光子晶体（第2版） [Photonic Crystals:Molding the Flow of Light Second Edition] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 乔安普勒斯（Joannopoulos J.D.） 著

图书标签:

• 光子晶体
• 光子学
• 光学
• 材料科学
• 纳米光子学
• 固体物理
• 电磁学
• 光波导
• 光子器件
• 周期性结构

出版社： 世界图书出版公司

ISBN：9787510061400

版次：2

商品编码：11321060

包装：平装

外文名称：Photonic Crystals:Molding the Flow of Light Second Edition

开本：16开

出版时间：2013-10-01

用纸：胶版纸

页数：286

正文语种：英文

内容简介

　　We were delighted with the positive response to the first edition of this book. There is， naturally， always some sense of trepidation when one writes the first text book at the birth of a new field. One dearly hopes the field will continue to grow and blossom， but then again， will the subject matter of the book quickly become obsolete? To attempt to alleviate the latter， we made a conscious effort in the first edition to focus on the fundamental concepts and building blocks of this new field and leave out any speculative areas. Given the continuing interest in the first edition， even after a decade of exponential growth of the field， it appears that we may have succeeded in this regard. Of course， with great growth come many new phenomena and a deeper understanding of old phenomena. We felt， therefore， that the time was now ripe for an updated and expanded second edition.

内页插图

目录

Preface to the Second Edition
Preface to the First Edition

1 Introduction
Controlling the Properties of Materials
Photonic Crystals
An Overview of the Text

2 Electromagnetism in Mixed Dielectric Media
The Macroscopic Maxwell Equations
Electromagnetism as an Eigenvalue Problem
General Properties of the Harmonic Modes
Electromagnetic Energy and the Variational Principle
Magnetic vs. Electric Fields
The Effect of Small Perturbations
Scaling Properties of the Maxwell Equations
Discrete vs, Continuous Frequency Ranges
Electrodynamics and Quantum Mechanics Compared
Further Reading

3 Symmetries and Solid-State Electromagnetism
Using Symmetries to Classify Electromagnetic Modes
Continuous Translational Symmetry
Index guiding
Discrete Translational Symmetry
Photonic Band Structures
Rotational Symmetry and the lrreducible Brillouin Zone
Mirror Symmetry and the Separation of Modes
Time-Reversal Invariance
Bloch-Wave Propagation Velocity
Electrodynamics vs. Quantum Mechanics Again
Further Reading

4 The Multilayer Film: A One-Dimensional Photonic
Crystal
the Muttilayer Film
The Physical Origin of Photonic Band Gaps
The Size of the Band Gap
Evanescent Modes in Photonic Band Gaps
Off-Axis Propagation
Localized Modes at Defects
Surface States
Omnidirectional Multilayer Mirrrors
Further Reading

5 Two-Dimensional Photonic Crystals
Two-Dimensional Bloch States
A Square Lattice of Dielectric Columns
A Square Lattice of Dielectric Veins
A Complete Band Gap for All Polarizations
Out-of-Plane Propagation
Localization of Light by Point Defects
Point defects ln a larger gap
Linear Defects and Waveguides
Surface States
Further Reading

6 Three-Dimensional Photonic Crystals
Three-Dimensional Lattices
Crystals with Complete Band Gaps
Spheres ln a diamond lattice
Yablonovite
the woodpile crystal
lnverse opals
A stack of two-dimensional crystals
……

7 Periodic Dielectric Waveguides
8 Photonic-CrystaISlabs
9 Photonic-CrystaIFibers
10 esigning Photonic Crystals for Applications
A Comparisons with Quantum Mechanics
B The Reciprocal Lattice and the Brillouin Zone
C Atlas of Band Gaps
D ComputationaiPhotonics

