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内容简介

　　光子晶体是介质在空间中的周期性分布，作为一种新的“光子”材料已广泛应用于各种微波器件的设计中。由于等离子体的可调性，等离子体光子晶体较传统的光子晶体具有更为广泛的应用前景。
　　《等离子体光学晶体理论》共14章：第1～4章介绍光子晶体以及等离子体光子晶体的基本概念和发展现状以及等离子体的物理特性和相关算法，并对主要计算光子晶体的技术进行了概述，尤其强调了主流算法在处理等离子体光子晶体时的缺陷及解决方案；第5～10章主要对一维和二维等离子体光子晶体的理论分析和相关器件设计进行阐述；第11～14章对三维等离子体光子晶体在不同条件下的色散特性和器件设计进行介绍，如不同品格条件、不同磁化模式以及各向异性条件。
　　《等离子体光学晶体理论》可供从事微波技术、计算电磁学、光学和光通信、电子科学与技术、应用物理和凝聚态物理等领域研究和开发工作的科技人员参考，也可以作为高等院校相关专业的高年级本科生、研究生和教师的参考书。

目录

第1章 等离子体光子晶体概况
1．1 光子晶体概述
1．1．1 光子晶体的概念
1．1．2 光子晶体的前世今生
1．1．3 光子晶体的分类
1．1．4 光子晶体的应用
1．1．5 光子晶体的制备
1．2 等离子体光子晶体概述
1．2．1 等离子体光子晶体的由来
1．2．2 等离子体光子晶体的国内外研究现状
1．3 光子晶体的计算法
1．3．1 光子晶体的理论基础
1．3．2 光子晶体的传输矩阵法
1．3．3 光子晶体的FDTD算法
1．3．4 光子晶体的PWE算法
1．3．5 光子晶体的FDFD算法

第2章 等离子体物理学基础
2．1 等离子体的基本参量
2．1．1 等离子体频率
2．1．2 等离子体碰撞频率
2．1．3 等离子体回旋频率
2．2 等离子体的流体近似与介电张量表示
2．2．1 时域麦克斯韦方程组
2．2．2 频域麦克斯韦方程组
2．2．3 流体近似下的等离子体方程
2．2．4 等离子体的极化模型和极化率
2．2．5 等离子体的导电模型和导电率
2．3 电磁波在低温非磁化等离子体中的传播
2．4 电磁波在磁化等离子体中的传播（外加磁场平行于波矢）
2．4．1 忽略等离子体碰撞频率时电磁波在磁化等离子体中的传播
2．4．2 考虑等离子体碰撞频率时电磁波在磁化等离子体中的传播
2．5 电磁波在磁化等离子体中的传播（外加磁场垂直于波矢）
2．5．1 忽略等离子体碰撞频率时电磁波在磁化等离子体中的传播
2．5．2 考虑等离子体碰撞频率时电磁波在磁化等离子体中的传播
2．6 波矢和外加磁场间为任意夹角条件下电磁波与磁化等离子体的相互作用

第3章 等离子体的FDTD算法
3．1 非磁化等离子体的FDTD算法
3．1．1 非磁化等离子体的JEC-FDTD算法
3．1．2 JEC-FDTD算法的有效性和精度验证性算例
3．1．3 非磁化等离子体的PLCDRC-FDTD算法
3．1．4 非磁化等离子体PLCDRC-FDTD算法的有效性和精度
3．1．5 非磁化等离子体PLCDRC-FDTD算法的算例
3．2 磁化等离子体的PLCDRC-FDTD算法
3．2．1 磁化等离子体的PLCDRC-FDTD算法的基本原理
3．2．2 磁化等离子体PLCDRC-FDTD算法的有效性和精度

第4章 等离子体光子晶体计算方法与发展
4．1 等离子体光子晶体的计算方法
4．1．1 TMM的特点
4．1．2 PWE算法的特点
4．1．3 FDTD算法的特点
4．1．4 FDFD算法的特点
4．2 等离子体光子晶体的FDTD算法
4．3 等离子体光子晶体的PWE算法
4．3．1 TE模式下二维非磁化等离子体光子晶体色散关系的求解公式
4．3．2 基于网格法的PWE算法
4．3．3 基于打靶法的PWE算法
4．4 等离子体光予晶体的FDFD算法

