案的实践者。

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老实说，我一开始对这本书的期待并没有那么高，毕竟“理论、设计、应用”这几个词听起来有点泛泛而谈，我怕它会流于表面，缺乏深度。然而，《Metamaterials Theory, Design, and Applications》彻底颠覆了我的这种看法。这本书以一种极其系统和全面的方式，将超材料的整个生命周期都囊括其中。在理论部分，它不仅仅是罗列了现有的理论框架，更重要的是，它深入探讨了这些理论的起源和发展脉络，让我能够站在巨人的肩膀上，去理解超材料研究的宏观图景。我特别喜欢书中对几种主流超材料理论的比较分析，以及它们各自的优缺点和适用范围，这为我选择研究方向提供了极大的帮助。而在设计部分，作者似乎有一种神奇的能力，能够将复杂的工程问题分解成一个个可管理的小模块。我曾被书中介绍的各种先进设计工具和方法所震撼，例如参数化设计、拓扑优化等等，这些技术让我看到了超材料设计未来的可能性。书中还提供了大量不同类型的超材料设计实例，涵盖了从微波到光学、从吸波到传感等多个领域，每一个案例都详尽地介绍了设计思路、仿真过程和实验验证，让我能够清晰地看到理论是如何转化为实际产品的。我曾一度对如何将理论应用到实际问题上感到迷茫，但这本书中的案例研究，就像是一本“成功秘籍”，让我看到了理论与实践相结合的无限可能。我不再是那个只能在教科书上“纸上谈兵”的研究者，而是能够带着这些知识去解决实际工程问题的工程师。

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《Metamaterials Theory, Design, and Applications》这本书，对我而言，不仅仅是一本学术著作，更是一场思想的启迪之旅。我一直对超材料能够“违背”自然规律的能力感到着迷，但始终感觉自己徘徊在门外。这本书以其独特的视角和深入浅出的讲解，让我能够真正地走进这个奇妙的世界。我尤其喜欢书中对各种超材料现象的“解剖式”分析，例如对负折射率的由来，以及它如何在宏观尺度上表现出来，都进行了非常详细的解释。我曾为了理解某些复杂的物理模型而查阅了大量的文献，但在这本书中，作者用清晰的语言和严谨的数学推导，将这些复杂的问题一一化解，让我受益匪浅。在设计部分，我更是被书中提供的各种设计工具和优化算法所吸引。我曾尝试过自己设计一些简单的超材料结构，但总是遇到瓶颈，而这本书中的设计流程，就像是给我提供了一个“路线图”，让我能够沿着清晰的路径去探索。书中还提供了许多具体的案例分析，涵盖了从微波到光学、从吸波到传感等多个领域，每一个案例都详尽地介绍了设计思路、仿真过程和实验验证，让我能够清晰地看到理论是如何转化为实际产品的。

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我是一名资深的超材料研究者，在这个领域摸爬滚打了十几年，自认为对超材料的理解已经比较深刻。然而，当我拿到《Metamaterials Theory, Design, and Applications》这本书时，我还是被它所展现出的深度和广度所折服。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一本百科全书，将超材料的方方面面都梳理得井井有条。在理论部分，作者以一种前所未有的方式，将原本分散的理论知识串联起来，形成了一个逻辑严密的知识体系。我尤其欣赏书中对一些前沿理论的深入探讨，例如人工原子模型、有效介质理论的局限性以及非线性超材料的最新进展，这些内容对于我这样的资深研究者来说，也具有极高的参考价值。我曾经为了理解某些复杂的理论模型而查阅了大量的文献，但在这本书中，作者用清晰的语言和严谨的数学推导，将这些复杂的问题一一化解，让我受益匪浅。设计部分更是亮点频出，作者不仅介绍了传统的超材料设计方法，还详细讲解了基于人工智能和机器学习的先进设计技术，这为我未来的研究方向提供了新的启示。书中列举的许多设计实例，涵盖了从电磁隐身、高增益天线到生物医学传感等广泛领域，每一个实例都进行了深入的剖析，让我能够从中汲取灵感，并将其应用到自己的研究中。这本书的出现，无疑将超材料的研究推向了一个新的高度，也为我们这些研究者提供了新的思考方向。

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对于一个对超材料领域充满好奇但又不知从何处下手的读者来说，《Metamaterials Theory, Design, and Applications》这本书无疑是一份珍贵的礼物。我一直对超材料能够操纵电磁波的奇特能力感到着迷，但复杂的数学推导和抽象的概念常常让我望而却步。这本书的作者似乎拥有神奇的“点石成金”的本领，将这些复杂的知识变得简单易懂。我特别欣赏书中对每一个理论概念的循序渐进的解释，以及对每一个公式背后的物理意义的深入挖掘。例如，书中对布洛赫定理在超材料中的应用的解释，就让我对周期性结构有了全新的认识。在设计部分，我更是被书中提供的各种设计工具和优化算法所吸引。我曾尝试过自己设计一些简单的超材料结构，但总是遇到瓶颈，而这本书中的设计流程，就像是给我提供了一个“路线图”，让我能够沿着清晰的路径去探索。书中还提供了许多具体的案例分析，涵盖了从微波到光学、从吸波到传感等多个领域，每一个案例都详尽地介绍了设计思路、仿真过程和实验验证，让我能够清晰地看到理论是如何转化为实际产品的。

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