上海交通大学"九五"重点教材·导波光学中的转移矩阵方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:曹庄琪

出品人:

页数:215

译者:

出版时间:2000-1

价格:13.50元

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isbn号码:9787313024404

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• 转移矩阵
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好的，这是一份关于《导波光学中的转移矩阵方法》的图书简介，内容聚焦于该领域的核心概念和应用，同时避免提及该书的作者、出版信息或具体章节内容。 --- 导波光学中的转移矩阵方法：理论基础与前沿应用 前言 光学与电磁波理论是现代物理学和工程科学中不可或缺的两大支柱。随着信息技术和光通信领域的飞速发展，对光波在复杂介质结构中传输规律的精确描述与控制变得至关重要。导波光学，作为研究光波在特定波导结构中约束和传播的学科，其理论深度与实际应用价值日益凸显。特别是在光纤、集成光子学以及光电子器件的设计与优化中，如何高效、准确地模拟和分析波导的特性，一直是研究人员关注的焦点。 本书旨在系统地阐述导波光学中的一种强大而精妙的数学工具——转移矩阵方法（Transfer Matrix Method, TMM）。该方法以其简洁的代数形式、直观的物理图像以及对多层结构优异的适用性，成为分析一维或准一维光学系统特性的首选工具之一。它提供了一种从输入端到输出端，按步进方式描述光波传输的通用框架。 核心理论构建：从基础概念到矩阵表述 转移矩阵方法的核心在于将复杂的波导结构分解为一系列相邻的、相对简单的子层。对于每一层介质，光波的电场或磁场分量在边界处的连续性条件，可以被转化为一个描述该层输入与输出场关系的线性方程组。 1. 界面条件与局部矩阵 在分析任何导波系统时，首要任务是确定光波在不同介质界面上的反射与透射行为。这涉及到对麦克斯韦方程组在理想界面上进行求解，并应用电场和磁场边界条件。基于这些条件，我们可以为每一单独的界面构建一个基础的“界面转移矩阵”，该矩阵直接关联了界面两侧的场强。 2. 介质层内的传播 在均匀的介质层内部，光波的传播遵循波动方程的解。对于给定的频率和波矢，电磁场在介质层内是指数或简谐地演化。通过引入层内传播的相位因子，可以构建描述光波在特定厚度介质层内传播效应的“传播矩阵”。 3. 复合结构的整体描述 转移矩阵方法的强大之处在于其“可叠乘性”（Multiplicability）。对于一个由多层介质构成的复合结构，整体系统的转移矩阵可以通过对所有单个界面矩阵和传播矩阵进行顺序乘积得到。这种矩阵连乘操作，巧妙地将层层递进的物理过程压缩为一个紧凑的数学表达式。这种结构允许研究人员无需反复求解整个系统的偏微分方程，而是通过简单的矩阵乘法来预测整体系统的性能。 4. 系统的物理量提取 一旦获得了描述整个波导结构的全局转移矩阵，诸如反射系数、透射系数、损耗以及特征模式的本征方程等关键物理量便可直接从该矩阵的元素中推导出来。例如，当结构为封闭谐振腔时，全局转移矩阵的特征值问题便直接导向了腔模的谐振条件。 应用领域与技术优势 转移矩阵方法凭借其独特的优势，在多个光子学和电磁学分支中展现出广泛的应用潜力： 1. 分布式光纤传感与光谱学 在分析由周期性结构构成的光栅（如布拉格光栅、分布式反馈光栅）时，TMM提供了一种高效的计算工具。通过将光栅视为一系列周期性重复的单元，可以快速计算出光栅的反射和透射光谱，这对于设计滤波器、耦合器及温度、应力传感器至关重要。 2. 集成光电子器件 在半导体光波导器件的设计中，如多量子阱结构、超晶格材料或周期性支撑的波导阵列，TMM能够精确建模光波在不同势垒和势阱之间的耦合与传输。这对于优化波导的损耗、色散特性和模式耦合效率至关重要。 3. 薄膜光学与增反射/减反射涂层 在光学镀膜技术中，通过精确控制不同材料薄膜的厚度和折射率，可以实现对特定波长光线的最大化透射或反射。TMM是计算多层膜系性能的经典方法，能够指导工程师设计出具有特定光谱响应的增反/减反膜系。 4. 表面等离激元与负折射率材料 对于包含自由电子振荡效应（等离激元）或具有奇异光学特性的超材料（如负折射率材料），虽然其介质常数是复数或张量形式，但转移矩阵方法依然可以通过适当修改其层内传播矩阵来适应这些复杂的物理现象，从而分析光波在这些先进结构中的耦合和增强效应。 方法论的优势与局限 转移矩阵方法的主要优势在于其计算效率和易于扩展性。对于具有明显层状结构（即波传播方向上具有均匀性，但在垂直于传播方向上存在分层）的问题，TMM的计算复杂度通常远低于全波三维数值方法，特别是在分析长距离传播或高精度光谱分析时。 然而，该方法的适用性也存在一定的局限性。当波导结构的空间变化不是简单的一维分层时（例如，横截面发生复杂变化的光波导），需要引入更复杂的“块状转移矩阵”或与其他数值方法（如有限元法或束传播法）相结合，以克服其对局部均匀性的假设。尽管如此，通过对传统TMM的巧妙推广和扩展，其强大的分析能力依然能够在许多复杂导波问题中得到充分体现。 结语 本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础和实用的计算框架，深入理解转移矩阵方法在导波光学研究中的核心地位。通过掌握这一工具，研究人员和工程师将能够更高效地分析和设计各种先进的光学系统与器件，推动光电子技术迈向新的高度。

