本书从麦克斯韦方程组出发，以电磁场与电磁波的实际应用作为导向，建立用数学方法解决电磁问题的指导思想。全书分8章，主要内容包括：基本电磁理论、均匀介质中波的传播、反射和透射、导波和谐振、辐射、散射、电磁定理和原理、电磁学的相对论效应。每一章节的内容结合电磁场理论及应用领域的案例，帮助读者由浅入深、由片面到全面地理解电磁波在实际场景中的应用，适合国内研究生教学需求。本书提供配套的教学大纲、电子课件PPT、习题参考答案等。本书注重基础理论部分，强调物理概念上的理解和实际领域中的应用，让读者牢固掌握电磁场和电磁波方面的基本内容。本书的逻辑严密，概念清晰，内容选取围绕“两个强国”建设需要，难易适中，适合作为研究生高等电磁波理论课程的教材，也可作为相关领域技术人员的参考书。
陈红胜，浙江大学教授，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，IEEE Fellow，浙江大学信息与电子工程学院院长。2000年本科毕业于浙江大学信息与电子工程学院，2005年获浙江大学博士学位，2011年晋升为教授。曾在2006至2008年、2013至2014年在美国麻省理工学院访问研究。长期致力于新型电磁调控研究，发表Nature、Nature Photonics等学术论文300余篇，研究成果入选中国《科学发展报告》中国具有代表性15项研究成果、中国光学十大进展、中国光学领域十大社会影响力事件、中国光学十大新闻等。获教育部自然科学一等奖、浙江省自然科学一等奖、中国光学工程学会一等奖、浙江省教学成果一等奖等奖项。
第1章 基本电磁理论 1
1.1 麦克斯韦理论 1
1.1.1 麦克斯韦方程组 1
1.1.2 矢量分析 2
1.2 电磁波的基本概念 9
1.2.1 亥姆霍兹波动方程和波动解 9
1.2.2 时间频率和空间频率 10
1.2.3 极化 13
1.2.4 坡印廷定理 15
1.3 本构关系 17
1.3.1 介质的分类 17
1.3.2 本构矩阵 20
1.4 边界条件 22
1.4.1 电场和磁场的连续性 22
1.4.2 表面电荷和电流密度 23
1.4.3 分界面处的边界条件 23
习题1 24
第2章 均匀介质中波的传播 28
2.1 时谐场 28
2.1.1 时谐场的麦克斯韦方程组 28
2.1.2 复坡印廷定理 29
2.1.3 时谐场中的介质 31
2.1.4 介质中的条件和关系 38
2.2 介质中的kDB坐标系 41
2.2.1 波矢量k 41
2.2.2 kDB坐标系 43
2.2.3 kDB坐标系中的麦克斯韦方程组 45
2.3 各向同性介质中的波 46
2.4 各向异性介质中的波 47
2.4.1 单轴介质 47
2.4.2 回旋介质 52
2.4.3 法拉第旋转 53
2.5 双各向异性介质中的波 56
习题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 不同极化的反射和透射 66
3.1.2 相位匹配 70
3.1.3 全反射和临界角 70
3.1.4 全透射和布儒斯特角 72
3.2 异向介质的反射和透射 73
3.2.1 负各向同性介质 73
3.2.2 单轴介质 74
3.2.3 手征介质 77
3.3 分层介质的反射和透射 80
3.3.1 分层介质中的波 80
3.3.2 分层介质的反射系数 81
3.3.3 传输矩阵和透射系数 82
3.3.4 单层平板介质 83
3.4 异向界面的反射和透射 84
3.4.1 均匀异向界面 84
3.4.2 广义斯涅尔定律 90
习题3 92
第4章 导波和谐振 97
4.1 波导的模式分析 97
4.1.1 波导的导波模式 97
4.1.2 波导的传输特性 99
4.2 平板波导中的导波 100
4.2.1 金属平板波导 100
4.2.2 分层介质平板波导 106
4.2.3 对称介质平板波导 108
4.3 矩形波导中的导波 113
4.3.1 均匀填充矩形波导 113
4.3.2 非均匀填充矩形波导 115
4.4 圆柱波导中的导波 119
4.4.1 金属圆柱波导 119
4.4.2 介质圆柱波导 123
4.5 表面波导中的导波 128
4.5.1 单界面表面波导 128
4.5.2 双界面表面波导 131
4.6 谐振腔 133
4.6.1 矩形谐振腔 133
4.6.2 圆柱谐振腔 136
4.6.3 球体谐振腔 137
4.6.4 谐振腔微扰 140
习题4 143
第5章 辐射 146
5.1 格林函数 146
5.1.1 并矢格林函数 146
5.1.2 辐射场近似 148
5.1.3 矢量势和标量势 150
5.2 赫兹偶极子 151
5.2.1 赫兹电偶极子 151
5.2.2 赫兹磁偶极子 153
5.3 平面分层介质的偶极子辐射 155
5.3.1 谱域格林函数和索末菲恒等式 155
5.3.2 分层介质上方的偶极子 158
5.3.3 分层介质内的偶极子 163
5.4 天线辐射 168
5.4.1 线天线 168
5.4.2 双锥天线 172
5.5 切伦科夫辐射 178
习题5 182
第6章 散射 186
6.1 圆柱散射 186
6.1.1 导体圆柱 186
6.1.2 介质圆柱 188
6.1.3 分层介质圆柱 190
6.2 球体散射 192
6.2.1 瑞利散射 192
6.2.2 米氏散射 195
6.2.3 分层介质球 197
6.3 周期性粗糙表面的散射 200
6.3.1 周期性波纹导体表面 200
6.3.2 周期性波纹介质表面 202
6.4 周期分布介质的散射 208
6.4.1 一阶耦合模态方程 208
6.4.2 周期性调制板的反射和透射 211
6.4.3 二维光子晶体 214
6.4.4 一维周期介质的带隙 215
6.5 体散射介质的等效介电常数 217
6.5.1 体散射介质的简化模型 217
6.5.2 随机离散散射体 219
习题6 223
第7章 电磁定理和原理 227
7.1 唯一性定理 227
7.2 镜像原理 228
7.3 互易定理 230
7.3.1 一般形式的互易定理 230
7.3.2 互易定理的应用 232
7.3.3 互易条件和修正 233
7.4 等效原理 234
7.4.1 等效原理 234
7.4.2 等效原理的应用 238
7.4.3 惠更斯原理 241
7.5 对偶性和互补性 244
7.6 巴比涅原理 247
习题7 249
第8章 电磁学的相对论效应 252
8.1 麦克斯韦-闵可夫斯基理论 252
8.2 洛伦兹变换 254
8.2.1 洛伦兹时空变换 254
8.2.2 场矢量的洛伦兹变换 256
8.2.3 洛伦兹不变量 259
8.2.4 频率和波矢量的变换 260
8.3 运动介质中的波 261
8.3.1 本构关系的变换 261
8.3.2 运动单轴介质中的波 265
8.3.3 运动边界条件和相位匹配 268
8.3.4 运动介质的导波 270
8.4 张量形式的麦克斯韦方程组 274
8.4.1 麦克斯韦方程组的张量形式 274
8.4.2 逆变和协变矢量 276
8.4.3 场张量和激励张量 280
8.4.4 本构关系的张量形式 282
习题8 282
参考文献 286
书单推荐
