Electromagnetic theory in microwaves and optoelectronics

1.1 麦克斯韦方程
1.1.1 基本的麦克斯韦方程
1.1.2 媒质的极化与磁化，媒质中的麦克斯韦方程
1.1.3 复数麦克斯韦方程
1.1.4 色散媒质，复数介电率与复数导磁率
1.1.5 等效磁荷与等效磁流，电磁场的对偶性
1.2 边界条件方程
1.3 波动方程
1.3.1 简单媒质中瞬时值形式的波动方程——时域波动方程
1.3.2 无源波动方程的时域解，电磁场的波动性
1.3.3 复数形式的波动方程—频域波动方程
1.4 坡印亭定理
1.4.1 瞬时值的坡印亭定理
1.4.2 复数坡印亭定理
1.4.3 无损色散媒质中的复数坡印亭定理
1.5 电磁场的位函数
1.5.1 动态位，达朗伯方程
1.5.2 达朗伯方程的解，滞后位
1.5.3 复数达朗伯方程，简谐滞后位
1.6 赫兹矢量
1.7 电磁场的几个基本原理和定理
1.7.1 叠加定理
1.7.2 对偶定理
1.7.3 唯一性定理
1.7.4 等效性原理
1.7.5 镜像原理
1.7.6 洛仑兹互易定理
习题1
第二章 泊松方程和拉普拉斯方程的边值问题
2.1 泊松方程和拉普拉斯方程
2.2 标量位函数的边界条件
2.2.1 面电荷
2.2.2 面偶极
2.2.3 导体边界条件
2.3 泊松方程边值问题的积分公式
2.4 泊松方程边值问题的唯一性定理
2.5 标量格林函数
2.5.1 狄利克里边值问题的格林函数
2.5.2 诺依曼边值问题的格林函数
2.5.3 二维格林函数
2.5.4 一些简单边界的狄利克里格林函数
2.5.5 泊松积分公式
2.5.6 格林函数应用举例
2.6 格林互易定理
2.6.1　格林互易定理的表达式
2.6.2　格林互易定理应用举例
2.7　分离变量和正交函数展开
2.7.1　正交曲坐标中的矢量分析展开式
2.7.2　可分离变量的坐标系统
2.7.3　本征值问题和正交展开
2.7.4 几种常用坐标系统中的谐函数集
2.7.5　用分离变量法求泊松积分公式的正交函数展开式
2.7.6　分离变量法求解拉普拉斯方程举例
2.8　格林函数的正交展开
2.8.1 三维δ函数在正交曲坐标中的表达式
2.8.2　球面格林函数的正交展开
2.8.3　柱面格林函数的正交展开
2.8.4　格林函数正交展开应用举例
2.9　泊松方程的正交函数展开求解
2.9.1 点电荷电位的球谐函数展开式，球谐函数的加法定理
2.9.2　点电荷电位的柱谐函数展开式，柱谐函数的加法定理
2.9.3　电位函数的多极展开
2.9.4　用分离变量法求解泊松方程举例
2.10　二维位场问题，复位函数及保角映射
2.10.1 解析复变函数与复位函数
2.10.2　用保角映射法求解二维位场
2.10.3　多角形域的映射，施瓦兹变换
2.10.4　施瓦兹变换举例
2.10.5　椭圆函数的应用
习题2
第三章　电磁波基础
3.1 简谐均匀平面电磁波
3.1.1 不导电媒质中的均匀平面波
3.1.2　沿任意方向传播的均匀平面波
3.1.3　均匀平面波的能流与能量
3.1.4　导电媒质中的平面波，电磁波的衰减
3.2 电磁波的偏振
3.2.1 由两个线偏振波合成任意偏振态的波
3.2.2　琼斯矩阵
3.2.3　由两个圆偏振波合成任意偏振态的波
3.2.4　斯托克斯参数和邦加球
3.2.5　单色波和多色波，完全偏振波，部分偏振波和非偏振波
3.3 电磁波的反射与透射
3.3.1　斯奈尔定律，电磁波的方向关系
3.3.2　菲涅尔定律，电磁波复数振幅的关系
3.3.3 电磁波垂直入射于理想导体表面
3.3.4　电磁波垂直入射于媒质界面
3.3.5 电磁波斜入射于理想导体表面，导波
3.3.6　布儒斯特角，全偏振
3.3.7　全反射，临界角
3.3.8　渐消场和表面波
3.3.9　介质界面反射系数的模和角及偏振态变化
3.3.10　电磁波在导电媒质界面的反射和透射
3.4 电磁波的传输线模拟
3.4.1 电报方程及其解
3.4.2　无损传输线上的反射、驻波及阻抗
3.4.3　传输线圆图
3.4.4　电磁波系统的等效传输线
3.5　电磁波的网络模拟
3.5.1 线性多口网络的网络矩阵和网络参量
3.5.2　网络矩阵的性质
3.5.3　双口网络
3.5.4　基本电路元件的网络参数
