计算光子学：MATLAB导论

作者: [加拿大] Marek S. Wartak 著 , 吴宗森译 , 吴小山译

出版社: 科学出版社

出版时间: 2015-06

版次: 1

ISBN: 9787030444066

定价: 198.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 516页

正文语种: 简体中文

分类: 自然科学

　　《计算光子学：MATLAB导论》是光电子学和光电器件理论系统化和计算图像化的最新专著。《计算光子学：MATLAB导论》从光学和电磁场基础理论讲起，逐一讨论了激光束在光波导和线状光纤中的传播模式和特性，以及激光器、光接收器，各种光放大器以及波分多路和光链接。最后，《计算光子学：MATLAB导论》论述了光孤子、太阳能光电池和最近几年才出现的超材料。《计算光子学：MATLAB导论》不仅有系统的光子学的理论和计算公式，而且通过Matlab进行各种仿真计算，获得了激光束在波导和光纤中传播以及光放大器工作时的效果图。《计算光子学：MATLAB导论》收录了60多个在Matlab中使用的编程，可供读者学习使用。第1章绪言
1.1什么是光子学
1.2什么是计算光子学
1.2.1计算光子学和计算电磁学的方法
1.2.2计算纳米光子学
1.2.3光电商用软件一览
1.3光纤通信
1.3.1光纤通信的简介
1.3.2通信简史
1.3.3光纤的发展
1.3.4与电传输的比较
1.3.5管理标准
1.3.6波分复用
1.3.7孤子
1.4生物和医学光子学
1.5光子传感器
1.6硅光子学
1.7光量子信息科学
参考文献