第5章 一维非磁化等离子体光子晶体禁带特性
5．1 用于计算的物理模型和FDTD计算的参数
5．2 一维非磁化等离子体光子晶体禁带周期特性
5．2．1 用于仿真计算的FDTD算法
5．2．2 周期常数对光子禁带周期特性的影响
5．2．3 空间结构参数b对光子禁带周期特性的影响
5．2．4 等离子体碰撞频率对光子禁带周期特性的影响
……
第6章 一维磁化等离子体光子晶体禁带特性
第7章 斜入射一维等离子体光子晶体的禁带特性
第8章 基于一维等离子体光子晶体的全向反射器设计
第9章 二维等离子体光子晶体的电磁特性
第10章 二维等离子体光子晶体应用设计基础
第11章 三维等离子体光子晶体的基本电磁特性
第12章 三维等离子体光子晶体的禁带拓展技术
第13章 基于三维等离子体光子晶体的器件设计
第14章 三维磁化等离子体光子晶体中的磁光效应
参考文献
索引

精彩书摘

　　《等离子体光学晶体理论》：
　　7.微波光子晶体天线
　　随着光子晶体理论、制备和实验测试手段的日趋成熟，光子晶体的应用迅速拓展到了微波波段。工作在微波波段的光子晶体，被称为微波光子晶体。由于微波波段对于现代通信有非常重要的价值，所以微波光子晶体的研究也迅速开展，并取得了丰硕的成果。微波光子晶体不仅应用于设计滤波器、混合器、谐振器、高效放大器，也被用于微波天线、相控阵天线等方面。应用光子晶体的PBGs和光子区域态的特性使得人们可以制造低剖面光子晶体天线、表面波抑制天线、光子晶体阵列天线和高定向性光子晶体天线等微波器件。传统的微波天线一般是将天线直接制备在介质基底上，这会导致大量的能量被天线基底吸收，从而使得天线辐射效率低下。例如，对一般用GaAs介质作基底的天线反射器，98%的能量都损耗在基底中，只有2%的能量被发射出去，同时造成基底发热。但是，如果以光子晶体作为天线的基片，就使天线的工作频率落在光子晶体的PBGs中，这样光子晶体基板不会吸收微波，因此就实现了无损耗全反射，使得天线能把能量全部辐射出去。自从1990年Yablonovitch等在微波波段制作出第一个光子晶体后，光子晶体在天线方面的应用就逐渐展开。1993年美国军方研制出了反射率接近lOO%的光子晶体平面微波天线。由于GaAs半导体材料的光子晶体的禁带设定在天线的工作频率范围内，微波不能在基本的一侧传播，因而天线的效率大大提高了。这种结构后来还用于微带贴片天线、开槽天线等多种天线的设计中，本质上就是用光子晶体来抑制天线的表面波，以提高天线的工作效率。1996-1998年，Qian和Coccioli等用在微带基板打周期性孔洞的方式来构成光子晶体，这种结构同样可以用来设计微带天线，用于高次谐波的抑制。1999年，Mushroom结构的微波光子晶体用于微带天线的表面波的抑制，从而改善了天线的性能。重要的是这种光子晶体结构能够方便地和集成电路工艺相结合，使得加工变得异常简单。这种结构除了具备带隙特性外，其表面对入射电磁波还有相同反射特性，利用这个特性可加工成低剖面的天线结构。到2003年，该光子晶体结构也被用来设计相控阵天线和高定向性天线。总之，微波光子晶体越来越多地被应用于天线性能的改善和设计。我国国防科技大学袁乃昌课题组在这方面做了大量工作。关于微波光子晶体天线技术的相关内容可以参阅国防科技大学付云起等合著的《微波光子晶体天线技术》一书。
　　综上7个方面所述，光子晶体在加工现代通信系统中的组件和光学器件等方面有越来越广泛的应用背景。微波、光波和太赫兹波器件将越来越多地应用到与光子晶体相关的技术，因此光子晶体的“魅力”正在被广大的学者所接受。除了上述谈及的7个方面外，光子晶体还能应用到其他的许多领域，如滤波器设计、功分器设计、光子晶体传感器和光开关等。限于《等离子体光学晶体理论》的篇幅，不能对此进行逐一介绍，有兴趣的读者可以查阅相关文献。但是，值得一提的是最近几年周期性结构的电磁超材料，如目前研究比较热的微波吸波器、电磁诱导透明、高阻表面、频率选择表面和人工磁导体等，尽管外观上是金属涂覆介质基板的结构，但就其本质而言都可以视为一种光子晶体。所以，光子晶体本身的应用研究将逐渐走向成熟，将来的成果也将更好地服务于人类社会。
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前言/序言

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