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这本书的书名本身就透露出一种严谨的学术气息，上海交通大学“九五”重点教材的定位，意味着其内容经过了时间和学术界的检验。导波光学是一个非常重要的研究领域，它在光通信、光计算、传感技术等多个领域都有着广泛的应用。而“转移矩阵方法”作为一种分析复杂波导结构的高效工具，能够帮助我们解决许多传统方法难以处理的问题。我非常期待这本书能够详细讲解转移矩阵法的基本原理，包括如何从物理模型中提取关键参数，如何构建转移矩阵，以及如何通过矩阵的乘法来描述光波在不同介质中的传播。尤其吸引我的是，我希望能看到书中如何将转移矩阵方法应用于分析复杂的光波导结构，例如多层介质波导、光子晶体波导、周期性光栅耦合器等。这些实际应用的讲解，将有助于我将理论知识转化为实际的工程能力。我希望通过阅读这本书，能够深入理解导波光学和转移矩阵方法，并能够将其应用于我的科研项目，解决实际问题，推动相关领域的发展。

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拿到这本书，首先感受到的是它厚重而严谨的学术氛围。上海交通大学的“九五”重点教材，这几个标签已经足够吸引人，意味着其内容经过了时间的沉淀和学术界的认可。导波光学这个主题本身就充满挑战，而“转移矩阵方法”更是解决导波问题的一大利器。我非常期待这本书能够清晰地阐述转移矩阵法的基本原理，包括如何从物理模型推导出转移矩阵，以及如何通过矩阵的乘积来描述光波在复杂介质中的传播过程。尤其是对于多层介质界面反射和透射系数的计算，转移矩阵方法提供了比传统菲涅尔方程更为通用的解决方案。我希望书中能够提供详细的数学推导过程，并辅以易于理解的图示，帮助我这个非理论物理出身的读者也能快速掌握。同时，我也关注书中是否包含了转移矩阵法在实际导波光学器件设计中的应用案例，例如光栅耦合器、模式转换器、滤波器等。了解这些实际应用，能够帮助我将理论知识转化为实际的工程能力。作为一本重点教材，它应该能够覆盖导波光学领域的核心内容，并为读者提供一个扎实的理论基础，为后续更深入的研究和开发奠定基础。

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这本书的出版，无疑为我这样的光学爱好者提供了一个深入了解导波光学世界的绝佳机会。我一直对光是如何在特定的介质中被约束和引导感到好奇，而导波光学正是研究这一现象的关键学科。转移矩阵方法，作为一个强大的分析工具，能够帮助我们理解和预测光在复杂波导结构中的行为，这让我对这本书充满了期待。我希望书中能够从最基础的波导概念讲起，逐步引入转移矩阵方法，并详细介绍如何构建和应用它。尤其关注的是，书中是否能够提供一些具体的案例分析，例如多层波导的传输特性、光子晶体波导的禁带结构，以及周期性波导的谐振现象等。通过这些案例，我希望能更直观地理解转移矩阵方法在解决实际问题中的优势。此外，作为一本“九五”重点教材，它所包含的内容应该具有一定的深度和前沿性，能够帮助我跟上导波光学领域的发展步伐。我希望通过学习这本书，能够建立起对导波光学和转移矩阵方法坚实的认知，并为我未来在光学领域的研究或职业发展打下坚实的基础。