第2章光学的基本知识
2.1几何光学
2.1.1射线理论及其应用
2.1.2临界角
2.1.3透镜
2.1.4折射率梯度变化系统
2.2波动光学
2.2.1相速度
2.2.2群速度
2.2.3斯托克斯关系
2.2.4电介质薄膜中的干涉
2.2.5平板中光束的多次干涉
2.2.6法布里-咱罗干涉仪
2.3习题.
附录2A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第3章电磁学基础
3.1麦克斯韦方程组
3.2边界条件
3.2.1电场边界条件
3.2.2磁场边界条件
3.3波动方程
3.4时谐场
3.5偏振波
3.5.1线偏振波
3.5.2圆偏振和椭圆偏振波
3.6菲涅耳系数和相位
3.6.1TE偏振
3.6.2TM偏振
3.7电介质界面反射造成的偏振
3.8抗反射涂层
3.9布拉格镜
3.10古斯-汉欣位移
3.11坡印亭定理
3.12习题
3.13课题
附录3A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第4章平板波导
4.1平板波导的射线光学
4.1.1数值孔径
4.1.2导波模式
4.1.3横向共振条件
4.1.4横向条件-归一化形式
4.2电介质波导的电磁学理论基础
4.2.1一般性讨
4.2.2通用方程的简约形式
4.3平面宽波导的波动方程
4.4三层对称的导波结构(TE模式)
4.5一维任意三层不对称平面波导的模式
4.5.1TE模式
4.5.2TE模式的场分布
4.6一维方法处理多层平板波导
4.6.1TE模式
4.6.2传播常数
4.6.3电场
4.6.4TM模式
4.7一维方式的实例
4.7.1四层无衰减波导
4.7.2六层耗散波导
4.7.3维瑟结构
4.8二维结构
4.9习题
4.10课题
附录4A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第5章线状光纤和信号退化
5.1几何光学概述
5.1.1数值孔径(NA)
5.1.2多路径色散
5.1.3光纤的信息运载能力
5.1.4硅光纤的损耗机制
5.1.5固有损耗
5.1.6外在损耗
5.2柱坐标中的光纤模式.
5.2.1柱坐标中的麦克斯韦方程
5.2.2柱坐标的波动方程
5.2.3柱坐标中波动方程的解
5.2.4边界条件和模式方程
5.2.5模式分类
5.2.6m=0时的模式
5.2.7弱导波近似(wga)
5.2.8统一表达式
5.2.9基本模式HE11的通用关系
5.2.10单模光纤
5.2.11截止条件
5.3色散
5.3.1群延时的概论
5.3.2材料色散：谢米尔方程
5.3.3波导色散
5.4传播中的脉冲色散.
5.5习题
5.6课题
附录5A：贝塞尔函数的特性
附录5B：特征行列式
附录5C：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第6章线性脉冲的传播
6.1基本脉冲
6.1.1矩形脉冲
6.1.2高斯脉冲
6.1.3超高斯脉冲
6.1.4惆瞅高斯脉冲
6.2半导体激光器的调制
6.2.1调制制式
6.2.2波形的建立
6.3存在色散时脉冲传播方程的简单推导
6.4线性脉冲的数学理论
6.5脉冲的传播
6.5.1调频高斯脉冲传播的分析
6.5.2傅里叶变换的数值方法
6.5.3傅里叶分步变换法
6.6习题
附录6A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第7章光源
7.1激光器的概论
7.1.1TLS中的跃迂
7.1.2激光振荡和谐振模式
7.2半导体激光器
7.2.1半导体中的电子跃迂
7.2.2同质pn结
7.2.3异质结构
7.2.4光学增益
7.2.5确定光增益
7.3速率方程
7.3.1载流子
7.3.2光子
7.3.3速率方程参数
7.3.4电场速率方程的推导
7.4速率方程的分析
7.4.1稳态分析
7.4.2线性增益模式的小信号分析
7.4.3增益饱和时的小信号分析
7.4.4量子阱激光器的大信号分析
7.4.5频率惆瞅
7.4.6等效电路模式
7.4.7体激光器的等效电路
7.5习题
7.6课题
附录7A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第8章光放大器和掺锢光纤放大器
8.1一般特性
8.1.1增益谱和带宽
8.1.2增益饱和
8.1.3放大器噪声
8.2掺饵光纤放大器(ED龙A)
8.2.1稳态分析
8.2.2有效的二能级方法
8.3掺饵光纤放大器的增益特性
8.4习题
8.5课题
附录8A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第9章半导体光放大器(SOA)
9.1一般性讨论
9.1.1具有小端面反射率的SOA增益公式
9.1.2小端面反射率的影响
9.2SOA脉冲传播速率方程
9.3SOA的设计
9.4SOA的应用
9.4.1波长转换
9.4.2基于干涉原理的全光学逻辑
9.5习题
9.6课题
附录9A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第10章光接收器件
10.1主要特征
10.1.1接收器灵敏度.
10.1.2动态范围.
10.1.3比特率透明度.
10.1.4比特图的独立性
10.2光检测器
10.2.1光检测原理
10.2.2光检测器的性能参数
10.2.3光检测器噪声
10.2.4检测器的设计
10.3接收器之分析
10.3.1理想光接收器的比特误差
10.3.2接收器的误差概率
10.3.3比特率和高斯噪声
10.4光电接收器的建模
10.5习题
