Electromagnetic and Optical Pulse Propagation

Electromagnetic and Optical Pulse Propagation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Oughstun, Kurt E.
出品人:
页数:846
译者:
出版时间:2009-8
价格:$ 270.07
装帧:
isbn号码:9781441901484
丛书系列:
图书标签:
  • 电磁波传播
  • 光学传播
  • 脉冲传播
  • 电磁学
  • 光学
  • 波导
  • 光纤
  • 非线性光学
  • 数值模拟
  • 信号完整性
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具体描述

"Electromagnetic & Optical Pulse Propagation" presents a detailed, systematic treatment of the time-domain electromagnetics with application to the propagation of transient electromagnetic fields (including ultrawideband signals and ultrashort pulses) in homogeneous, isotropic media which exhibit both temporal frequency dispersion and attenuation. The development is mathematically rigorous with strict adherence to the fundamental physical principle of causality. Approximation methods are based upon mathematically well-defined asymptotic techniques that are based upon the saddle point method. A detailed description is given of the asymptotic expansions used. Meaningful exercises are given throughout the text to help the reader's understanding of the material, making the book a useful graduate level text in electromagnetic wave theory for both physics, electrical engineering and materials science programs. Both students and researchers alike will obtain a better understanding of time domain electromagnetics as it applies to electromagnetic radiation and wave propagation theory with applications to ground and foliage penetrating radar, medical imaging, communications, and the health and safety issues associated with ultrawideband pulsed fields. Volume 2 presents a detailed asymptotic description of plane wave pulse propagation in dielectric, conducting, and semiconducting materials as described by the classical Lorentz model of dielectric resonance, the Rocard-Powles-Debys model of orientational polarization, and the Drude model of metals. The rigorous description of the signal velocity of a pulse in a dispersive material is presented in connection with the question of superluminal pulse propagation.

《聚焦光速:量子信息时代的光脉冲传输奥秘》 本书深入探讨了光脉冲在现代科技,尤其是在量子信息科学领域中至关重要的传输特性。我们将从基础的光学原理出发,逐步揭示光脉冲的形成、演化以及它们如何在复杂媒介中传播。 第一部分:光脉冲的基石 光学基础回顾: 从惠更斯原理和费马原理出发,回顾经典电磁理论对光的描述,包括麦克斯韦方程组在光传播中的应用。介绍不同光学介质的特性,如折射率、吸收率和色散,这些都将直接影响光脉冲的行为。 光脉冲的产生与特征: 详细阐述激光器作为主要光脉冲源的原理,特别是不同类型激光器(如连续波激光器、调Q激光器、锁模激光器)如何产生具有特定脉冲宽度、重复频率和峰值功率的光脉冲。我们将分析光脉冲的数学模型,例如高斯脉冲、sech脉冲,并讨论脉冲的频谱宽度和时域宽度之间的关系(傅里叶变换)。 非线性光学入门: 引入非线性光学效应,这是理解强光脉冲传输的关键。介绍三阶非线性效应,如克尔效应(自聚焦、自相位调制)和拉曼散射,以及二阶非线性效应,如二次谐波产生。解释这些效应如何改变光脉冲的波形、频谱和传播路径。 第二部分:光脉冲在介质中的传播 线性传播与色散: 深入研究光脉冲在不同介质中的线性传播。详细分析群速度色散(GVD)和模式色散(MOD)的影响,解释它们如何导致光脉冲展宽和畸变。介绍补偿色散的技术,如色散补偿光纤(DCF)和光栅对。 非线性传播动力学: 重点研究强光脉冲在非线性介质中的传播。 自相位调制 (SPM): 详细阐述SPM如何引起光脉冲频谱的展宽,并可能导致超短脉冲的产生。 交叉相位调制 (XPM): 分析多束光在共享介质中传播时,一束光如何影响另一束光的相位。 自陡波 (SS): 解释自陡波现象,即光脉冲前沿的快速上升,以及它在超快现象研究中的应用。 孤子脉冲: 深入研究在色散和非线性效应相互作用下产生的稳定传播的孤子。分析其形成条件、类型(如时间孤子、空间孤子)以及在光通信和光计算中的潜力。 受激拉曼散射 (SRS) 和受激布里渊散射 (SBS): 探讨高强度光脉冲引起的受激散射过程,以及它们对光脉冲传输的增益和损耗效应。 光纤中的脉冲传播: 专门讨论光脉冲在光纤通信系统中传播的挑战和机遇。分析标准单模光纤(SMF)的色散特性,以及如何利用新型光纤(如零色散位移光纤、掺铒光纤)来优化脉冲传输。介绍光纤放大器(如EDFA)在补偿光纤损耗中的作用。 其他传播介质: 简要探讨光脉冲在空气、晶体等其他介质中的传播特性,以及相关的应用,如大气激光通信和非线性光学器件。 第三部分:先进的光脉冲传输技术与应用 超短脉冲的产生与操控: 探索产生更短、更强光脉冲的技术,如阿秒脉冲的生成。研究如何通过高次谐波产生(HHG)等过程来获得极紫外和X射线波段的超短脉冲。 量子信息与光脉冲: 强调光脉冲在量子信息科学中的核心作用。 量子密钥分发 (QKD): 解释如何利用光脉冲的量子态(如偏振、相位)来实现安全通信。 量子计算: 讨论光子作为量子比特的潜力,以及如何使用光脉冲来操纵和纠缠量子比特。 量子存储: 探索利用光脉冲与原子系综或固态量子存储器相互作用,实现量子信息的存储和读取。 高分辨率成像与传感: 介绍光脉冲在光相干断层扫描(OCT)、非线性显微镜等高分辨率成像技术中的应用。分析光脉冲在光纤传感、激光雷达(LiDAR)等精密测量领域的价值。 光通信的未来: 展望光脉冲传输在下一代光通信网络中的发展,包括光时分复用(OTDM)和其在高带宽数据传输中的潜力,以及未来光网络可能面临的挑战。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角,理解光脉冲作为信息载体和能量传递工具的深刻内涵,以及它们如何在不断发展的科技前沿扮演关键角色。

