Electromagnetic Theory of Gratings (Topics in Current Physics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Petit, R.; Botten, L. C.; Cadilhac, M.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1980-12-18

价格:USD 84.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540101932

丛书系列:

图书标签:

• Electromagnetics
• Diffraction Gratings
• Plasmonics
• Photonic Crystals
• Nanophotonics
• Optical Physics
• Surface Plasmon Polaritons
• Computational Electromagnetics
• Periodic Structures
• Wave Optics

光栅的电磁学理论：基础、应用与前沿 《光栅的电磁学理论》作为“当前物理学专题”系列中的一员，深入探讨了光栅这一基础而又重要的光学器件的电磁学原理。本书并非仅限于对光栅进行概念性的介绍，而是从根本的麦克斯韦方程组出发，以严格的电磁学理论为基础，系统地阐述了光栅的衍射、透射、反射等现象的物理机制，并广泛介绍了其在不同领域的应用。这本书是物理学、光学工程、电子工程、材料科学等领域研究人员和高年级本科生、研究生学习光栅理论的宝贵资源。 核心理论与数学框架 本书的核心在于其严谨的电磁学理论框架。它首先回顾了电磁场论的基本概念，包括麦克斯韦方程组、电磁波的传播、边界条件等，为后续的光栅理论分析奠定了坚实的基础。在此基础上，作者详细介绍了求解光栅衍射问题的常用方法。 严格耦合波分析 (Coupled-Wave Analysis, CWA)：这是本书重点介绍的一种强大的解析方法。CWA将入射光波和衍射波展开为傅里叶级数，然后通过求解一系列耦合方程来描述光波在光栅结构中的传播和相互作用。这种方法能够处理各种几何形状和材料参数的光栅，并能精确预测衍射效率。书中会详细推导CWA方程，并分析其适用范围和局限性。 基尔霍夫衍射理论 (Kirchhoff Diffraction Theory)：虽然基尔霍夫理论在某些情况下有其局限性，但对于理解衍射现象的物理图像仍然有重要意义。本书可能会对其进行回顾，并与更严格的方法进行对比。 莫尔干-博戈留波夫理论 (Moelgan-Bogolyubov Theory)：对于更复杂的光栅结构，例如纳米光栅或具有周期性变化的材料光栅，可能需要更先进的理论框架。书中可能涉及这类方法的介绍，展示如何处理非均匀介质中的电磁波传播。 边界元方法 (Boundary Element Method, BEM)：对于无法解析求解的复杂光栅结构，数值方法成为必不可少的工具。BEM是一种将问题转化为边界积分方程的方法，其优点在于只需要对结构边界进行离散化，计算量相对较小。本书会详细阐述BEM在光栅分析中的应用。 有限元方法 (Finite Element Method, FEM)：FEM是另一种广泛应用于电磁场仿真的数值方法，它将整个计算域离散为小的单元，并在每个单元内近似求解偏微分方程。FEM在处理复杂几何形状和多层结构时具有很强的优势。本书会介绍FEM在光栅分析中的具体实现和结果。 除了上述方法，本书还会讨论一些关键概念，如： 布拉格条件 (Bragg Condition)：这是描述光栅衍射达到最大衍射角的重要条件，与晶体衍射中的布拉格定律有着紧密的联系。 衍射效率 (Diffraction Efficiency)：精确计算和优化不同级次衍射光的强度分布是光栅设计中的核心问题。本书会深入分析影响衍射效率的因素，如光栅线宽、深度、周期、材料折射率以及入射光的偏振和波长。 偏振特性 (Polarization Properties)：光栅对光的偏振状态具有重要的调制作用。本书会分析不同类型光栅对线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光的衍射特性，以及如何利用光栅实现偏振分束、偏振变换等功能。 谐振效应 (Resonant Effects)：当光栅结构参数与入射光波长匹配时，会发生表面等离激元共振 (Surface Plasmon Resonance, SPR) 或其他类型的谐振现象，导致光栅的衍射行为发生显著变化，并在传感、光谱调控等领域有重要应用。本书会深入探讨这些谐振机制。 光栅的分类与设计 本书将对不同类型光栅进行分类介绍，并探讨其相应的理论分析和设计方法。 平面光栅 (Plane Gratings)：这是最基本的光栅类型，包括透射光栅和反射光栅。本书会详细分析其衍射行为。 弯曲光栅 (Curved Gratings)：如凹面光栅，常用于光谱仪中，能够聚焦衍射光，实现光谱的成像。本书会讨论弯曲光栅的衍射特性及其在成像应用中的特点。 表面光栅 (Surface Gratings)：通常指刻在物体表面的周期性结构，如全息光栅、二进制光栅、亚波长光栅等。 体积光栅 (Volume Gratings)：指光栅结构在厚度方向上具有周期性变化，如全息体光栅。 