光纖光學

前言

　　隨著激光的問世，古老的光學已化分出眾多的分支，光纖光學是其中之一。光纖光學是研究光導纖維的光學特性及其應用的一門學科。光纖光學這一術語出現(xiàn)于20世紀50年代，隨著光纖技術的迅速發(fā)展，尤其是光纖通信的廣泛應用，這個新分支的內容愈來愈豐富。光纖光學的研究對象——光導纖維——的特點是它的有界性：光波在光纖中橫向受邊界限制，縱向可無限延伸，因而其光學特性和大塊媒質的光學特性有很大差別，有的特性仍在研究中。本書是在10年前出版的《光纖光學》（清華大學出版社）一書的基礎上修改擴充而成的，目的是結合近10年的發(fā)展對光纖光學的原理及應用做一較全面的介紹?！　∪珪灿?0章，可分為3部分。第一部分包括第1-3章，主要討論光纖中光波傳輸?shù)墓饩€理論和波動理論，光纖傳輸?shù)姆蔷€性理論，光纖的損耗、色散和偏振特性。光纖的模式理論和模耦合理論與大塊媒質中的光傳輸理論有很大差別，其計算過程又很繁雜。為使讀者對其物理模型有一較清楚的了解，而又不必花過多精力用于數(shù)學推導過程中，本書對公式的數(shù)學推導過程從略，但突出對物理意義的闡述。此外，對光纖中的偏振特性討論較為詳細，這是使用光纖所需要的。第二部分包括第4～6和10章，較全面地介紹了各類特種光纖，光纖連接和處理的方法，以及光纖參數(shù)的測試方法，其中對于變折射率光纖作為成像元件在光纖系統(tǒng)中的應用和光纖的模色散測量方法進行了較全面的介紹。它有助于讀者正確地選用合適的光纖以滿足工作需要。第三部分包括第7～9章。較全面地介紹了由光纖構成的，或不是由光纖構成但對光纖系統(tǒng)有重要價值的各種有源和無源光纖器件，以及各種光纖傳感器。這部分重點是介紹實際應用中要掌握的一些基本特性。

內容概要

本書從光的電磁理論出發(fā)，全面地論述了光在光纖中傳輸和傳感的基本特性及應用。具體內容包括：均勻折射率和非均勻折射率光纖的傳輸理論（光線理論、波動理論、模耦合理論、非線性理論）；光纖的損耗、色散、偏振以及非線性特性；光纖設計，光纖的連接和處理，參數(shù)測量的基本方法；光纖有源和無源器件，各類特種光纖的簡介；光纖在傳輸數(shù)據(jù)和圖像、傳感方面的應用，等等?！　”緯勺鳛楦叩仍盒＜す?、光電子、光學儀器以及物理等專業(yè)的研究生教材，也可供上述專業(yè)的大學生和科技工作者學習和參考。

作者簡介

廖延彪，1957年畢業(yè)于武漢大學物理系物理專業(yè)?，F(xiàn)為清華大學電子工程系退休教授，博士生導師。從事光纖傳輸和傳感方面教學和研究工作30余年。承擔并主持多項國家基金.航天基金.國家重大攻關項目.以及國家863重大項目。發(fā)表論文200余篇.編著《物理光學》，《光纖光學》，《偏

