光波導(dǎo)理論與技術(shù)

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地講述了目前發(fā)展比較迅速的光波導(dǎo)傳輸理論和光通信器件的工作原理。    本書的第1章是對(duì)光通信及相應(yīng)的器件的一個(gè)概略介紹。第2章是電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)，介紹經(jīng)典電磁理論的主要結(jié)論。第3章是幾何光學(xué)分析方法，講述光波導(dǎo)中光的傳播規(guī)律。第4章講述平面波導(dǎo)及條形波導(dǎo)的模式理論。第5章介紹光纖的模式理論。第6章講述光纖的色散特性和色散補(bǔ)償技術(shù)。第7章是光纖的非線性傳輸理論，講述光纖中重要的非線性效應(yīng)。第8章介紹光通信系統(tǒng)中常用的無源光器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。第9章講述有源光器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性。    本書的作者長(zhǎng)年為本科生和研究生講授《光纖通信》、《光纖傳輸理論》課程，因此本書可以作為相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的教材。對(duì)于從事與光纖通信相關(guān)工作的工程技術(shù)人員，本書也可以提供有益的參考。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 通信歷史的回顧1.2 光纖通信的產(chǎn)生和發(fā)展1.3 光通信關(guān)鍵技術(shù)1.3.1 光纖1.3.2 光源和光發(fā)送機(jī)1.3.3 光檢測(cè)器和光接收端機(jī)1.3.4 光電集成和光集成技術(shù)1.4 光波技術(shù)的發(fā)展第2章 電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)2.1 電磁場(chǎng)基本方程2.1.1 麥克斯韋方程組2.1.2 電磁場(chǎng)邊界條件2.1.3 波動(dòng)方程和亥姆霍茲方程2.1.4 柱型波導(dǎo)中的場(chǎng)方程2.2 各向同性媒質(zhì)中的平面電磁波2.2.1 無界均勻媒質(zhì)中的均勻平面電磁波2.2.2 平面電磁波的偏振狀態(tài)2.2.3 平面波的反射和折射2.2.4 非理想媒質(zhì)中的平面電磁波2.3 各向異性媒質(zhì)中的平面電磁波2.3.1 電各向異性媒質(zhì)2.3.2 電各向異性媒質(zhì)中的平面波2.4 電磁波理論的短波長(zhǎng)極限--幾何光學(xué)理論2.4.1 幾何光學(xué)的基本方程--eikonal方程2.4.2 光線傳播的路徑方程2.4.3 路徑方程解的兩個(gè)特例2.4.4 折射定律與反射定律第3章 光波導(dǎo)的幾何光學(xué)分析方法3.1 均勻介質(zhì)薄膜波導(dǎo)中光線的傳播3.1.1 光線的傳播路徑及光線分類3.1.2 傳播時(shí)延及時(shí)延差3.2 芯層折射率漸變的介質(zhì)薄膜波導(dǎo)中光線的傳播3.2.1 傳播路徑及光線分類3.2.2 傳播時(shí)延及時(shí)延差3.2.3 舉例3.3 階躍光纖中光線的傳播3.3.1 傳播路徑及光線分類3.3.2 數(shù)值孔徑3.3.3 傳播時(shí)延和時(shí)延差3.4 梯度光纖中光線的傳播3.4.1 路徑方程和光線不變量3.4.2 光線路徑及光線分類3.4.3 本地?cái)?shù)值孔徑3.4.4 傳播時(shí)延3.4.5 舉例3.5 光纖與光源的耦合3.5.1 照射光源3.5.2 耦合效率3.5.3 