10.6课题
附录10A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第11章时域有限差分法
11.1通用公式
11.1.1三维公式
11.1.2二维公式
11.1.3一维模型
11.1.4高斯脉冲和调制高斯脉
11.2无色散时的一维叶氏算法
11.2.1无损耗情况.
11.2.2确定网格尺度
11.2.3色散与稳定性
11.2.4稳定性判据
11.2.5一维有损耗模式
11.3一维边界条件
11.3.1穆尔一阶吸收边界条件(ABC)
11.3.2一维二阶边界条件
11.4二维无色散的叶氏算法
11.5二维吸收边界条件
11.6色散
11.7习题
11.8课题
附录11A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第12章波束传播法(BPM)
12.1傍轴公式
12.1.1引言
12.1.2运算子D.和W
12.1.3傅里叶变换分步法的实施
12.2一般理论
12.2.1绪论
12.2.2慢变化包络近似(SVEA)
12.2.3半矢量BPM
12.2.4标量公式
12.2.5有限差分(龙D)近似
12.31+1维有限差分波束传播法公式
12.3.1简单近似
12.3.2传播运算子方法
12.3.3透明边界条件
12.4结束语
12.5习题
12.6课题
附录12A：龙D-BPM方程的推导细节
附录12B：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第13章波分复用(WDM)器件
13.1WDM系统之基本
13.2基本的WDM技术
13.2.1光纤布拉格光栅
13.2.2阵列波导栅格
13.2.3藕合器和分束器
13.2.4无源藕合器的数学理论
13.2.5光隔离器
13.3BPM在光电器件中的应用
13.4课题
附录13A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第14章光链路
14.1光通信系统
14.2设计光链路
14.2.1功率预算分析
14.2.2上升时间预算
14.3测量光链路性能
14.4线性系统的光滤波器
14.5基于滤波功能的光链路模式
14.5.1方脉冲的试验分析
14.5.2发射器
14.5.3光纤
14.5.4接收器
14.5.5光链路模型的实现
14.6习题
14.7课题
附录14A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第15章光孤子
15.1非线性光学极化率
15.2主要的非线性效应
15.2.1克尔效应.
15.2.2受激拉曼散射.
15.3非线性薛定诗方程的推导
15.4分步傅里叶方法
15.4.1分步傅里叶变换法
15.4.2对称分步傅里叶变换法
15.5数值结果
15.5.1单孤子
15.5.2惆瞅孤子波.
15.5.3两个相互作用的孤子波.
15.6基于孤子通信的几个结论
15.7习题
附录15A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第16章光伏电池
16.1引言
16.2光伏电池原理
16.3光伏电池的等效电路
16.3.1基本模型
16.3.2其他模型
16.4多结光伏电池
16.4.1多结量子点
16.4.2中间带光伏电池
16.4.3数值仿真的作用
附录16A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第17章超材料
17.1引言
17.2韦谢拉戈方法
17.2.1波动方程
17.2.2左手材料
17.2.3光线的折射
17.3如何构造超材料
17.3.1在微波下超材料具有负有效介电常数
17.3.2磁学性能：开口环振荡器(SRR)
17.4超材料的一些应用
17.4.1完美透镜
17.4.2在超材料中的静止光
17.4.3隐形
17.4.4光学黑洞
17.5有源超材料
17.6特别加注的参考书目
附录17A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献
附录AMatlab的基本知识
A.1m-文件的工作部分
A.2基本法则
A.3Matlab编程中的良好习惯
A.3.1预置内存
A.3.2矢量化的循环
A.4作图之基本
A.4.1二维作图之基本
A.4.2二维作图
A.4.3三维作图和动画作图
A.5基本的输入-输出
内容简介:
　　《计算光子学：MATLAB导论》是光电子学和光电器件理论系统化和计算图像化的最新专著。《计算光子学：MATLAB导论》从光学和电磁场基础理论讲起，逐一讨论了激光束在光波导和线状光纤中的传播模式和特性，以及激光器、光接收器，各种光放大器以及波分多路和光链接。最后，《计算光子学：MATLAB导论》论述了光孤子、太阳能光电池和最近几年才出现的超材料。《计算光子学：MATLAB导论》不仅有系统的光子学的理论和计算公式，而且通过Matlab进行各种仿真计算，获得了激光束在波导和光纤中传播以及光放大器工作时的效果图。《计算光子学：MATLAB导论》收录了60多个在Matlab中使用的编程，可供读者学习使用。
目录:
第1章绪言
1.1什么是光子学
1.2什么是计算光子学
1.2.1计算光子学和计算电磁学的方法
1.2.2计算纳米光子学
1.2.3光电商用软件一览
1.3光纤通信
1.3.1光纤通信的简介
1.3.2通信简史
1.3.3光纤的发展
1.3.4与电传输的比较
1.3.5管理标准
1.3.6波分复用
1.3.7孤子
1.4生物和医学光子学
1.5光子传感器
1.6硅光子学
1.7光量子信息科学
参考文献