書籍目錄

第1章 光纖傳輸?shù)幕纠碚摗?.1 引言　1.2 均勻折射率光纖的光線理論　　1.2.1 子午光線的傳播　　1.2.2 斜光線的傳播　　1.2.3 光纖的彎曲　　1.2.4 光纖端面的傾斜效應　　1.2.5 圓錐形光纖　1.3 變折射率光纖的光線理論　　1.3.1 程函方程　　1.3.2 光線方程　　1.3.3 變折射率光纖中的光線分析　1.4 光波導的一般理論——正規(guī)光波導　　1.4.1 麥克斯韋方程組　　1.4.2 波動方程　　1.4.3 模式　　1.4.4 模式場的縱、橫向分量　1.5 均勻折射率光纖的波動理論　　1.5.1 矢量模　　1.5.2 線偏振模與標量法　　1.5.3 二層均勻光纖　　1.5.4 電磁場分布圖　1.6 變折射率光纖的波動理論　　1.6.1 引言　　1.6.2 平方律光纖的解析解　　1.6.3 級數(shù)近似解　1.7 均勻折射率單模光纖的分析　　1.7.1 引言　　1.7.2 基本性質　　1.7.3 功率分布_　1.8 變折射率單模光纖的分析　　1.8.1 等效平方律折射率光纖法　　1.8.2.等效階躍折射率光纖法　1.9 非正規(guī)光波導的模耦合方程　　1.9.1 非正規(guī)光波導　　1.9.2 非正規(guī)光波導的模耦合方程(矢量模耦合方程)　思考題與習題　參考文獻第2章 光纖的特性　2.1 引言　2.2 光纖的損耗　　2.2.1 吸收損耗　　2.2.2 散射損耗　2.3 光纖的色散　　2.3.1 概述　　2.3.2 多模色散　　2.3.3 波長色散　　2.3.4 各種色散大小的比較　2.4 單模光纖的設計　　2.4.1 引言　　2.4.2 截止條件　　2.4.3 等效階躍折射率光纖　　2.4.4 色散特性　2.5 偏振保持光纖簡介　　2.5.1 引言　　2.5.2 偏振保持光纖的結構類型　2.6 彈光效應　2.7 光纖中產生雙折射的原因　　2.7.1 于芯的橢圓度引起的雙折射　　2.7.2 應力引起的雙折射　　2.7.3 彎曲引起的雙折射　　2.7.4 扭曲引起的雙折射　　2.7.5 外場引起的雙折射　　2.7.6 減小雙折射影響的特殊措施　2.8 偏振光在光纖中的傳輸　　2.8.1 偏振光的矩陣表示法——Jones矢量法　　2.8.2 Jones矩陣法在光纖中的應用　　2.8.3 單模光纖在外力作用下引起雙折射效應的Jones矩陣　　2.8.4 Poincare球圖示法　思考題與習題　參考文獻第3章 光纖中的非線性效應　3.1 引言　3.2 基本原理　　3.2.1 非線性極化　　3.2.2 受激非彈性散射　　3.2.3 基本傳輸方程　　3.2.4 非線性脈沖傳輸　3.3 自相位調制　　3.3.1 非線性相移　　3.3.2 脈沖形狀和初始啁啾的影響　3.4 光纖中的光孤子　　3.4.1 概述　　3.4.2 脈沖演化　　3.4.3 基態(tài)孤子　　3.4.4 暗孤子　3.5 交叉相位調制　3.6 受激拉曼散射　　3.6.1 拉曼增益譜　　3.6.2 拉曼閾值　　3.6.3 光纖拉曼散射的應用　3.7 受激布里淵散射　　3.7.1 概述　　3.7.2 布里淵增益譜　　3.7.3 受激布里淵散射的應用　3.8 四波混頻　　3.8.1 四波混頻原理　　3.8.2 多模光纖中的相位匹配　　3.8.3 單模光纖中的相位匹配　　3.8.4 雙折射光纖中的相位匹配　思考題與習題　參考文獻第4章 光纖的連接和處理　4.1 引言　4.2 光纖彎曲損耗　　4.2.1 光纖的宏彎損耗　　4.2.2 微彎引起的光纖損耗　4.3 光纖和光源的連接　　4.3.1 半導體激光器和光纖的連接　　4.3.2 半導體發(fā)光二極管和光纖的耦合　4.4 光纖和光纖的連接　　4.4.1 多模光纖和多模光纖的直接耦合　　4.4.2 單模光纖和單模光纖直接耦合　4.5 光纖端面的處理　　4.5.1 涂覆層剝除　　4.5.2 光纖端面制備　　4.5.3 光纖端面質量的檢驗　4.6 光纖的固定連接　　4.6.1 光纖對準調節(jié)　　4.6.2 光纖的固定　4.7 光纖熔接　　4.7.1 概述　　4.7.2 影響光纖熔接性能的因素　　4.7.3 光纖熔接中容易出現(xiàn)的問題與解決方法　4.8 側邊拋磨光纖　　4.8.1 引言　　4.8.2 側邊拋磨光纖的制備　　4.8.3 側邊拋磨光纖的應用　4.9 光纖的腐蝕　……第5章 特種光纖第6章 光纖特征參數(shù)的測量第7章 光纖無源及有源器件第8章 光纖傳輸數(shù)據(jù)和圖像第9章 光纖傳感器第10章 光纖設計和制造參考文獻

