Nano-optics of Surface Polaritons pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Zayats, Anatoly V./ Smolyaninov, Igor I./ Maradudin, Alexei A.

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2010-1

价格:$ 226.00

装帧:

isbn号码:9780123735638

丛书系列:

图书标签:

• 纳米光学
• 表面等离激元
• 光子学
• 纳米材料
• 电磁学
• 光学性质
• 表面物理
• 等离体
• 纳米结构
• 光与物质相互作用

好的，这是一份关于一本名为《光子晶体与超材料中的电磁波调控》的图书简介。 --- 《光子晶体与超材料中的电磁波调控》 图书简介 本书深入探讨了现代光学领域中两个前沿且极具影响力的研究方向：光子晶体（Photonic Crystals）与超材料（Metamaterials）。全书旨在为物理学、光学工程、电子工程以及材料科学等领域的专业人士、研究生和高年级本科生提供一个全面、系统且深入的理论框架和实验视角，以理解和掌握如何通过结构设计来精确调控电磁波的传播、传输与吸收。 第一部分：光子晶体——周期结构中的禁带物理 本书的第一部分聚焦于光子晶体，这是一类具有周期性介电常数变化的材料结构，其对光波的行为类似半导体对电子的行为，能够在特定频率范围内形成“光子带隙”（Photonic Band Gaps）。 第一章：光子晶体基础理论与能带结构 本章首先介绍了光子晶体作为人工周期结构的基本概念及其与晶体物理学的类比。重点阐述了布里渊区（Brillouin Zone）中电磁波模式的演化。我们详细推导了描述光子晶体特性的麦克斯韦方程组的周期性边界条件，并引入了平面对称（2D）和空间对称（3D）的分类。核心内容包括：使用平面波展开法（Plane Wave Expansion Method, PWE）计算光子带结构，深入分析不同几何构型（如二维六角晶格、三维光子晶体堆叠）下的光子带隙特性、有效介电常数以及拓扑不变量对带隙结构的影响。 第二章：缺陷态与导光器件 光子晶体的应用价值很大程度上依赖于在完美周期结构中引入局部缺陷。本章系统研究了如何通过移除或替换晶格点来形成点缺陷、线缺陷和面缺陷。我们详细分析了这些缺陷如何引入局域化的模式，即“缺陷态”，并解释了这些模式如何对应于谐振腔和波导。内容涵盖了：利用微扰理论分析缺陷态的频率和Q因子；二维光子晶体波导的耦合机制、损耗分析和弯曲损耗的优化策略；以及光子晶体谐振腔在窄带滤波和非线性光学中的应用潜力。 第三章：高阶拓扑光子晶体与边界态 随着拓扑物理学向光子学领域的渗透，本章介绍了光子晶体在拓扑绝缘体（Topological Insulators）方面的最新进展。我们阐述了拓扑不变量（如陈数）的概念，并将其应用于光子系统中。重点讨论了光子拓扑绝缘体的构建方法，特别是如何通过时间反演对称性破缺或引入非厄米特性来维持拓扑保护的单向边缘态。这些具有抗背散射特性的边界态是未来无损集成光路设计的关键基础。 第二部分：超材料——亚波长结构与负折射 本书的第二部分将焦点转向超材料，这是一类通过设计亚波长结构单元（Meta-atoms）来展现宏观上自然材料所不具备的奇异电磁响应的人工复合材料。 第四章：超材料的基本响应机制与等效参数 本章从电磁散射理论出发，解释了超材料响应的本质——亚波长尺度下的电磁共振。我们详细介绍了如何通过格雷厄姆-史密斯（Graham-Smith）方法或廷姆曼（Timmerman）方法来提取超材料的等效介电常数 $epsilon_{eff}$ 和磁导率 $mu_{eff}$。核心内容包括：实现负折射率（Negative Refractive Index, NRI）的“鱼骨”结构（Split-Ring Resonators, SRR）和双负（Double-Negative, DNG）材料的物理机理，以及单负（SNG）材料（如等离子体超材料）的特性。 第五章：各向异性与梯度超材料 超越均匀各向同性超材料，本章深入研究了具有复杂电磁响应特性的超材料。重点分析了空间上介电常数或磁导率随位置变化的梯度超材料（Gradient Index, GRIN）。我们详细推导了广义斯涅尔定律（Generalized Snell's Law）在界面处的应用，并以此为基础，系统阐述了超表面（Metasurfaces）的设计原理。超表面作为二维化的超材料，通过精确控制亚波长相位梯度，实现了对平面波前进行任意调控的能力，包括完美反射、偏振转换以及隐身斗篷的概念模型。 第六章：电磁波的完美吸收与热管理 本章探讨了超材料在电磁波吸收方面的突破性应用。我们分析了超材料吸收器（Metamaterial Absorbers）的设计原理，强调了通过精确匹配空气阻抗与结构阻抗来实现宽带、多频段或窄带吸收的机制。内容涉及：利用法拉第-劳厄（Faraday-Lowe）条件实现完美吸收；以及如何利用可调谐材料（如石墨烯或相变材料）将超材料吸收器应用于热辐射控制、电磁兼容性（EMC）和高效光热转换等领域。 第七章：非线性、时变与拓扑超材料 本书的最后一部分聚焦于超越传统线性、静态响应的先进超材料。我们探讨了超材料中的非线性效应，特别是高强度光激发下的电磁响应变化，及其在光开关和频率倍增中的潜力。此外，对时变超材料（Time-Varying Metamaterials）的响应特性进行了讨论，解释了如何利用调制来打破时间对称性，从而实现频率上转换或非互易传输。最后，本书简要介绍了拓扑概念在超材料中的应用，展示了如何利用非厄米拓扑结构来实现单向传输和奇异的能量流控制。 总结与展望 《光子晶体与超材料中的电磁波调控》不仅提供了扎实的理论基础，还结合了大量的数值模拟方法（如FDTD, FEM）的应用指导，旨在帮助读者掌握从基础设计到复杂器件实现的完整路径。本书强调了结构设计与电磁响应之间的内在联系，预示着未来在集成光子学、电磁隐身、高精度传感和下一代通信技术中将展现的巨大潜力。

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