电磁及电离子光学系统数值分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:浙江大学出版社

作者:储璇雯

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1991-09

价格:5.45

装帧:平装

isbn号码:9787308003230

丛书系列:

图书标签:

• 电磁学
• 电离子光学
• 数值分析
• 计算物理
• 光学系统
• 模拟计算
• 有限元
• 偏微分方程
• 数值方法
• 科学计算

《电磁及电离子光学系统数值分析》的出版，填补了光学与电磁学研究领域在数值分析方法应用上的重要空白。本书深入探讨了如何运用先进的数值计算技术，对复杂的电磁现象以及由电磁场驱动或调控的光学系统进行精确的建模与分析。 本书核心内容概览： 本书并非对电磁理论或光学原理进行基础性的复述，而是专注于将这些理论转化为可执行的计算模型，并利用数值方法来求解这些模型所描述的物理过程。其内容涵盖了从基础的数值方法选择，到针对特定电磁及电离子光学问题的模型构建，再到高效算法的设计与实现，以及最终的仿真结果解读与验证。 第一部分：数值方法基础与电磁场分析 数值计算方法入门： 本部分首先回顾并介绍了与电磁场分析相关的核心数值方法，包括但不限于： 有限差分时域 (FDTD) 方法： 详细阐述了FDTD方法的核心思想，即对麦克斯韦方程组在时间和空间上进行离散化。我们将深入探讨其在模拟电磁波传播、散射、衍射等现象中的应用，包括网格划分策略、边界条件处理（如PML吸收边界）、以及稳定性条件分析。 有限元方法 (FEM)： 介绍FEM在求解偏微分方程方面的优势，尤其是在处理复杂几何形状和非均匀介质的电磁场分布问题上。内容将涵盖基函数选择、单元划分、刚度矩阵与载荷向量的构建，以及在电磁仿真中的具体应用，如天线设计、波导分析等。 边界元方法 (BEM)： 探讨BEM如何将求解域转化为边界上的积分方程，从而有效降低计算维度，尤其适用于求解无限域问题和表面效应显著的问题。我们将分析其在雷达散射截面(RCS)计算、远场辐射分析等方面的应用。 其他相关方法： 简要介绍或对比了如谱方法、矩量法 (MoM) 等在特定电磁问题中的适用性。 电磁场数值模拟： 基于上述方法，本书将详细阐述如何将电磁场理论转化为具体的数值模型。这包括： 麦克斯韦方程组的离散化： 针对不同的数值方法，详细展示麦克斯韦方程组（包括无源和有源情况）如何被离散化为代数方程组。 材料性质的建模： 讨论如何将各种介质的电导率、介电常数、磁导率等物理参数融入数值模型，包括线性、非线性、各向异性材料的处理。 边界条件的处理： 详细介绍各类边界条件（如Perfect Electric Conductor, Perfect Magnetic Conductor, Impedance Boundary Condition, Dielectric Interface）在数值算法中的具体实现方式。 源的表示与激励： 探讨如何精确地在数值模型中表示和施加各种电磁源，如点电荷、电流片、平面波、高斯光束等。 第二部分：电离子光学系统的数值分析 电离子光学基础与模型： 本部分将介绍电离子光学领域的核心概念，以及如何将其转化为数值模型。 电离与等离子体的特性： 阐述等离子体的基本物理性质，如电子密度、离子密度、温度、碰撞频率等，以及这些参数如何影响电磁波的传播和光学特性。 电磁场与等离子体的相互作用： 详细分析电磁场如何激发、传播、衰减以及被等离子体吸收的过程，例如德拜屏蔽效应、等离子体频率、共振吸收等。 电离过程的建模： 讨论如何对电离过程本身进行建模，例如使用流体模型或动力学模型来描述电子和离子的行为。 电离子光学系统的数值仿真： 本部分聚焦于将电磁数值分析方法应用于处理与电离相关的光学现象。 等离子体波导的分析： 利用FDTD或FEM方法模拟电磁波在等离子体波导中的传播，分析其色散特性、损耗机理以及模式结构。 等离子体透镜与聚焦： 探讨如何利用可控等离子体介质实现光束的聚焦或偏转，并运用数值方法对等离子体透镜的性能进行评估。 电磁感应透明 (EIT) 效应的数值模拟： 分析在原子或量子点系统中，利用电磁场调控其光学响应，实现透明窗口的形成，并展示如何通过数值方法模拟EIT效应的实现条件和光谱特性。 激光与等离子体相互作用： 针对高强度激光与等离子体相互作用产生的各种现象，如谐波产生、惯性约束聚变中的等离子体模拟等，介绍相关的数值分析方法与模型。 电场或磁场调控的光学器件： 分析如何在电场或磁场的作用下，改变光学材料的折射率、吸收率等光学参数，从而设计和模拟电光调制器、磁光器件等。 第三部分：高级主题与应用 高效算法与优化： 并行计算与GPU加速： 探讨如何利用多核CPU和GPU等并行计算资源，加速大规模电磁及电离子光学系统的数值仿真。 模型降阶技术： 介绍如何通过降维或降阶方法，在保证精度的前提下，显著减少计算量，提高仿真效率。 优化设计： 结合优化算法，如遗传算法、粒子群优化算法等，对电磁及电离子光学器件进行参数优化，以达到最佳性能。 结果验证与不确定性分析： 误差评估与收敛性分析： 详细介绍如何评估数值方法的精度，并进行网格收敛性分析。 与实验数据的对比： 强调将数值仿真结果与实际实验测量数据进行对比的重要性，以及如何进行有效的数据匹配。 不确定性量化： 讨论在参数不确定性存在的情况下，如何对仿真结果的不确定性进行量化分析。 典型应用案例： 微波工程与射频设计： 如天线设计、滤波器分析、射频识别(RFID)系统仿真。 光子学与集成光学： 如光波导、光栅耦合器、光子晶体器件的仿真。 等离子体诊断与控制： 如等离子体发射光谱分析、等离子体反应器设计。 生物医学应用： 如生物组织的光学特性模拟、激光与生物组织的相互作用。 本书旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一套系统而全面的数值分析工具箱，帮助他们应对电磁及电离子光学领域中日益复杂和精密的计算挑战。通过对本书内容的深入学习和实践，读者将能够熟练掌握各种先进的数值方法，并将其成功应用于实际的科学研究和工程设计中。