章節(jié)摘錄

　　光無源器件是一種能量消耗型器件，它包括光連接器、光耦合器、光開關、光衰減器、光隔離器、光濾波器和波分復用／解復用器等器件。其主要功能是對信號或能量進行連接、合成、分叉、轉換以及有目的衰減等。因此，光無源器件在光纖通信系統(tǒng)、光纖局域網(wǎng)（包括計算機光纖網(wǎng)、微波光纖網(wǎng)、光纖傳感網(wǎng)等）以及各類光纖傳感系統(tǒng)中是必不可少的重要器件。在近十多年中隨著光通信技術的發(fā)展，光無源器件在結構和性能方面都有了很大的改進和提高，并已進入實用階段?！　」鉄o源器件的制造方法，早期多采用傳統(tǒng)光學的方法。這種用傳統(tǒng)光學分立元件構成的光無源器件，其缺點是：體積大、質量大、結構松、可靠性差與光纖不兼容。于是人們紛紛轉向全光纖型光無源器件的研究，其中對全光纖定向耦合器的研究最活躍，進展也最迅速，這不僅因為定向耦合器本身是極為重要的光無源器件，而且它還是許多其他光無源器件的基礎。全光纖定向耦合器的制造工藝有三類：磨拋法、腐蝕法和熔錐法。拋磨法是把裸光纖按一定曲率固定在開槽的石英基片上，再進行光學研磨、拋光，以除去一部分包層，然后把兩塊這種磨拋好的裸光纖拼接在一起，利用兩光纖之間的模場耦合以構成定向耦合器。這種方法的缺點是器件的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性差。在一定條件下，它還具有波分復用器和光濾波器的功能。腐蝕法是用化學方法把一段裸光纖包層腐蝕掉，再把兩根已腐蝕后的光纖扭絞在一起，構成光纖耦合器。其缺點是工藝的一致性較差，且損耗大，熱穩(wěn)定性差。熔錐法是把兩根裸光纖靠在一起，在高溫火焰中加熱使之熔化，同時在光纖兩端拉伸光纖，使光纖熔融區(qū)成為錐形過渡段，從而構成耦合器。用這種方法可構成光纖濾波器、波分復用器、光纖偏振器、偏振耦合器、光纖干涉儀、光纖延遲線等。用此方法所得光纖耦合器的實用性能優(yōu)于其他方法。

編輯推薦

　　內容特色　　內容全面——《光纖光學：原理與應用》較全面地介紹了《光纖光學》的內容．其中包括：光纖的傳輸和傳感理論（光纖中光波傳輸?shù)墓饩€理論和波動理論，非線性理論，光纖的損耗，色散和偏振特性等）：光纖的種類（包括各種結構和材質的光纖）；光纖的應用（制造光纖器件、傳輸信號、圖像和能量，以及傳感等）；　　側重基礎——《光纖光學：原理與應用》注重對《光纖光學》基本概念和理論分析結果的物理意義的闡述；　　學以致用——《光纖光學：原理與應用》較全面地介紹了光纖的主要應用，其中包括應用的基本原理，應用中要注意的一些實際問題，以及一些應用實例和典型參數(shù)。

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