目錄
第1章 緒論 1
1.1 概念與內(nèi)涵 2
1.1.1 場(chǎng)與波 2
1.1.2 光學(xué)理論的四個(gè)發(fā)展階段 3
1.2 主題與應(yīng)用 5
第2章 電磁光學(xué) 7
2.1 光的電磁理論 8
2.1.1 自由空間中的麥克斯韋方程組 8
2.1.2 波動(dòng)方程 8
2.1.3 無(wú)源材料中的麥克斯韋方程組 9
2.1.4 邊界條件 10
2.1.5 電磁波的強(qiáng)度、功率和能量 10
2.1.6 電磁波的動(dòng)量 11
2.2 介質(zhì)材料中的電磁波 11
2.2.1 線(xiàn)性、非色散、均勻且各向同性的介質(zhì)材料 12
2.2.2 非均勻、各向異性、色散或非線(xiàn)性的介質(zhì)材料 14
2.3 單頻電磁波 18
2.3.1 無(wú)源材料中的麥克斯韋方程組 18
2.3.2 強(qiáng)度和功率 18
2.3.3 線(xiàn)性、非色散、均勻且各向同性的介質(zhì)材料 19
2.3.4 色散、非均勻的介質(zhì)材料 19
2.3.5 標(biāo)量波的基本類(lèi)型 20
2.4 電磁波的基本類(lèi)型 24
2.4.1 平面電磁波、偶極子波和電磁高斯光束 24
2.4.2 電磁光學(xué)與標(biāo)量波動(dòng)光學(xué)的聯(lián)系 29
2.4.3 矢量光束 30
2.5 吸收、色散和諧振材料 31
2.5.1 吸收 31
2.5.2 色散 33
2.5.3 諧振材料 38
2.6 電磁波的散射 43
2.6.1 玻恩近似法 43
2.6.2 瑞利散射 44
2.6.3 米氏散射 48
2.6.4 電磁波在含有散射體的材料中的衰減 48
2.7 光的偏振態(tài) 50
2.7.1 偏振態(tài)的代數(shù)形式 51
2.7.2 偏振態(tài)的矩陣形式 55
2.8 界面處的反射與折射 60
2.8.1 TE偏振 62
2.8.2 TM偏振 64
2.8.3 功率反射系數(shù)與透射系數(shù) 66
第3章 光子晶體光學(xué) 69
3.1 多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)光學(xué) 72
3.1.1 多層膜結(jié)構(gòu)光學(xué)的矩陣?yán)碚?72
3.1.2 法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具 80
3.1.3 布拉格光柵 83
3.2 一維光子晶體 90
3.2.1 布洛赫模式 91
3.2.2 周期性介質(zhì)的矩陣光學(xué) 94
3.2.3 周期性介質(zhì)的傅里葉分析法 100
3.2.4 周期性介質(zhì)與均勻介質(zhì)的界面 103
3.3 二維與三維光子晶體 105
3.3.1 二維光子晶體 105
3.3.2 三維光子晶體 108
第4章 等離激元與超構(gòu)材料 113
4.1 單負(fù)材料與雙負(fù)材料 115
4.1.1 單負(fù)材料與雙負(fù)材料中的電磁波 116
4.1.2 雙正材料與單負(fù)材料和雙負(fù)材料界面處的電磁波 119
4.2 等離激元光學(xué) 126
4.2.1 金屬材料的光學(xué)特性 126
4.2.2 金屬材料與介質(zhì)材料的界面：表面等離極化激元 132
4.2.3 共振的金屬納米球：局域表面等離激元 134
4.2.4 光學(xué)天線(xiàn) 137
4.3 超構(gòu)材料光學(xué) 138
4.3.1 超構(gòu)材料 140
4.3.2 超構(gòu)表面 145
第5章 導(dǎo)波光學(xué) 149
5.1 平行平面鏡波導(dǎo) 151
5.1.1 波導(dǎo)模式 151
5.1.2 傳播常數(shù) 152
5.1.3 場(chǎng)分布 153
5.1.4 模式數(shù)量 154
5.1.5 色散關(guān)系 155
5.1.6 群速度 155
5.1.7 TM模式 156
5.1.8 多模場(chǎng) 157
5.2 平板介質(zhì)波導(dǎo) 158
5.2.1 波導(dǎo)模式 159
5.2.2 場(chǎng)分布 162
5.2.3 色散關(guān)系與群速度 164
5.3 二維波導(dǎo) 166
5.3.1 矩形鏡面波導(dǎo) 166
5.3.2 矩形介質(zhì)波導(dǎo) 167
5.3.3 二維波導(dǎo)的典型結(jié)構(gòu) 168
5.3.4 材料 169
5.4 光波導(dǎo)之間的耦合 169
5.4.1 輸入耦合器 169
5.4.2 耦合的光波導(dǎo) 172
5.4.3 波導(dǎo)陣列 176
5.5 光子晶體光波導(dǎo) 178
5.5.1 布拉格光柵波導(dǎo)的概念 178
5.5.2 布拉格光柵波導(dǎo)作為具有缺陷層的光子晶體 178
5.5.3 二維光子晶體波導(dǎo) 179
5.6 等離激元光波導(dǎo) 179
5.6.1 金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo) 181
5.6.2 金屬平板波導(dǎo) 181
5.6.3 周期性金屬-介質(zhì)平板陣列 182
第6章 諧振腔光學(xué) 183
6.1 平行平面鏡諧振腔 185
6.1.1 諧振腔模式 185
6.1.2 離軸諧振腔模式 194
6.2 二維與三維諧振腔 195
6.2.1 二維方形諧振腔 195
6.2.2 圓形諧振腔與回音壁模式 196
6.2.3 三維方形諧振腔 97
6.3 微納諧振腔 199
6.3.1 方形微納諧振腔 200
6.3.2 微柱、微盤(pán)與微環(huán)芯諧振腔 201
6.3.3 微球諧振腔 201
6.3.4 光子晶體微腔 203
6.3.5 等離激元微腔：金屬納米盤(pán)與納米球 204