第2章光学的基本知识
2.1几何光学
2.1.1射线理论及其应用
2.1.2临界角
2.1.3透镜
2.1.4折射率梯度变化系统
2.2波动光学
2.2.1相速度
2.2.2群速度
2.2.3斯托克斯关系
2.2.4电介质薄膜中的干涉
2.2.5平板中光束的多次干涉
2.2.6法布里-咱罗干涉仪
2.3习题.
附录2A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第3章电磁学基础
3.1麦克斯韦方程组
3.2边界条件
3.2.1电场边界条件
3.2.2磁场边界条件
3.3波动方程
3.4时谐场
3.5偏振波
3.5.1线偏振波
3.5.2圆偏振和椭圆偏振波
3.6菲涅耳系数和相位
3.6.1TE偏振
3.6.2TM偏振
3.7电介质界面反射造成的偏振
3.8抗反射涂层
3.9布拉格镜
3.10古斯-汉欣位移
3.11坡印亭定理
3.12习题
3.13课题
附录3A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第4章平板波导
4.1平板波导的射线光学
4.1.1数值孔径
4.1.2导波模式
4.1.3横向共振条件
4.1.4横向条件-归一化形式
4.2电介质波导的电磁学理论基础
4.2.1一般性讨
4.2.2通用方程的简约形式
4.3平面宽波导的波动方程
4.4三层对称的导波结构(TE模式)
4.5一维任意三层不对称平面波导的模式
4.5.1TE模式
4.5.2TE模式的场分布
4.6一维方法处理多层平板波导
4.6.1TE模式
4.6.2传播常数
4.6.3电场
4.6.4TM模式
4.7一维方式的实例
4.7.1四层无衰减波导
4.7.2六层耗散波导
4.7.3维瑟结构
4.8二维结构
4.9习题
4.10课题
附录4A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第5章线状光纤和信号退化
5.1几何光学概述
5.1.1数值孔径(NA)
5.1.2多路径色散
5.1.3光纤的信息运载能力
5.1.4硅光纤的损耗机制
5.1.5固有损耗
5.1.6外在损耗
5.2柱坐标中的光纤模式.
5.2.1柱坐标中的麦克斯韦方程
5.2.2柱坐标的波动方程
5.2.3柱坐标中波动方程的解
5.2.4边界条件和模式方程
5.2.5模式分类
5.2.6m=0时的模式
5.2.7弱导波近似(wga)
5.2.8统一表达式
5.2.9基本模式HE11的通用关系
5.2.10单模光纤
5.2.11截止条件
5.3色散
5.3.1群延时的概论
5.3.2材料色散：谢米尔方程
5.3.3波导色散
5.4传播中的脉冲色散.
5.5习题
5.6课题
附录5A：贝塞尔函数的特性
附录5B：特征行列式
附录5C：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第6章线性脉冲的传播
6.1基本脉冲
6.1.1矩形脉冲
6.1.2高斯脉冲
6.1.3超高斯脉冲
6.1.4惆瞅高斯脉冲
6.2半导体激光器的调制
6.2.1调制制式
6.2.2波形的建立
6.3存在色散时脉冲传播方程的简单推导
6.4线性脉冲的数学理论
6.5脉冲的传播
6.5.1调频高斯脉冲传播的分析
6.5.2傅里叶变换的数值方法
6.5.3傅里叶分步变换法
6.6习题
附录6A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第7章光源
7.1激光器的概论
7.1.1TLS中的跃迂
7.1.2激光振荡和谐振模式
7.2半导体激光器
7.2.1半导体中的电子跃迂
7.2.2同质pn结
7.2.3异质结构
7.2.4光学增益
7.2.5确定光增益
7.3速率方程
7.3.1载流子
7.3.2光子
7.3.3速率方程参数
7.3.4电场速率方程的推导
7.4速率方程的分析
7.4.1稳态分析
7.4.2线性增益模式的小信号分析
7.4.3增益饱和时的小信号分析
7.4.4量子阱激光器的大信号分析
7.4.5频率惆瞅
7.4.6等效电路模式
7.4.7体激光器的等效电路
7.5习题
7.6课题
附录7A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第8章光放大器和掺锢光纤放大器
8.1一般特性
8.1.1增益谱和带宽
8.1.2增益饱和
8.1.3放大器噪声
8.2掺饵光纤放大器(ED龙A)
8.2.1稳态分析
8.2.2有效的二能级方法
8.3掺饵光纤放大器的增益特性
8.4习题
8.5课题
附录8A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第9章半导体光放大器(SOA)
9.1一般性讨论
9.1.1具有小端面反射率的SOA增益公式
9.1.2小端面反射率的影响
9.2SOA脉冲传播速率方程
9.3SOA的设计
9.4SOA的应用
9.4.1波长转换
9.4.2基于干涉原理的全光学逻辑
9.5习题
9.6课题
附录9A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第10章光接收器件
