本書從麥克斯韋方程組出發(fā)，以電磁場與電磁波的實(shí)際應(yīng)用作為導(dǎo)向，建立用數(shù)學(xué)方法解決電磁問題的指導(dǎo)思想。全書分8章，主要內(nèi)容包括：基本電磁理論、均勻介質(zhì)中波的傳播、反射和透射、導(dǎo)波和諧振、輻射、散射、電磁定理和原理、電磁學(xué)的相對論效應(yīng)。每一章節(jié)的內(nèi)容結(jié)合電磁場理論及應(yīng)用領(lǐng)域的案例，幫助讀者由淺入深、由片面到全面地理解電磁波在實(shí)際場景中的應(yīng)用，適合國內(nèi)研究生教學(xué)需求。本書提供配套的教學(xué)大綱、電子課件PPT、習(xí)題參考答案等。本書注重基礎(chǔ)理論部分，強(qiáng)調(diào)物理概念上的理解和實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用，讓讀者牢固掌握電磁場和電磁波方面的基本內(nèi)容。本書的邏輯嚴(yán)密，概念清晰，內(nèi)容選取圍繞“兩個強(qiáng)國”建設(shè)需要，難易適中，適合作為研究生高等電磁波理論課程的教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的參考書。
陳紅勝，浙江大學(xué)教授，教育部長江學(xué)者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，IEEE Fellow，浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院院長。2000年本科畢業(yè)于浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院，2005年獲浙江大學(xué)博士學(xué)位，2011年晉升為教授。曾在2006至2008年、2013至2014年在美國麻省理工學(xué)院訪問研究。長期致力于新型電磁調(diào)控研究，發(fā)表Nature、Nature Photonics等學(xué)術(shù)論文300余篇，研究成果入選中國《科學(xué)發(fā)展報(bào)告》中國具有代表性15項(xiàng)研究成果、中國光學(xué)十大進(jìn)展、中國光學(xué)領(lǐng)域十大社會影響力事件、中國光學(xué)十大新聞等。獲教育部自然科學(xué)一等獎、浙江省自然科學(xué)一等獎、中國光學(xué)工程學(xué)會一等獎、浙江省教學(xué)成果一等獎等獎項(xiàng)。
第1章 基本電磁理論 1
1.1 麥克斯韋理論 1
1.1.1 麥克斯韋方程組 1
1.1.2 矢量分析 2
1.2 電磁波的基本概念 9
1.2.1 亥姆霍茲波動方程和波動解 9
1.2.2 時(shí)間頻率和空間頻率 10
1.2.3 極化 13
1.2.4 坡印廷定理 15
1.3 本構(gòu)關(guān)系 17
1.3.1 介質(zhì)的分類 17
1.3.2 本構(gòu)矩陣 20
1.4 邊界條件 22
1.4.1 電場和磁場的連續(xù)性 22
1.4.2 表面電荷和電流密度 23
1.4.3 分界面處的邊界條件 23
習(xí)題1 24
第2章 均勻介質(zhì)中波的傳播 28
2.1 時(shí)諧場 28
2.1.1 時(shí)諧場的麥克斯韋方程組 28
2.1.2 復(fù)坡印廷定理 29
2.1.3 時(shí)諧場中的介質(zhì) 31
2.1.4 介質(zhì)中的條件和關(guān)系 38
2.2 介質(zhì)中的kDB坐標(biāo)系 41
2.2.1 波矢量k 41
2.2.2 kDB坐標(biāo)系 43
2.2.3 kDB坐標(biāo)系中的麥克斯韋方程組 45
2.3 各向同性介質(zhì)中的波 46
2.4 各向異性介質(zhì)中的波 47
2.4.1 單軸介質(zhì) 47
2.4.2 回旋介質(zhì) 52
2.4.3 法拉第旋轉(zhuǎn) 53
2.5 雙各向異性介質(zhì)中的波 56
習(xí)題2 61
第3章 反射和透射 66
3.1 平面波的反射和透射 66
3.1.1 不同極化的反射和透射 66
3.1.2 相位匹配 70
3.1.3 全反射和臨界角 70
3.1.4 全透射和布儒斯特角 72
3.2 異向介質(zhì)的反射和透射 73
3.2.1 負(fù)各向同性介質(zhì) 73
3.2.2 單軸介質(zhì) 74
3.2.3 手征介質(zhì) 77
3.3 分層介質(zhì)的反射和透射 80
3.3.1 分層介質(zhì)中的波 80
3.3.2 分層介質(zhì)的反射系數(shù) 81
3.3.3 傳輸矩陣和透射系數(shù) 82