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在光学领域，如何高效准确地分析和设计复杂的波导结构一直是研究的重点和难点。导波光学正是研究这一问题的核心学科，而“转移矩阵方法”作为一种强大的分析工具，在解决这类问题上展现出了无与伦比的优势。我之所以对这本书如此期待，是因为它直接切入了我的学习需求。我希望书中能够清晰地阐述转移矩阵法的基本原理，包括如何从物理模型推导出矩阵形式，以及矩阵乘法在描述光波传播过程中的意义。同时，我也非常关注书中是否包含了将转移矩阵法应用于分析各类复杂波导结构的案例，比如多层介质界面的反射与透射、周期性结构（如光栅）的光栅耦合效率、以及不均匀介质中的波导行为等。这些具体的实例，对于我理解和掌握这一方法至关重要。作为一本“九五”重点教材，它的内容深度和广度应该能够满足我进阶学习的需求，帮助我构建起扎实的导波光学知识体系，并具备解决实际工程问题的能力，为我在光通信、光集成等领域的未来发展奠定坚实的基础。

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这本书的封面设计简洁而庄重，深邃的蓝色背景象征着神秘而广阔的光学世界，而“上海交通大学‘九五’重点教材”的字样则预示着其深厚的学术底蕴和权威性。导波光学是一个令人着迷的领域，它研究光如何在特定结构中被约束和引导，而“转移矩阵方法”作为一种高效的分析工具，能够帮助我们解析各种复杂的波导现象。我非常期待这本书能够详细讲解转移矩阵法的基本原理，包括如何从物理模型推导出转移矩阵，以及如何利用矩阵的乘法来描述光波在多层介质中的传播。特别吸引我的是，我希望能了解转移矩阵方法在处理周期性结构（如光栅、光子晶体）以及不均匀介质中的应用。这本书作为重点教材，应该能够提供清晰的推导过程、丰富的数学公式以及直观的图示，帮助我这个初学者也能逐步掌握这一强大的分析工具。我希望通过这本书，能够构建起一个扎实的导波光学知识体系，并能够运用转移矩阵方法去分析和设计各种光波导器件，为我的学术研究或工程实践打下坚实的基础。

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我一直对光在微纳尺度下的行为感到着迷，而导波光学正是研究这一现象的学科。这本书的标题“导波光学中的转移矩阵方法”瞬间抓住了我的注意力，因为我深知转移矩阵方法在分析复杂波导结构上的强大威力。特别是在处理多层膜、周期性结构（如光栅耦合器、布拉格反射镜）以及不均匀波导时，转移矩阵方法提供了一种系统化、模块化的解决方案，极大地简化了分析过程。我期待这本书能够详细讲解转移矩阵的构建原理，包括如何将物理问题转化为矩阵形式，以及矩阵乘法在描述光波传播中的意义。此外，矩阵的逆、特征值、特征向量等概念在导波光学中扮演着重要角色，我希望书中能够深入探讨这些数学工具如何帮助我们理解波导的模式特性、传输效率以及谐振行为。书中是否包含了对不同类型导波结构（例如平面波导、圆柱波导、光纤）的转移矩阵分析实例？这些实例的详细讲解，对于我理解和应用该方法至关重要。作为一本“九五”重点教材，它的内容深度和广度应该能够满足我在导波光学领域的进阶学习需求。