10.1主要特征
10.1.1接收器灵敏度.
10.1.2动态范围.
10.1.3比特率透明度.
10.1.4比特图的独立性
10.2光检测器
10.2.1光检测原理
10.2.2光检测器的性能参数
10.2.3光检测器噪声
10.2.4检测器的设计
10.3接收器之分析
10.3.1理想光接收器的比特误差
10.3.2接收器的误差概率
10.3.3比特率和高斯噪声
10.4光电接收器的建模
10.5习题
10.6课题
附录10A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第11章时域有限差分法
11.1通用公式
11.1.1三维公式
11.1.2二维公式
11.1.3一维模型
11.1.4高斯脉冲和调制高斯脉
11.2无色散时的一维叶氏算法
11.2.1无损耗情况.
11.2.2确定网格尺度
11.2.3色散与稳定性
11.2.4稳定性判据
11.2.5一维有损耗模式
11.3一维边界条件
11.3.1穆尔一阶吸收边界条件(ABC)
11.3.2一维二阶边界条件
11.4二维无色散的叶氏算法
11.5二维吸收边界条件
11.6色散
11.7习题
11.8课题
附录11A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第12章波束传播法(BPM)
12.1傍轴公式
12.1.1引言
12.1.2运算子D.和W
12.1.3傅里叶变换分步法的实施
12.2一般理论
12.2.1绪论
12.2.2慢变化包络近似(SVEA)
12.2.3半矢量BPM
12.2.4标量公式
12.2.5有限差分(龙D)近似
12.31+1维有限差分波束传播法公式
12.3.1简单近似
12.3.2传播运算子方法
12.3.3透明边界条件
12.4结束语
12.5习题
12.6课题
附录12A：龙D-BPM方程的推导细节
附录12B：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第13章波分复用(WDM)器件
13.1WDM系统之基本
13.2基本的WDM技术
13.2.1光纤布拉格光栅
13.2.2阵列波导栅格
13.2.3藕合器和分束器
13.2.4无源藕合器的数学理论
13.2.5光隔离器
13.3BPM在光电器件中的应用
13.4课题
附录13A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第14章光链路
14.1光通信系统
14.2设计光链路
14.2.1功率预算分析
14.2.2上升时间预算
14.3测量光链路性能
14.4线性系统的光滤波器
14.5基于滤波功能的光链路模式
14.5.1方脉冲的试验分析
14.5.2发射器
14.5.3光纤
14.5.4接收器
14.5.5光链路模型的实现
14.6习题
14.7课题
附录14A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第15章光孤子
15.1非线性光学极化率
15.2主要的非线性效应
15.2.1克尔效应.
15.2.2受激拉曼散射.
15.3非线性薛定诗方程的推导
15.4分步傅里叶方法
15.4.1分步傅里叶变换法
15.4.2对称分步傅里叶变换法
15.5数值结果
15.5.1单孤子
15.5.2惆瞅孤子波.
15.5.3两个相互作用的孤子波.
15.6基于孤子通信的几个结论
15.7习题
附录15A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第16章光伏电池
16.1引言
16.2光伏电池原理
16.3光伏电池的等效电路
16.3.1基本模型
16.3.2其他模型
16.4多结光伏电池
16.4.1多结量子点
16.4.2中间带光伏电池
16.4.3数值仿真的作用
附录16A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献

第17章超材料
17.1引言
17.2韦谢拉戈方法
17.2.1波动方程
17.2.2左手材料
17.2.3光线的折射
17.3如何构造超材料
17.3.1在微波下超材料具有负有效介电常数
17.3.2磁学性能：开口环振荡器(SRR)
17.4超材料的一些应用
17.4.1完美透镜
17.4.2在超材料中的静止光
17.4.3隐形
17.4.4光学黑洞
17.5有源超材料
17.6特别加注的参考书目
附录17A：本章Matlab的函数清单和代码
参考文献
附录AMatlab的基本知识
A.1m-文件的工作部分
A.2基本法则
A.3Matlab编程中的良好习惯
A.3.1预置内存
A.3.2矢量化的循环
A.4作图之基本
A.4.1二维作图之基本
A.4.2二维作图
A.4.3三维作图和动画作图
A.5基本的输入-输出

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计算光子学：MATLAB导论

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