提高光源耦合效率的措施第4章 薄膜波導(dǎo)和帶狀波導(dǎo)的模式理論4.1 均勻薄膜波導(dǎo)4.1.1 TE模4.1.2 TM模4.1.3 傳播模和輻射模4.1.4 截止參數(shù)4.1.5 單模傳輸和模數(shù)量4.1.6 導(dǎo)波場(chǎng)分布4.1.7 導(dǎo)波的傳輸功率和有效厚度4.1.8 對(duì)稱薄膜波導(dǎo)4.1.9 本地平面波解釋4.2 漸變薄膜波導(dǎo)4.2.1 無界的拋物線型折射率分布光波導(dǎo)的解析解??4.2.2 有界的拋物線型折射率分布光波導(dǎo)的解析解??4.3 條形光波導(dǎo)4.3.1 條形光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)4.3.2 分析條形波導(dǎo)的馬卡梯里方法4.3.3 Emn模4.3.4 Emn模4.3.5 截止條件與單模傳輸4.4 帶狀波導(dǎo)的近似分析方法?第5章 光纖的模式理論5.1 光纖中的電磁場(chǎng)方程 5.2 階躍光纖的嚴(yán)格解--矢量模解 5.2.1 階躍光纖的電磁場(chǎng)解 5.2.2 導(dǎo)波模的特征方程 5.2.3 導(dǎo)波模分類 5.2.4 導(dǎo)波模的截止參數(shù)和單模傳輸條件 5.2.5 遠(yuǎn)離截止?fàn)顟B(tài)時(shí)導(dǎo)波模的性態(tài) 5.2.6 色散曲線 5.2.7 導(dǎo)波模的場(chǎng)型圖 5.3 階躍光纖中的線偏振模5.3.1 線偏振模場(chǎng)解及特征方程 5.3.2 線偏振模特性5.3.3 LPmn模與矢量模之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 5.3.4 LPmn模的功率分布5.3.5 多模光纖中的模數(shù)量5.4 梯度光纖的解析解法5.4.1 拋物線型折射率分布光纖中的標(biāo)量近似解5.4.2 相位常數(shù)5.4.3 模式群和模式數(shù)量5.5 光波導(dǎo)的數(shù)值分析方法5.5.1 有限元方法概要5.5.2 邊界條件 5.5.3 計(jì)算舉例5.6 模式的正交性和完備性 5.6.1 模式的完備性 5.6.2 模式的正交性5.7 微擾法 5.7.1 弱導(dǎo)光纖的微擾解 5.7.2 折射率分布有一均勻變化的情形5.8 模式的橫向耦合理論 5.8.1 耦合模方程 5.8.2 耦合模方程的形式解 5.8.3 耦合系數(shù)的計(jì)算5.9 模式的縱向耦合理論 5.9.1 耦合模方程 5.9.2 縱向耦合特點(diǎn)5.10 單模光纖 5.10.1 階躍型單模光纖 5.10.2 梯度型單模光纖 5.10.3 單模光纖的雙折射和偏振演化 第6章 光纖的色散特性6.1 色散概述6.1.1 波長(zhǎng)色散6.1.2 模式色散6.2 材料色散6.3 單模光纖的色散及單模光纖的分類6.3.1 色散系數(shù)6.3.2 單模光纖分類6.3.3 偏振模色散6.4 多模光纖的模式色散6.4.1 群時(shí)延差6.4.2 最佳折射率指數(shù)αopt?6.5 色散導(dǎo)致的光信號(hào)畸變及其對(duì)通信的影響6.5.1 光脈沖傳播方程6.5.2 傳播方程的形式解6.5.3 高斯光脈沖在色散介質(zhì)中的展寬6.5.4 色散對(duì)通信容量的限制6.6 色散補(bǔ)償6.6.1 后補(bǔ)償技術(shù)6.6.2 預(yù)補(bǔ)償技術(shù)6.6.3 在線補(bǔ)償技術(shù)6.6.4 光均衡濾波6.6.5 偏振模色散的補(bǔ)償?shù)?