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用户评价

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从排版和索引来看,这本书的校对工作显然没有达到应有的水准。我发现好几个关键公式的上下标似乎存在印刷错误,尽管这些错误在上下文的语境下可以大致推断出正确的含义,但这无疑极大地干扰了阅读的流畅性,迫使我不得不频繁地停下来,对照其他参考资料来确认作者的本意。更令人费解的是,书后的术语索引非常简略,许多在正文中被反复强调的核心概念,比如“群速度色散参数”或者“Poynting矢量随时间演化”,在索引中找不到直接的对应词条,这使得我无法快速定位到书中关于某个特定主题的所有相关讨论。对于一本厚重的专业参考书而言,便捷的检索能力至关重要。这本书在这一点上的疏忽,极大地削弱了它作为一本工具书的实用价值,让我在需要快速查阅某个复杂表达式的推导过程时,不得不采取费力地逐章翻阅的方式来寻找线索,阅读体验因此大打折扣。

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这本书的封面设计相当朴素,那种经典的理工科教材风格,字体清晰但缺乏活力。我抱着“希望了解电磁波和光脉冲在复杂介质中传播机理”的初衷翻开了第一章。然而,这本书的开篇就陷入了大量的麦克斯韦方程组的张量形式推导,让人感觉像是在做一场无休止的数学证明练习。作者似乎对“物理图像”的直观呈现不太感兴趣,而是直接跳入了理论的深水区。例如,在讨论色散关系时,书中充斥着复杂的本征模和耦合系数,如果读者不是科班出身,或是近几年没有接触过相关内容,光是理解符号的含义可能就要花费数倍的时间。我期待能看到一些清晰的图示来解释能量流如何被折射、反射或吸收,但书中充斥的主要是二维的数学曲线图,它们虽然精确,却失去了物理世界的韵味。对于希望通过这本书建立起对脉冲传播清晰宏观概念的初学者来说,这无疑是一道难以逾越的知识壁垒。它更像是一本给专业研究人员查阅特定公式的工具书,而不是一本适合引导学习的入门教材。我甚至觉得,很多推导过程的细节被过度简化了,仿佛作者默认读者已经掌握了背景知识,使得那些关键的物理转折点显得有些突兀和晦涩。

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我注意到这本书在处理边界条件和材料异构性时的处理方式非常僵硬。当涉及到实际工程问题,比如电磁波穿过多层薄膜结构或者在具有粗糙表面的介质中传播时,许多现代数值方法(如FDTD或FEM)的实际应用技巧和陷阱,这本书几乎没有涉及。它似乎停留在解析解可以求解的理想化模型上。例如,书中花了大量篇幅来推导在均匀各向异性介质中脉冲的慢度(slowing factor),但当涉及到实际晶体缺陷或随机涨落对脉冲展宽的影响时,描述变得非常模糊,仅仅抛出了一个高阶的扰动理论框架,然后就迅速转向了其他话题。这让习惯了使用现代计算工具进行电磁场仿真的工程师感到有些力不从心。这本书似乎更偏爱于“精确”而非“实用”。它在理论层面上构建了一个非常坚固的理论基石,但这个基石似乎是为一座想象中的完美建筑设计的,而不是用来应对我们现实世界中充满不确定性和复杂性的实际挑战。

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这本书的行文风格异常干燥,完全是一种纯粹的、不带任何情感色彩的科学陈述。我尝试去寻找一些历史背景或者应用场景的介绍,希望能将抽象的数学模型与现实世界联系起来,但这些内容几乎被压缩到了脚注的角落,甚至有些章节完全没有提及。读到关于非线性效应的那一部分时,我特别希望能看到一个关于飞秒激光在光纤中自相位调制(SPM)的实际案例分析,哪怕只是一个简化的数值模拟结果也好。但这本书给出的处理方式是直接引入了克罗尼格-克朗尼格关系(Kramers-Kronig relations)的推广形式,并围绕着慢光和超快光学的基本假设进行了一系列封闭的解析解的讨论。这种做法的优点是理论的严谨性无可挑剔,但代价是读者很容易迷失在无穷无尽的代数操作中,忘记了我们到底在讨论什么物理现象。它更像是一份为博士生准备的期末考试复习资料,要求读者不仅要理解公式,还要能精确回忆起每一步推导的假设前提。对于那些需要通过案例来巩固理论理解的读者来说,这本书的教学体验是相当匮乏的。

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这本书的章节组织结构显得有些陈旧和线性化。从基础的波数矢量、波包展开开始,一路线性推进到各种特定介质中的解析解。然而,现代光学脉冲传播的研究热点,例如拓扑光子学中的束流(beam)传播特性,或者利用超材料(metamaterials)实现负折射率下的脉冲操控等前沿概念,在书中几乎找不到深入的讨论。即便是对于已有的经典概念,比如菲涅尔衍射,书中也仅仅停留在远场近似的经典描述上,对于如何将超短脉冲的频率依赖性纳入衍射模型中进行精确校正,处理得较为保守。给读者的感觉是,这本书的知识体系定格在了大约二十年前的巅峰状态,它完美地总结了那个时代的理论成果,但对于过去十年间实验和理论的重大突破,似乎缺乏必要的包容和更新。如果你想了解当前电磁脉冲领域最热门的研究方向和最新的实验成果,这本书提供的指引作用非常有限。

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