本書從麥克斯韋方程組出發(fā)，以電磁場與電磁波的實際應用作為導向，建立用數(shù)學方法解決電磁問題的指導思想。全書分8章，主要內容包括：基本電磁理論、均勻介質中波的傳播、反射和透射、導波和諧振、輻射、散射、電磁定理和原理、電磁學的相對論效應。每一章節(jié)的內容結合電磁場理論及應用領域的案例，幫助讀者由淺入深、由片面到全面地理解電磁波在實際場景中的應用，適合國內研究生教學需求。本書提供配套的教學大綱、電子課件PPT、習題參考答案等。本書注重基礎理論部分，強調物理概念上的理解和實際領域中的應用，讓讀者牢固掌握電磁場和電磁波方面的基本內容。本書的邏輯嚴密，概念清晰，內容選取圍繞“兩個強國”建設需要，難易適中，適合作為研究生高等電磁波理論課程的教材，也可作為相關領域技術人員的參考書。
陳紅勝，浙江大學教授，教育部長江學者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，IEEE Fellow，浙江大學信息與電子工程學院院長。2000年本科畢業(yè)于浙江大學信息與電子工程學院，2005年獲浙江大學博士學位，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院訪問研究。長期致力于新型電磁調控研究，發(fā)表Nature、Nature Photonics等學術論文300余篇，研究成果入選中國《科學發(fā)展報告》中國具有代表性15項研究成果、中國光學十大進展、中國光學領域十大社會影響力事件、中國光學十大新聞等。獲教育部自然科學一等獎、浙江省自然科學一等獎、中國光學工程學會一等獎、浙江省教學成果一等獎等獎項。
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 本構關系 17
1.3.1 介質的分類 17
1.3.2 本構矩陣 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
習題1 24
第2章 均勻介質中波的傳播 28
2.1 時諧場 28
2.1.1 時諧場的麥克斯韋方程組 28
2.1.2 復坡印廷定理 29
2.1.3 時諧場中的介質 31
2.1.4 介質中的條件和關系 38
2.2 介質中的kDB坐標系 41
2.2.1 波矢量k 41
2.2.2 kDB坐標系 43
2.2.3 kDB坐標系中的麥克斯韋方程組 45
2.3 各向同性介質中的波 46
2.4 各向異性介質中的波 47
2.4.1 單軸介質 47
2.4.2 回旋介質 52
2.4.3 法拉第旋轉 53
2.5 雙各向異性介質中的波 56
習題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 異向介質的反射和透射 73
3.2.1 負各向同性介質 73
3.2.2 單軸介質 74
3.2.3 手征介質 77
3.3 分層介質的反射和透射 80
3.3.1 分層介質中的波 80
3.3.2 分層介質的反射系數(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 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
習題3 92
第4章 導波和諧振 97
4.1 波導的模式分析 97
4.1.1 波導的導波模式 97
4.1.2 波導的傳輸特性 99
4.2 平板波導中的導波 100
4.2.1 金屬平板波導 100
4.2.2 分層介質平板波導 106
4.2.3 對稱介質平板波導 108
4.3 矩形波導中的導波 113
4.3.1 均勻填充矩形波導 113
4.3.2 非均勻填充矩形波導 115
4.4 圓柱波導中的導波 119
4.4.1 金屬圓柱波導 119
4.4.2 介質圓柱波導 123
4.5 表面波導中的導波 128
4.5.1 單界面表面波導 128
4.5.2 雙界面表面波導 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 分層介質上方的偶極子 158
5.3.3 分層介質內的偶極子 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
習題5 182
第6章 散射 186
6.1 圓柱散射 186
6.1.1 導體圓柱 186
6.1.2 介質圓柱 188
6.1.3 分層介質圓柱 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 分層介質球 197
6.3 周期性粗糙表面的散射 200
6.3.1 周期性波紋導體表面 200
6.3.2 周期性波紋介質表面 202
6.4 周期分布介質的散射 208
6.4.1 一階耦合模態(tài)方程 208
6.4.2 周期性調制板的反射和透射 211
6.4.3 二維光子晶體 214
6.4.4 一維周期介質的帶隙 215
6.5 體散射介質的等效介電常數(shù) 217
6.5.1 體散射介質的簡化模型 217
6.5.2 隨機離散散射體 219
習題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 等效原理的應用 238
7.4.3 惠更斯原理 241
7.5 對偶性和互補性 244
7.6 巴比涅原理 247
習題7 249
第8章 電磁學的相對論效應 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 運動介質中的波 261
8.3.1 本構關系的變換 261
8.3.2 運動單軸介質中的波 265
8.3.3 運動邊界條件和相位匹配 268
8.3.4 運動介質的導波 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 本構關系的張量形式 282
習題8 282
參考文獻 286
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