章 單模光纖的非線性傳輸特性7.1 光波與媒質(zhì)的非線性互作用7.1.1 電介質(zhì)的極化7.1.2 媒質(zhì)的非線性響應(yīng)7.1.3 光纖的非線性折射率7.2 光信號(hào)的非線性傳播方程7.2.1 光信號(hào)傳播方程7.2.2 傳播方程的數(shù)值解法7.3 自相位調(diào)制（SPM）7.3.1 非線性相移及頻率啁啾7.3.2 群速度色散的影響7.3.3 SPM對(duì)通信的影響7.4 交叉相位調(diào)制（XPM）7.4.1 不同頻率光波之間的耦合7.4.2 正交偏振模之間的耦合7.4.3 XPM對(duì)通信系統(tǒng)的影響7.5 光孤子傳輸7.5.1 孤子方程和孤子解7.5.2 暗孤子7.5.3 基態(tài)光孤子的傳播特性7.5.4 光孤子通信7.6 四波混頻(FWM)7.6.1 四波混頻的形成機(jī)理7.6.2 參量增益7.6.3 四波混頻的相位匹配條件7.6.4 四波混頻對(duì)通信的影響及其可能的應(yīng)用7.7 受激拉曼散射（SRS）7.7.1 受激拉曼散射的物理機(jī)理7.7.2 拉曼增益7.7.3 拉曼閾值7.7.4 短脈沖修正7.7.5 拉曼光纖放大器7.7.6 拉曼串?dāng)_7.8 受激布里淵散射（SBS）7.8.1 SBS的物理機(jī)理和布里淵頻偏7.8.2 布里淵增益7.8.3 布里淵閾值7.8.4 SBS對(duì)通信的影響第8章 無源光器件8.1 光纖連接器8.1.1 光纖的連接損耗8.1.2 光纖連接器8.2 光耦合器8.2.1 全光纖耦合器的耦合原理8.2.2 光纖耦合器的性能參數(shù)8.2.3 耦合器的分類8.3 光波復(fù)用、解復(fù)用器8.3.1 光波復(fù)用、解復(fù)用器的性能參數(shù)8.3.2 復(fù)用、解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)原理8.4 光調(diào)制器8.4.1 電光調(diào)制8.4.2 聲光調(diào)制8.4.3 磁光調(diào)制8.4.4 波導(dǎo)調(diào)制器和電吸收式調(diào)制器8.5 光濾波器、光開關(guān)、光隔離器、光衰減器8.5.1 光濾波器8.5.2 光開關(guān)8.5.3 光隔離器8.6 光纖光柵8.6.1 光纖光柵的寫入技術(shù)8.6.2 摻雜光纖光敏性機(jī)理8.6.3 均勻周期光柵光學(xué)特性8.6.4 線性啁啾光柵光學(xué)特性8.6.5 非線性效應(yīng)8.6.6 光纖光柵的應(yīng)用第9章 有源光器件9.1 半導(dǎo)體激光器的工作原理9.1.1 半導(dǎo)體中光發(fā)射的物理機(jī)理9.1.2 半導(dǎo)體PN結(jié)及其能帶結(jié)構(gòu)9.1.3 異質(zhì)結(jié)及直接帶隙半導(dǎo)體材料9.1.4 半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)及閾值條件9.1.5 激光器的譜寬和線寬9.2 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)及工作特性9.2.1 條形結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器9.2.2 單縱模激光器9.2.3 半導(dǎo)體激光器的工作特性9.3 半導(dǎo)體光電檢測(cè)器9.3.1 光檢測(cè)的原理9.3.2 PIN光電二極管9.3.3 雪崩光電二極管（APD）9.3.4 響應(yīng)度和量子效率9.3.5 光檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間9.3.6 光檢測(cè)器的噪聲9.4 光放大器9.4.1 半導(dǎo)體激光放大器9.4.2 非線性光纖放大器9.4.3 摻鉺光纖放大器9.4.4 摻鉺光纖激光器9.4.5 摻鐠光纖放大器（PDFA）參考文獻(xiàn)

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