光纖光學(xué)

前言

　　隨著激光的問(wèn)世，古老的光學(xué)已化分出眾多的分支，光纖光學(xué)是其中之一。光纖光學(xué)是研究光導(dǎo)纖維的光學(xué)特性及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。光纖光學(xué)這一術(shù)語(yǔ)出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，隨著光纖技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是光纖通信的廣泛應(yīng)用，這個(gè)新分支的內(nèi)容愈來(lái)愈豐富。光纖光學(xué)的研究對(duì)象——光導(dǎo)纖維——的特點(diǎn)是它的有界性：光波在光纖中橫向受邊界限制，縱向可無(wú)限延伸，因而其光學(xué)特性和大塊媒質(zhì)的光學(xué)特性有很大差別，有的特性仍在研究中。本書(shū)是在10年前出版的《光纖光學(xué)》（清華大學(xué)出版社）一書(shū)的基礎(chǔ)上修改擴(kuò)充而成的，目的是結(jié)合近10年的發(fā)展對(duì)光纖光學(xué)的原理及應(yīng)用做一較全面的介紹。　　全書(shū)共有10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(dòng)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(zhì)中的光傳輸理論有很大差別，其計(jì)算過(guò)程又很繁雜。為使讀者對(duì)其物理模型有一較清楚的了解，而又不必花過(guò)多精力用于數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程中，本書(shū)對(duì)公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程從略，但突出對(duì)物理意義的闡述。此外，對(duì)光纖中的偏振特性討論較為詳細(xì)，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(lèi)特種光纖，光纖連接和處理的方法，以及光纖參數(shù)的測(cè)試方法，其中對(duì)于變折射率光纖作為成像元件在光纖系統(tǒng)中的應(yīng)用和光纖的模色散測(cè)量方法進(jìn)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(gòu)成的，或不是由光纖構(gòu)成但對(duì)光纖系統(tǒng)有重要價(jià)值的各種有源和無(wú)源光纖器件，以及各種光纖傳感器。這部分重點(diǎn)是介紹實(shí)際應(yīng)用中要掌握的一些基本特性。

內(nèi)容概要

本書(shū)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(yīng)用。具體內(nèi)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(dòng)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(shè)計(jì)，光纖的連接和處理，參數(shù)測(cè)量的基本方法；光纖有源和無(wú)源器件，各類(lèi)特種光纖的簡(jiǎn)介；光纖在傳輸數(shù)據(jù)和圖像、傳感方面的應(yīng)用，等等?！　”緯?shū)可作為高等院校激光、光電子、光學(xué)儀器以及物理等專(zhuān)業(yè)的研究生教材，也可供上述專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生和科技工作者學(xué)習(xí)和參考。

作者簡(jiǎn)介

廖延彪，1957年畢業(yè)于武漢大學(xué)物理系物理專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為清華大學(xué)電子工程系退休教授，博士生導(dǎo)師。從事光纖傳輸和傳感方面教學(xué)和研究工作30余年。承擔(dān)并主持多項(xiàng)國(guó)家基金.航天基金.國(guó)家重大攻關(guān)項(xiàng)目.以及國(guó)家863重大項(xiàng)目。發(fā)表論文200余篇.編著《物理光學(xué)》，《光纖光學(xué)》，《偏