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我之前接触过一些关于电磁场仿真的书籍，但总觉得不够系统，很多时候都是零散的介绍，缺乏一个贯穿始终的理论框架。这本书的书名《电磁及电离子光学系统数值分析》恰好点出了我一直想深入学习的重点。我尤其关注“电离子光学系统”这个部分，这让我联想到很多前沿领域，比如等离子体光学、光电离子的相互作用，这些在半导体制造、医学影像、甚至是太空探测等领域都有着至关重要的应用。我非常好奇这本书会如何将电磁理论和光学原理与数值分析相结合，来处理这些复杂的电离子系统。我希望能够学习到如何建立描述这些系统行为的数学模型，并且掌握使用数值方法求解这些模型的方法。比如，对于等离子体中的电磁波传播，其介质的特性会随频率和电场强度而变化，这本身就引入了非线性，如何在这种情况下进行有效的数值模拟，对我来说是一个巨大的挑战，也是一个非常有吸引力的学习方向。我期待这本书能提供清晰的推导过程，详细的算法介绍，以及一些经典的案例分析，能够帮助我理解其中的难点，并逐步建立起自己解决这类问题的信心。

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这本书的书名，尤其是“电磁及电离子光学系统数值分析”这几个字，一下子就勾起了我的兴趣。我是一名物理专业的学生，对电磁理论和光学都有着浓厚的兴趣，而“数值分析”这部分则说明了这本书将聚焦于如何用计算的手段来解决实际问题。我一直觉得，理论知识很重要，但如果不能将其转化为可操作的工具，那么它的应用价值就大打折扣。我特别好奇，这本书会介绍哪些具体的数值方法？是那些经典的有限差分、有限元，还是更前沿的快速多极子方法、伪谱法？而且，对于“电离子光学系统”这个概念，我脑海中立刻浮现出很多具体的应用场景，比如等离子体物理中的光波传播，或者电子束与光场的相互作用，这些都属于我非常感兴趣的范畴。我希望这本书能提供清晰的算法描述，详细的数学推导，以及一些典型的应用实例，能够帮助我从理论走向实践，掌握利用数值方法来分析和解决复杂问题的能力。如果这本书能提供一些代码示例或者相关的编程建议，那就更好了。