3.6 电磁波在多层媒质界面上的反射和透射，阻抗变换器
3.6.1　单介质层的两个界面，单节阻抗变换器
3.6.2　双介质层，二节阻抗变换器
3.6.3　多层介质及多节阻抗变换器的设计问题
3.6.4　小反射理论
3.6.5　交替变化折射指数多层光学薄膜
习题3
第四章　亥姆霍兹方程的边值问题
4.1　时变场问题的唯一性定理
4.1.1　混合问题的唯一性定理
4.1.2　亥姆霍兹方程边值问题的唯一性定理
4.1.3　分区求解亥姆霍兹方程边值问题的唯一性定理
4.2　正交曲坐标系统中矢量亥姆霍兹方程的化简
4.2.1　博格尼斯位函数法
4.2.2　赫兹矢量法
4.2.3　纵向分量法
4.3　亥姆霍兹方程的边界条件
4.4　柱形系统中的电磁波
4.5　矢量本征函数
4.5.1　亥姆霍兹方程边值问题的本征值
4.5.2　矢量本征函数的正交性及正交展开
4.6　矩坐标系统中亥姆霍兹方程的解
4.6.1　以z作为u3
4.6.2 以x或y作为u3
4.7 圆柱坐标系统中亥姆霍兹方程的解
4.8　球坐标系统中亥姆霍兹方程的解
4.9　亥姆霍兹方程复杂边值问题的近似解
4.9.1　本征值的变分原理
4.9.2　近似边界条件
习题4
第五章　金属波导与谐振腔
5.1　金属波导的一般特性
5.1.1　金属波导的传播特性
5.1.2　金属波导的波阻抗
5.1.3　金属波导中的功率流
5.1.4　金属波导中电磁波的衰减
5.2　谐振腔的一般特性
5.2.1　谐振腔的固有频率和能量平衡
5.2.2　谐振腔的损耗品质因数
5.3　矩形系统的波导与谐振腔
5.3.1　矩形波导
5.3.2　双平板传输线
5.3.3　矩形谐振腔
5.4 圆柱坐标系统的波导与谐振腔
5.4.1　扇形截面柱谐振腔
5.4.2　扇形截面波导
5.4.3　同轴线及同轴谐振腔
5.4.4　圆波导及圆柱谐振腔
5.4.5　柱面喇叭波导和渐开双平板传输线
5.4.6　径向传输线及径向线谐振腔
5.5　球坐标系统的谐振腔与传输线
5.5.1　球形谐振腔
5.5.2　双锥传输线与双锥谐振腔
5.6　重入谐振腔，复杂边界条件问题
5.6.1　重入谐振腔的严格解
5.6.2　重入谐振腔的近似解
5.7　微扰原理
5.7.1　谐振腔的导体微扰
5.7.2　谐振腔的介质微扰
5.7.3　波导的微扰
习题5
第六章　介质波导与介质谐振器
6.1 充填不同媒质的金属波导
6.1.1 除沿媒质界面均匀的TE模式外，其他TE、TM模式的场均不能满足充填不同媒质的波导的边界条件
6.1.2 充填不同媒质的金属波导中的TE（x）模及TM（x）模
6.2 对称平面介质波导
6.2.1　对称平面介质波导的TM模
6.2.2　对称平面介质波导的TE模
6.2.3　对称平面介质波导的传播特性
6.2.4　对称平面介质波导中的场分布
6.2.5　对称平面介质波导的最低模式
6.3　敷介质导体板和介质镜像波导
6.4　非对称平面介质波导
6.4.1　非对称平面介质波导的TM模
6.4.2　非对称平面介质波导的TE模
6.4.3 非对称平面介质波导特征方程的研究，弱导条件
6.5　条形介质波导
6.6 圆截面介质波导和阶跃折射指数光纤
6.6.1 圆介质波导的场解和特征方程
6.6.2　圆介质波导中的角向均匀模式
6.6.3　圆介质波导中的角向非均匀模式
6.6.4　弱导光纤
6.6.5　弱导光纤中的线偏振模
6.6.6　光纤的衰减，电磁信号的远距离传输
6.7　敷介质圆导体棒
6.8　介质谐振器
6.8.1　圆柱介质谐振器的开路壁（磁壁）近似求解
6.8.2　截止波导法近似求解
6.8.3　截止波导-截止径向线法
6.8.4　实际介质谐振器
习题6
第七章　慢波与周期系统，模式耦合
7.1　慢波系统的主要特性
7.2　平板折绉表面结构作为均匀系统
7.2.1　开敞结构
7.2.2　封闭结构，带盖板的折绉结构
7.3　磐荷波导作为均匀系统
7.3.1　带中心孔的磐荷波导
7.3.2　边缘孔磐荷波导
7.4　周期系统
7.4.1　周期系统中的空间谐波，弗洛奎定理
7.4.2　周期系统的色散特性，布里渊图
7.4.3　耦合谐振腔链
7.4.4　周期系统的耦合阻抗及场分布
7.5　平板折绉表面结构作为周期系统
7.6　磐荷波导作为周期系统
7.7　螺旋线
7.7.1　螺旋导片模型——均匀系统
7.7.2　螺旋导片中的主模
7.7.3　螺旋带模型——螺旋性周期系统