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翻开这本书，首先映入眼帘的是其章节的编排逻辑，从基础概念的梳理到复杂问题的解决，层层递进，步步为营，体现了编者深厚的教学功底和对学科发展的深刻理解。导波光学中的许多概念，例如模式、传播常数、损耗等，都需要扎实的物理基础和清晰的数学描述。我关注的是书中对于这些基础概念是如何阐述的，是否能够做到既严谨又不失易懂。转移矩阵方法的引入，往往伴随着大量的矩阵运算和数学推导，对于初学者而言，这可能是一道不小的门槛。因此，我尤其期待书中能够提供详细的推导过程，并辅以清晰的图示和例子，帮助读者逐步理解公式背后的物理意义。此外，这本书作为“九五”重点教材，必然经过了时间的检验和众多学者的审阅，这本身就是一种质量的保证。我希望这本书能够涵盖目前导波光学研究中的主流方向，例如光子晶体波导、超材料波导、非线性光学中的导波现象等，并深入剖析其中转移矩阵法的应用。通过学习这本书，我希望能够构建起一个完整的导波光学知识体系，并掌握利用转移矩阵方法解决复杂光波导问题的能力，为我未来的学术研究或工程实践打下坚实的基础。

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我一直对光在微观尺度下的行为非常感兴趣，而导波光学正是研究这一现象的学科。转移矩阵方法，作为一个分析复杂波导结构的重要工具，一直是我学习导波光学过程中渴望掌握的技能。这本书的出版，正好满足了我这方面的需求。我非常期待书中能够从最基础的物理概念开始，逐步引入转移矩阵法的构建和应用。例如，我希望了解如何将光波在不同介质中的传播过程用矩阵来表示，以及如何通过矩阵的乘积来描述光在穿越多个界面的行为。同时，我也希望书中能够包含一些实际的应用案例，例如分析多层膜光学滤波器、光栅耦合器或者周期性结构波导的传输特性。这些案例的详细讲解，将有助于我更深入地理解转移矩阵法的威力，并将其应用于我的科研实践中。作为一本“九五”重点教材，其内容的严谨性和系统性应该能够为我提供一个全面而深入的学习体验，帮助我成为一名合格的导波光学研究者。

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这本书的封面设计就透露出一种严谨而经典的学术气息，深邃的蓝色背景上，烫金的“上海交通大学”和“九五”重点教材字样，无不彰显着其不凡的出身和坚实的学术根基。导波光学本身就是一个充满挑战和魅力的领域，它连接着理论物理的精妙与工程应用的实际，而“转移矩阵方法”的引入，更是将解决复杂导波结构问题的思路提到了一个更高的层次。我拿到这本书的时候，内心是充满期待的，想象着书中那些严谨的推导、清晰的图示，以及如何将抽象的物理概念转化为可计算、可设计的数学模型。虽然我还没有深入阅读每一页，但仅从其定位和标题，我便能预感到这是一本能够引领我进入导波光学核心世界的重量级著作。导波光学在信息传输、光集成、传感技术等领域都有着至关重要的作用，而转移矩阵方法作为一种强大的分析工具，在处理多层介质、周期结构、不均匀波导等复杂情况时，展现出无与伦比的优势。这本书的出版，无疑为广大光学研究者和工程师提供了一把得力的钥匙，能够帮助我们更有效地理解和设计各类导波器件。我非常期待能够通过这本书，系统地掌握转移矩阵方法的精髓，并将其应用到我自己的研究中，解决实际问题，推动导波光学领域的发展。

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我之所以被这本书吸引，是因为它触及了我长期以来在学习光学过程中遇到的一个核心问题：如何有效地分析和设计复杂的波导结构。导波光学是研究光如何在光波导中传播的学科，而光波导的结构往往是多层、周期性或不规则的，这给传统的分析方法带来了很大的挑战。转移矩阵方法，作为一种强大的数学工具，在处理这类问题上显示出了无与伦比的优势。我非常期待这本书能够详细阐述转移矩阵法的基本原理，包括如何将光波在介质中的传播过程抽象为矩阵运算，以及如何通过矩阵的乘积来描述多层界面的反射和透射。同时，我也希望书中能够提供一些具体的计算实例，例如分析一个简单的多层介质光波导的反射和透射系数，或者计算一个光栅耦合器的耦合效率。这些实例将有助于我更深入地理解转移矩阵法的应用，并掌握将其应用于实际工程设计的方法。作为一本“九五”重点教材，其内容的严谨性和系统性应该能够满足我深入学习的需求，为我未来在光通信、光集成等领域的学习和研究提供坚实的支持。

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