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这本书的书名听起来就非常有深度，让我立刻联想到一些在学术界非常重要的研究方向。我一直对精密仪器和先进制造技术很感兴趣，而电磁场和光学原理在其中扮演着核心角色。比如，在微纳加工领域，激光直写、电子束刻蚀等技术都离不开对电磁场和光场的精确控制，而这些控制往往需要通过复杂的数值模拟来优化设计参数。此外，在生物医学领域，光学成像技术，如共聚焦显微镜、光学相干断层扫描（OCT），以及利用光与生物组织相互作用的治疗技术，也都涉及复杂的电磁波传播和散射问题。我非常希望这本书能够涵盖一些这方面的应用案例，能够让我看到理论知识如何转化为实际的工程解决方案。特别是“电磁及电离子光学系统”这个组合，让我感到它涵盖的范围很广，可能包括了从基础的电磁波传播到更复杂的等离子体光学现象。我期待这本书能提供一些解决实际问题的指导，比如如何选择合适的数值模型来描述特定应用场景下的光学和电磁现象，以及如何解释和优化数值模拟的结果。

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我对这本书的期望很高，因为它的题目直击我一直以来在学术研究中遇到的痛点。在我的研究领域，很多时候需要处理涉及高频电磁场和光学传播的复杂问题，而且往往还需要考虑材料的非线性特性，或者系统中的微纳结构效应。传统的解析方法在这些情况下显得力不从公，而数值模拟则成为了唯一的出路。我特别好奇这本书会如何介绍这些数值方法，是偏向理论推导，还是更侧重于实际操作？我希望能在这本书中找到关于如何建立精确的物理模型，并将其转化为可计算的数学模型的方法。例如，如何处理边界条件，如何选择合适的网格划分策略，以及如何处理数值离散化可能带来的误差。此外，对于“电离子光学系统”这个概念，我理解它可能涉及到带电粒子在电磁场和光场中的行为，这在很多现代科学技术中都至关重要，比如粒子加速器、等离子体显示技术、或者光电探测器等。我希望这本书能提供一些关于如何模拟这些复杂系统的案例，能够帮助我更好地理解和解决我在实际研究中遇到的问题。

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这本书的封面设计就充满了科技感，黑色的底色搭配银色的线条勾勒出复杂的电磁场和光路图，让人一眼就能感受到内容的深度和专业性。我一直对光学和电磁学领域很感兴趣，尤其是在现代科技，比如激光、光通信、以及各种精密测量仪器中，这些原理的应用无处不在。读这本书之前，我对这些概念的理解大多停留在教科书上的基础知识，比如麦克斯韦方程组、光的衍射和干涉等等。但我也知道，要真正掌握这些技术，并能应用于实际问题，一定离不开数值分析的工具。毕竟，很多复杂的物理过程，特别是涉及非线性效应、多物理场耦合或者复杂几何结构时，解析解是很难甚至是不可能的。所以，我抱持着学习如何用计算方法来模拟和预测这些系统行为的期待来翻开这本书。我特别希望能在这本书中找到如何将物理理论转化为可执行的计算模型的方法，例如如何离散化方程，如何选择合适的数值算法，以及如何评估计算结果的精度和可靠性。当然，我也关心这本书会涉及到哪些具体的数值方法，比如有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）、边界元法（BEM）或是时域有限差分法（FDTD）等等，以及它们各自的优缺点和适用范围。一个好的教材，不仅仅是讲解理论，更重要的是能够引导读者掌握解决实际问题的能力，而数值分析正是连接理论与实践的重要桥梁。

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