Maxwell方程与电磁波：激光光学基础及Matlab仿真

"本书介绍了Maxwell方程组以及电磁波的基础知识，特别关注它们在激光光学中的应用。书中通过MATLAB进行模拟和分析，旨在展示这一工具在可视化方面的优势。" Maxwell方程组是电磁学的基石，由James Maxwell在19世纪中叶提出，它统一了电学和磁学，形成了电磁现象的完整理论。这四个基本方程分别是： 1. 高斯电场定律：0ερ∇=·E，表明电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷，电场强度与电荷密度成正比。 2. 高斯磁场定律：0∇=·B，说明没有磁单极子存在，磁场线总是闭合的。 3. 法拉第电磁感应定律：0t∂∇×+=∂BE，揭示了变化的磁场会产生电场，即电磁感应现象。 4. 安培定律（Maxwell修正版）：00Jt∂∇×−ε=μ∂BE，表明变化的电场会产生磁场，同时考虑了稳恒电流的影响。 这些方程中的符号代表：E是电场，B是磁场，ρ是电荷密度，J是电流密度，ε是真空介电常数，μ是真空磁导率。ε和μ的值分别为8.854×10^-12 C²/N·m²和4π×10^-7 T·m/A。 Maxwell方程组预言了电磁波的存在，它们以光速c（约为3×10^8 m/s）传播。这个理论将光学纳入了电磁学的范畴，表明光是电磁波的一种形式，具有电场和磁场分量的周期性变化。 在激光光学领域，波动方程的旁轴近似解对于理解和模拟激光传输与变换至关重要。例如，书中提到的高斯光束的电场复振幅公式，描述了光波传播的特性。这个公式中的参数如w(z)、k、λ等反映了光束的传播特性，如束腰宽度、波长和传播常数。 MATLAB作为一个强大的数值计算和可视化工具，在处理复杂的电磁问题时，能够帮助分析和理解激光光学的现象。通过编写代码，可以模拟光波的传播，分析光束的聚焦、扩散等特性，从而对激光系统的设计和优化提供支持。 这本书的作者，刘良清，是激光技术与工程领域的专家，他通过实际案例展示了如何利用MATLAB进行激光光学分析，为读者提供了一条深入理解和应用Maxwell方程组的有效途径。