3.3.4 單層平板介質(zhì) 83
3.4 異向界面的反射和透射 84
3.4.1 均勻異向界面 84
3.4.2 廣義斯涅爾定律 90
習(xí)題3 92
第4章 導(dǎo)波和諧振 97
4.1 波導(dǎo)的模式分析 97
4.1.1 波導(dǎo)的導(dǎo)波模式 97
4.1.2 波導(dǎo)的傳輸特性 99
4.2 平板波導(dǎo)中的導(dǎo)波 100
4.2.1 金屬平板波導(dǎo) 100
4.2.2 分層介質(zhì)平板波導(dǎo) 106
4.2.3 對稱介質(zhì)平板波導(dǎo) 108
4.3 矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)波 113
4.3.1 均勻填充矩形波導(dǎo) 113
4.3.2 非均勻填充矩形波導(dǎo) 115
4.4 圓柱波導(dǎo)中的導(dǎo)波 119
4.4.1 金屬圓柱波導(dǎo) 119
4.4.2 介質(zhì)圓柱波導(dǎo) 123
4.5 表面波導(dǎo)中的導(dǎo)波 128
4.5.1 單界面表面波導(dǎo) 128
4.5.2 雙界面表面波導(dǎo) 131
4.6 諧振腔 133
4.6.1 矩形諧振腔 133
4.6.2 圓柱諧振腔 136
4.6.3 球體諧振腔 137
4.6.4 諧振腔微擾 140
習(xí)題4 143
第5章 輻射 146
5.1 格林函數(shù) 146
5.1.1 并矢格林函數(shù) 146
5.1.2 輻射場近似 148
5.1.3 矢量勢和標(biāo)量勢 150
5.2 赫茲偶極子 151
5.2.1 赫茲電偶極子 151
5.2.2 赫茲磁偶極子 153
5.3 平面分層介質(zhì)的偶極子輻射 155
5.3.1 譜域格林函數(shù)和索末菲恒等式 155
5.3.2 分層介質(zhì)上方的偶極子 158
5.3.3 分層介質(zhì)內(nèi)的偶極子 163
5.4 天線輻射 168
5.4.1 線天線 168
5.4.2 雙錐天線 172
5.5 切倫科夫輻射 178
習(xí)題5 182
第6章 散射 186
6.1 圓柱散射 186
6.1.1 導(dǎo)體圓柱 186
6.1.2 介質(zhì)圓柱 188
6.1.3 分層介質(zhì)圓柱 190
6.2 球體散射 192
6.2.1 瑞利散射 192
6.2.2 米氏散射 195
6.2.3 分層介質(zhì)球 197
6.3 周期性粗糙表面的散射 200
6.3.1 周期性波紋導(dǎo)體表面 200
6.3.2 周期性波紋介質(zhì)表面 202
6.4 周期分布介質(zhì)的散射 208
6.4.1 一階耦合模態(tài)方程 208
6.4.2 周期性調(diào)制板的反射和透射 211
6.4.3 二維光子晶體 214
6.4.4 一維周期介質(zhì)的帶隙 215
6.5 體散射介質(zhì)的等效介電常數(shù) 217
6.5.1 體散射介質(zhì)的簡化模型 217
6.5.2 隨機(jī)離散散射體 219
習(xí)題6 223
第7章 電磁定理和原理 227
7.1 唯一性定理 227
7.2 鏡像原理 228
7.3 互易定理 230
7.3.1 一般形式的互易定理 230
7.3.2 互易定理的應(yīng)用 232
7.3.3 互易條件和修正 233
7.4 等效原理 234
7.4.1 等效原理 234
7.4.2 等效原理的應(yīng)用 238
7.4.3 惠更斯原理 241
7.5 對偶性和互補(bǔ)性 244
7.6 巴比涅原理 247
習(xí)題7 249
第8章 電磁學(xué)的相對論效應(yīng) 252
8.1 麥克斯韋-閔可夫斯基理論 252
8.2 洛倫茲變換 254
8.2.1 洛倫茲時(shí)空變換 254
8.2.2 場矢量的洛倫茲變換 256
8.2.3 洛倫茲不變量 259
8.2.4 頻率和波矢量的變換 260
8.3 運(yùn)動介質(zhì)中的波 261
8.3.1 本構(gòu)關(guān)系的變換 261
8.3.2 運(yùn)動單軸介質(zhì)中的波 265
8.3.3 運(yùn)動邊界條件和相位匹配 268
8.3.4 運(yùn)動介質(zhì)的導(dǎo)波 270
8.4 張量形式的麥克斯韋方程組 274
8.4.1 麥克斯韋方程組的張量形式 274
8.4.2 逆變和協(xié)變矢量 276
8.4.3 場張量和激勵張量 280
8.4.4 本構(gòu)關(guān)系的張量形式 282
習(xí)題8 282
參考文獻(xiàn) 286
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