衍射光学元件 (Diffractive Optical Elements, DOEs)：光栅是衍射光学元件的基本组成单元。本书会介绍如何将光栅理论应用于设计更复杂的光学元件，如衍射透镜、光束整形器、全息图等，以实现特定的光场调控功能。 亚波长光栅 (Subwavelength Gratings)：当光栅周期远小于入射光波长时，会产生亚波长光栅效应，其衍射行为与宏观光栅显著不同，可以实现表面等离激元激发、等效介质理论等新颖现象。 在设计方面，本书会强调如何根据具体应用需求，通过理论计算和数值模拟来优化光栅的结构参数，以实现最优的衍射效率、衍射角、偏振响应或光谱响应。 应用领域 《光栅的电磁学理论》将光栅理论与广泛的实际应用紧密结合，展示了光栅在现代科技中的重要作用。 光谱技术 (Spectroscopy)：光栅是各种光谱仪的核心元件，包括单色仪、光谱仪、波长色散X射线光谱仪等。它们通过将不同波长的光分离，实现对物质成分和性质的分析。本书会详细分析光栅在提高光谱分辨率、减少杂散光等方面的作用。 通信与信息技术 (Communications and Information Technology)： 光通信 (Optical Communications)：光栅在光纤通信系统中扮演着关键角色，如光栅耦合器用于将光信号耦合进出光纤，光栅滤波器用于波分复用 (WDM) 技术，实现多通道信息传输。 数据存储 (Data Storage)：全息存储利用光栅原理实现三维数据的记录和读取。 显示技术 (Display Technology)：某些显示技术，如衍射光栅投影，利用光栅产生特定的成像效果。 传感技术 (Sensing Technology)： 表面等离激元共振传感器 (SPR Sensors)：亚波长金属光栅能够激发表面等离激元，其共振峰对周围介质的折射率变化非常敏感，因此被广泛应用于生化传感、化学传感等领域。 衍射光学传感器 (Diffractive Optical Sensors)：利用光栅的衍射特性感知物理量（如位移、压力、温度）的变化。 激光技术 (Laser Technology)： 激光腔镜 (Laser Cavity Mirrors)：全息光栅和衍射光栅可以作为激光器的腔镜，实现特定的输出波长或衍射角。 激光整形 (Laser Shaping)：衍射光学元件可以将激光束整形为特定的形状，用于微加工、医学治疗等。 微纳光学与光子学 (Micro-optics and Photonics)：光栅作为基本的周期性结构，是构建各种微纳光学器件的基础。例如，光子晶体 (Photonic Crystals) 实际上就是一种三维的光栅结构，能够调控光的传播。本书会探讨光栅在构建光子器件中的作用。 精密测量 (Precision Measurement)：光栅尺 (Diffraction Gratings for Measurement) 是精密位移测量的重要组成部分，例如在数控机床、光学测量仪器中。 天文学 (Astronomy)：在大型天文望远镜中，衍射光栅被用于光谱分析，以研究天体的化学成分、运动状态等。 前沿研究方向 《光栅的电磁学理论》不仅关注经典的光栅理论，还将触及当前的研究热点和未来发展方向。 纳米光栅与超表面 (Nanogratings and Metasurfaces)：随着纳米加工技术的飞速发展，亚波长光栅和更复杂的二维、三维纳米结构（超表面）的研究日益活跃。它们能够实现传统光学元件无法企及的光场调控功能，如实现负折射、全息成像、全息显示等。 智能光栅 (Intelligent Gratings)：结合可调材料（如液晶、电致变色材料、相变材料）或可动结构，可以实现动态可调的光栅，从而实现对光信号的实时控制，如可调谐的滤波器、可编程的光束整形器等。 多功能集成光栅 (Multifunctional Integrated Gratings)：将光栅与其他光学或电子元件集成，实现集光、衍射、传感、滤波等多种功能的器件。 宽带与宽角光栅设计 (Broadband and Wide-angle Grating Design)：克服传统光栅在宽带和宽角应用中的局限性，是当前研究的重要方向。 新型材料在光栅中的应用 (Application of Novel Materials in Gratings)：探索新型功能材料（如二维材料、生物材料）在构建高性能光栅中的潜力。 本书的价值与读者获益 《光栅的电磁学理论》以其系统的理论体系、严谨的数学推导、丰富的实例和对前沿领域的关注，为读者提供了对光栅电磁学理论的全面而深入的理解。 理论基础的夯实：读者可以通过本书掌握光栅衍射的根本物理原理，理解各种衍射现象背后的电磁学机制。 解决实际问题的能力：本书介绍的理论分析和数值仿真方法，能够帮助工程师和研究人员在设计和优化光栅器件时，做出科学的决策，解决实际工程难题。 前沿知识的获取：本书对新兴技术和研究方向的介绍，能够引导读者关注当前的光学和光子学研究前沿，激发创新思维。 跨学科视野的拓展：光栅的应用遍及物理、工程、材料、生物等多个领域，本书的跨学科视角有助于读者理解光栅技术在不同领域中的独特价值。 总之，《光栅的电磁学理论》是一本集理论深度、应用广度与前沿视野于一体的经典著作，它将帮助读者深刻理解光栅这一基础光学元件的奥秘，并为他们在相关领域的学术研究和工程实践提供强大的支持。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