書(shū)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(yīng)　　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(dǎo)的一般理論——正規(guī)光波導(dǎo)　　1.4.1 麥克斯韋方程組　　1.4.2 波動(dòng)方程　　1.4.3 模式　　1.4.4 模式場(chǎng)的縱、橫向分量　1.5 均勻折射率光纖的波動(dòng)理論　　1.5.1 矢量模　　1.5.2 線偏振模與標(biāo)量法　　1.5.3 二層均勻光纖　　1.5.4 電磁場(chǎng)分布圖　1.6 變折射率光纖的波動(dòng)理論　　1.6.1 引言　　1.6.2 平方律光纖的解析解　　1.6.3 級(jí)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(zhì)　　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(dǎo)的模耦合方程　　1.9.1 非正規(guī)光波導(dǎo)　　1.9.2 非正規(guī)光波導(dǎo)的模耦合方程(矢量模耦合方程)　思考題與習(xí)題　參考文獻(xiàn)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(zhǎng)色散　　2.3.4 各種色散大小的比較　2.4 單模光纖的設(shè)計(jì)　　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(jiǎn)介　　2.5.1 引言　　2.5.2 偏振保持光纖的結(jié)構(gòu)類(lèi)型　2.6 彈光效應(yīng)　2.7 光纖中產(chǎn)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(yīng)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(chǎng)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(yīng)用　　2.8.3 單模光纖在外力作用下引起雙折射效應(yīng)的Jones矩陣　　2.8.4 Poincare球圖示法　思考題與習(xí)題　參考文獻(xiàn)第3章 光纖中的非線性效應(yīng)　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(diào)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(diào)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(yīng)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(yīng)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(xí)題　參考文獻(xiàn)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(dǎo)體激光器和光纖的連接　　4.3.2 半導(dǎo)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(zhì)量的檢驗(yàn)　4.6 光纖的固定連接　　4.6.1 光纖對(duì)準(zhǔn)調(diào)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(wèn)題與解決方法　4.8 側(cè)邊拋磨光纖　　4.8.1 引言　　4.8.2 側(cè)邊拋磨光纖的制備　　4.8.3 側(cè)邊拋磨光纖的應(yīng)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(cè)量第7章 光纖無(wú)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(shè)計(jì)和制造參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　光無(wú)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(kāi)關(guān)、光衰減器、光隔離器、光濾波器和波分復(fù)用／解復(fù)用器等器件。其主要功能是對(duì)信號(hào)或能量進(jìn)行連接、合成、分叉、轉(zhuǎn)換以及有目的衰減等。因此，光無(wú)源器件在光纖通信系統(tǒng)、光纖局域網(wǎng)（包括計(jì)算機(jī)光纖網(wǎng)、微波光纖網(wǎng)、光纖傳感網(wǎng)等）以及各類(lèi)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(shù)的發(fā)展，光無(wú)源器件在結(jié)構(gòu)和性能方面都有了很大的改進(jìn)和提高，并已進(jìn)入實(shí)用階段?！　」鉄o(wú)源器件的制造方法，早期多采用傳統(tǒng)光學(xué)的方法。這種用傳統(tǒng)光學(xué)分立元件構(gòu)成的光無(wú)源器件，其缺點(diǎn)是：體積大、質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)松、可靠性差與光纖不兼容。于是人們紛紛轉(zhuǎn)向全光纖型光無(wú)源器件的研究，其中對(duì)全光纖定向耦合器的研究最活躍，進(jìn)展也最迅速，這不僅因?yàn)槎ㄏ蝰詈掀鞅旧硎菢O為重要的光無(wú)源器件，而且它還是許多其他光無(wú)源器件的基礎(chǔ)。全光纖定向耦合器的制造工藝有三類(lèi)：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(kāi)槽的石英基片上，再進(jìn)行光學(xué)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(chǎng)耦合以構(gòu)成定向耦合器。這種方法的缺點(diǎn)是器件的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性差。在一定條件下，它還具有波分復(fù)用器和光濾波器的功能。腐蝕法是用化學(xué)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(gòu)成光纖耦合器。其缺點(diǎn)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(shí)在光纖兩端拉伸光纖，使光纖熔融區(qū)成為錐形過(guò)渡段，從而構(gòu)成耦合器。用這種方法可構(gòu)成光纖濾波器、波分復(fù)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(shí)用性能優(yōu)于其他方法。

編輯推薦

　　內(nèi)容特色　　內(nèi)容全面——《光纖光學(xué)：原理與應(yīng)用》較全面地介紹了《光纖光學(xué)》的內(nèi)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(dòng)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(lèi)（包括各種結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的光纖）；光纖的應(yīng)用（制造光纖器件、傳輸信號(hào)、圖像和能量，以及傳感等）；　　側(cè)重基礎(chǔ)——《光纖光學(xué)：原理與應(yīng)用》注重對(duì)《光纖光學(xué)》基本概念和理論分析結(jié)果的物理意義的闡述；　　學(xué)以致用——《光纖光學(xué)：原理與應(yīng)用》較全面地介紹了光纖的主要應(yīng)用，其中包括應(yīng)用的基本原理，應(yīng)用中要注意的一些實(shí)際問(wèn)題，以及一些應(yīng)用實(shí)例和典型參數(shù)。

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