前言/序言

《电磁波导理论与应用》 内容提要 本书全面深入地探讨了电磁波在各种介质结构中传播的基本原理、数学描述以及工程应用。全书内容结构清晰，逻辑严谨，旨在为高年级本科生、研究生以及从事相关领域研究与开发的工程师提供一本系统、前沿的参考教材。 本书共分为十章，从麦克斯韦方程组的引入与求解基础出发，逐步深入到复杂波导结构的设计、分析与优化。核心内容涵盖了传统波导理论的精髓，并拓展至现代光通信和微波工程中的关键技术。 第一章：电磁场与麦克斯韦方程组回顾 本章首先回顾了矢量分析基础和复数形式的麦克斯韦方程组。重点阐述了在不同边界条件下的电磁场解的物理意义。随后，引入了亥姆霍兹方程，并讲解了平面波、球面波的性质。本章为后续所有波导理论分析奠定了坚实的理论基础。讨论了理想导体和理想介质边界条件下的反射与透射问题，为理解模式耦合与损耗机制做铺垫。 第二章：传输线理论与模式概念 本章从宏观的传输线模型出发，引入了横电（TE）、横磁（TM）和准横电/磁（TEM）模的概念。详细分析了平行板波导的色散关系、截止频率和群速度的计算方法。通过对TEM模的深入探讨，明确了场结构与导电壁之间相互作用的关系。本章还引入了特征阻抗和传播常数的概念，并讨论了无损与有损传输线中的功率传输。 第三章：矩形金属波导的模式分析 本章聚焦于最基础且应用广泛的矩形金属波导。系统地推导了TE$_{mn}$和TM$_{mn}$模式在矩形波导中的电磁场分量表达式。详细分析了主模（TE$_{10}$）的特性，包括其截止波长、工作波长范围内的色散特性和能量传输。通过对高阶模式的分析，探讨了模式之间的耦合与干扰问题，并讨论了波导的尺寸对模式选择性的影响。本章还涵盖了波导中的功率流计算和欧姆损耗的估算。 第四章：圆波导与脊波导 在讨论了矩形波导之后，本章转向圆柱形和平面非均匀介质结构。首先，详细分析了圆波导的TE$_{nm}$和TM$_{nm}$模式，特别关注了简并模式的特性及其对实际应用的影响。随后，引入了脊波导（Ridge Waveguide）的概念，分析了其特殊的场分布和优越的色散补偿能力，这在宽带微波器件设计中至关重要。 第五章：介质波导与全内反射原理 本章将分析重点从金属包围结构转向纯介质结构，即介质波导。核心内容是全内反射（Total Internal Reflection, TIR）原理在波导中导光的作用。详细分析了平面介质波导的TE和TM模式，并计算了有效折射率（$n_{eff}$）和模式数量。随后，扩展到圆介质光纤的分析，引入了V参数（归一化频率），并区分了单模光纤和多模光纤的工作特性。 第六章：耦合模式理论与波导结构耦合 耦合模式理论（Coupled Mode Theory, CMT）是分析复杂相互作用波导结构，如耦合器、滤波器、光栅耦合器的核心工具。本章系统地介绍了CMT的基本假设、本征模式的定义以及耦合系数的物理意义。通过求解耦合方程组，推导了定向耦合器和布拉格光栅的传输特性，详细解释了耦合长度与耦合强度之间的关系。 第七章：非均匀介质中的电磁场数值求解 随着结构复杂性的增加，解析解变得困难。本章引入了数值方法来处理复杂边界和非均匀介质问题。重点介绍了有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在电磁波导分析中的应用。通过讲解网格划分、边界条件处理和特征值问题求解，使读者掌握数值模拟的实用技巧，能够解决实际工程中的波导设计优化问题。 第八章：色散、非线性效应与脉冲传播 本章深入探讨了波导中的动态特性。详细分析了色散的物理起源，包括材料色散和结构色散，并引入了群速度色散（GVD）的概念。随后，讨论了光纤中的非线性效应，如自相位调制（SPM）和克尔效应，及其对超快光脉冲传播的影响。通过求解非线性薛定谔方程（NLSE）的简化形式，展示了孤子（Soliton）现象的形成条件。 第九章：集成光路中的波导器件 本章将理论知识应用于现代集成光学领域。重点分析了微环谐振器（MRR）的谐振原理、品质因数（Q值）及其在滤波和调制中的应用。此外，还讨论了波导中的功率分离器（如Y型分支和3dB耦合器）的设计准则，以及波导损耗的来源（散射损耗、吸收损耗）和降低方法。 第十章：新型导波结构与未来趋势 本章作为总结和展望，简要介绍了当前研究前沿的一些导波结构。包括表面等离子体激元（SPP）波导的场限制机制、拓扑绝缘体表面态的特性。最后，探讨了如何利用先进的制造技术（如半导体光刻）实现高精度、高性能的波导器件，为读者指明了进一步学习和研究的方向。 本书结构严谨，理论推导详尽，配有大量的例题和工程实例，旨在培养读者独立分析和设计电磁波导系统的能力。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在为一个光学设计项目寻找灵感，需要一些关于如何有效控制光传播的实际案例。《光子晶体（第2版）》这本书，在理论框架之外，为我提供了很多非常具象化的应用场景。比如，书中详细介绍的光子晶体滤波器、光栅耦合器、以及在超材料领域的应用，都直接与我目前的工作相关。让我印象深刻的是，它不仅仅列举了这些应用，还深入分析了不同结构设计如何影响器件的性能，以及在实际制造中可能遇到的挑战。这对于我们进行产品设计和优化非常有指导意义。