7.8　指状线
7.8.1　单级周期系统，梳状线
7.8.2　多级周期系统
7.8.3　叉指线及曲折线
7.9　模式耦合
7.9.1　谐振系统的模式耦合——时间模式耦合
7.9.2　传输系统的模式耦合——空间模式耦合
7.9.3　介质光波导定向耦合器及开关
7.10　周期性分布反馈结构
7.10.1　周期性分布反馈结构的基本原理
7.10.2　分布反馈结构作为反射滤波器
7.10.3　四分之一波长位移分布反馈谐振腔
习题7
第八章　色散媒质和各向异性媒质中的电磁波
8.1　媒质的色散与吸收
8.1.1　媒质色散与吸收的经典理论
8.1.2　正常色散与非正常色散，谐振吸收
8.1.3　低频极限，电导率
8.1.4　高频极限，等离子频率
8.2 电磁波在色散媒质中的相速、群速与能速
8.2.1　相速
8.2.2　群速
8.2.3　能速
8.2.4　传输系统的材料色散，波导色散的模间色散
8.3　各向异性媒质及其构成矩阵
8.3.1 无源无损双各向异性媒质构成矩阵的对称性
8.3.2　无源无损单各向异性媒质构成矩阵的对称性，互易媒质和回旋媒质
8.4 电磁波在各向异性媒质中传播的特点
8.4.1　各向异性媒质中的麦克斯韦方程和波动方程
8.4.2　各向异性媒质中电磁波的波矢，功率流与场的方向关系
8.4.3　KDB坐标系
8.5　互易媒质中的电磁波
8.5.1　无磁非旋光晶体的介电率张量
8.5.2　电磁波在单轴晶体中的传播
8.5.3 电磁波在互易晶体介质中传播的一般描述
8.6 电子注中的波
8.6.1 电子注的等效介电率张量及平面波在其中的传播
8.6.2　空间电荷波
8.7　非互易媒质，回旋媒质
8.7.1　有限磁场中的等离子体
8.7.2　磁场中的铁氧体，旋磁媒质
8.8　磁化等离子体中的平面电磁波
8.8.1　磁化等离子体中沿磁化方向传播的平面波
8.8.2　磁化等离子体中沿垂直于磁化方向传播的平面波
8.9　旋磁媒质中的平面电磁波
8.9.1　旋磁媒质中沿任意方向传播的平面波
8.9.2　法拉第旋转
8.10　静磁波
8.10.1　静磁波方程
8.10.2　静磁波模式
习题8
第九章　高斯波束
9.1　波动方程的傍轴近似
9.2　基模高斯波束
9.3　高斯波束的特性
9.3.1高斯波束的傍轴近似条件
9.3.2　束半径、曲率半径和发散角
9.3.3　相速与群速
9.3.4　高斯波束中电场和磁场分布
9.3.5　高斯波束中的能量和能流
9.4　高斯波束变换
9.4.1　常用高斯波束变换
9.4.2　ABCD定律及其应用
9.4.3　高斯波束的非薄透镜变换
9.5　椭圆高斯波束
9.6　高阶高斯波束
9.6.1　厄米-高斯波束
9.6.2　拉盖尔-高斯波束
9.7　高斯波束在二次方折射率媒质中的传播
9.7.1　一般规律
9.7.2　实二次方折射率媒质中的高斯波束
9.7.3　虚二次方折射率媒质中的高斯波束
9.7.4　二次方折射率媒质中厄米-高斯光束的稳态解
9.8　高斯波束在各向异性媒质中的传播
习题9
第十章　标量衍射理论及其应用
10.1 基尔霍夫-惠更斯衍射积分
10.2　菲涅尔-基尔霍夫衍射定理
10.3　瑞利-索末菲衍射定理
10.4　平面波与球面波的衍射
10.4.1　平面波与球面波入射时的衍射公式
10.4.2　圆孔的夫琅和费衍射
10.4.3　圆孔的菲湟尔衍射
10.5　高斯波束的衍射
10.5.1　高斯波束的夫琅和费衍射
10.5.2　高斯波束的菲湟尔圆孔衍射
10.6 电磁波在各向异性媒质中的衍射
10.6.1　方孔的夫琅和费衍射
10.6.2　圆孔的夫琅和费衍射
10.6.3　圆孔的菲湟尔衍射
10.7　高斯波束在各向异性媒质中的衍射
10.8　空间电磁场分布的本征波函数展开
10.8.1　矩坐标系中电磁场平面波展开
10.8.2　圆柱坐标系中电磁场分布的本征波函数展开
10.8.3　非均匀媒质中电磁场本征波函数展开
10.8.4　各向异性媒质中场分布本征波函数展开
10.8.5　各向异性非均匀媒质中电磁场分布本征波函数展开
习题10
附录A1　物理常数
A2　中国法定计量单位制——国际单位制（SI）
A3　高斯单位制与国际单位制的换算
A4　矢量微分运算在正交坐标系中的展开
A5　矢量恒等式
A6　圆柱函数常用公式
A7　球函数常用公式
A8　矩阵与张量常用公式
A9　史密斯圆图
参考书目