我尤其关注了书中关于近期在光通信、光计算方面的一些前沿进展，这些信息对我开拓新的设计思路非常有启发。这本书的实用性，体现在它能够将抽象的物理原理与具体的工程应用紧密地联系起来，为我这样的设计者提供了宝贵的实践指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计我非常喜欢，封面采用了非常有质感的纸张，摸起来光滑而又带着一丝韧性。光是拿到手里，就有一种沉甸甸的专业感和艺术感扑面而来。封面上“光子晶体”四个字的设计也相当巧妙，字体清晰有力，与背景的抽象光路图案相得益<bos>，仿佛真的能从中感受到光线被引导、被塑造的奇妙景象。打开书页，纸张的厚度适中，印刷清晰，没有刺鼻的油墨味，阅读起来非常舒适。我是一名刚开始接触这个领域的研究生，这本书的整体呈现给我一种非常扎实的学术氛围，让我对接下来的学习充满了期待。它不仅仅是一本教科书，更像是一件精心打造的艺术品，每一个细节都体现了出版方和作者对知识传播的认真态度。我相信，这样一本在外观上就如此用心的书，其内容也一定不会让我失望。我特别留意了目录和章节的划分，感觉逻辑性很强，能够循序渐进地引导读者进入光子晶体的世界。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对理论物理的数学表述有较高要求的博士生，在研究中经常会遇到需要精确推导和严谨论证的环节。《光子晶体（第2版）》在这方面做得非常出色。书中对波导理论、能带结构计算、电磁场耦合等关键概念的阐述，严格遵循了物理学的数学框架，推导过程清晰、完整，并且逻辑严密。我特别欣赏作者在处理复杂数学模型时，能够清晰地指出每一步的物理意义，而不是简单地罗列公式。这对于我来说，不仅能够验证推导的正确性，更能加深对物理概念本身的理解。书中对不同计算方法（如平面波展开法、有限时域差分法等）的讨论，也提供了宝贵的视角，让我在选择研究工具时更加得心应手。这本书的深度和广度，完全满足了我在前沿研究中对理论支持的需求，是一本不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对光子学充满好奇心的非专业读者，我最初是被“光子晶体”这个名字所吸引，感觉它自带一种科幻色彩，像是能操控光线的魔法。我尝试阅读过一些科普读物，但往往感觉不够深入，又或者太过于晦涩。《光子晶体（第2版）》这本书，虽然名字听起来很专业，但我翻阅时，惊喜地发现它似乎并不像我想象中那么遥不可及。虽然我无法完全理解每一个公式和推导，但作者用了很多形象的比喻和图示来解释光子晶体的基本原理，比如如何通过周期性结构来“操纵”光的传播，这让我对光的行为有了全新的认识。我特别喜欢书中那些精美的插图，它们生动地展示了光在不同结构中的行为，即使对物理原理不甚了了，也能感受到其中的美妙。这本书为我打开了一个全新的视角，让我了解到，我们每天接触的光，原来还可以有如此丰富和令人惊叹的“玩法”。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在光学领域摸爬滚打了多年的工程师，一直在寻找一本能够系统梳理光子晶体前沿进展的著作。市面上相关的书籍不少，但往往更新速度跟不上技术发展，或者过于偏重理论而缺乏实际应用指导。《光子晶体（第2版）》的出现，让我眼前一亮。它在保留经典理论的基础上，显著增加了许多近年来在实验、器件和应用方面的新成果，这对于我这种需要将理论应用于实际产品开发的读者来说，简直是及时雨。尤其是关于新型光子晶体材料、光子晶体光纤以及在通信、传感等领域的最新突破，都写得非常详实，并且提供了大量的参考文献，方便我进一步深入研究。这本书的论述方式也比较灵活，既有严谨的推导，也有对概念的直观解释，使得即便是复杂的物理原理，也变得相对容易理解。总而言之，这本书为我提供了一个非常宝贵的参考框架，极大地拓展了我对光子晶体领域前沿动态的认识。

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书质量很好

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好书..........

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正版图书，物美价廉

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书不错，是彩色印刷的

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书是正版，物流很快，值得购买！

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不错，价格便宜，内容很好了

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很不错的书，受益匪浅。

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挺好。。。。。。。。。。。。。

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好