高等光學

前言

　　隨著激光技術的日益發(fā)展，使用晶體制作的各類聲－光－電－磁固體器件的應用越來越廣泛，新的功能晶體材料也在不斷涌現。另外，隨著集成光學技術和光通信技術的迅速發(fā)展，平面波導和光纖波導的應用也越來越廣泛。對于高等工科院校理科專業(yè)，如應用物理專業(yè)、信息光電子專業(yè)的本科生和研究生，以及從事光電子技術研究的科研人員和工程技術人員來說，掌握固態(tài)晶體材料的光學性質和上述兩類光波導的傳光性質就顯得非常重要。目前，圖書市場上的《晶體光學》教材并不多，即便有，也幾乎都是采礦、冶金類專業(yè)用的，其內容偏重于工程。本書的特色是將“晶體光學”與“波導光學”合在一起，作為一門課程，這在國內并不多見?！熬w光學”與“波導光學”的共同點在于，它們的研究方法相同，都是從描述光學的基本理論——麥克斯韋方程組和描述介質的基本性質——物質方程出發(fā)，推導出波動方程作為各自的理論基礎。它們的不同點在于，一是晶體的無界性與波導的有界性，光波在晶體中傳播時不受限制，沒有邊界條件，波動方程的解可以是單色平面波。而光波在波導中傳播時要受到限制，有邊界條件，波動方程的解是分立的模式場分布函數。二是晶體的各向異性和波導的各向同性，這將導致影響光學性質的介電系數的不同，晶體的介電系數是個二階張量，而波導的介電系數是個零階張量，即標量?！　”菊n程的參考學時為60學時，“晶體光學”部分（第1～5章）講授晶體的基本知識，主要包括晶體的對稱性和晶體的分類；介紹張量的概念、尤其是與晶體光學性質相關的二階對稱的介電系數張量；晶體的線性光學性質，包括晶體光學基本方程、晶體光學性質的幾何描述方法、晶體中的光路、晶體的旋光性、偏振光的干涉；晶體的外場光學效應，包括電光效應與聲光效應以及根據這些效應制作的激光調制器與偏轉器；晶體的非線性光學性質，包括倍頻與混頻、光參量放大與光參量振蕩?！安▽Ч鈱W”（第6、7章）講授平面波導和光纖波導，用幾何光學法研究兩類波導的傳光特性，用波動方程法研究兩類波導的模式場分布函數、模式方程及模式特征?！　”菊n程是許多后續(xù)專業(yè)課的理論基礎，如光電子學、光纖通信原理、信息光學、光學信息存儲、納米光學與技術、光電信息技術等。適合高等工科院校應用物理或信息光電子專業(yè)的本科生或研究生使用，也可供從事光電子技術研究的科研人員和工程技術人員參考。本書力求語言簡練、通俗易懂，為了便于學生自學，配有大量例題和習題，并有答案供參考。由于編者水平有限，書中難免還存在一些不足和錯誤，懇請讀者批評指正。

內容概要

本書由“晶體光學”和“波導光學”兩部分組成，其中，“晶體光學”部分講述晶體的基本知識，包括晶體的對稱性和晶體的分類；介紹了張量的概念，討論了晶體的線性光學性質。敘述了晶體的外場光學效應，討論了晶體的非線性光學性質?！安▽Ч鈱W”部分討論了平面和光纖兩類波導，用幾何光學法研究了波導的傳光特性，用波動方程法研究了波導模式場的分布函數、模式方程及模式特征。    本書結構安排合理、語言簡練、通俗易懂，并配有大量例題和習題，可供教學使用。本書適合高等工科院校應用物理或信息光電子專業(yè)的本科生和光學專業(yè)的研究生使用，也可供從事光電子技術研究的科研人員和工程技術人員參考。

作者簡介

俞寬新，男，南京市人。63歲，教授，博士生導師。國際光學工程學會及中國光學學會會員，《北京工業(yè)大學學報》編委。北京工業(yè)大學應用數理學院學位及學術委員會委員。長期從事光學教學與研究工作。教授本科生、研究生課程10余門，培養(yǎng)博士、碩士20余人。北京市精品課程“激光

書籍目錄

上篇　晶體光學　第1章　晶體學基礎  　1.1　晶體的基本概念　  1.2　晶體的對稱性　  1.3　晶體的分類　  1.4　坐標變換矩陣　  習題1  　第2章　張量基礎  　2.1　張量的基本概念　  2.2　二階對稱張量及示性面　  2.3　晶體對稱性對物理性質的影響　  習題2  　第3章　晶體的線性光學性質    3.1　晶體中的光波與光線    3.2　晶體光學基本方程    3.3　晶體光學性質的幾何表示方法    3.4　單軸晶體中的光路    3.5　晶體的旋光性    3.6　偏振光的干涉    習題3  　第4章　晶體的外場光學效應    4.1  電光效應    4.2　電光器件    4.3　聲光效應    4.4　聲光器件    習題4  　第5章　晶體的非線性光學性質    5.1　非線性光學效應　　5.2　倍頻與混頻　　5.3　光參量放大與光參量振蕩　　習題5  下篇　波導光學　第6章　平面波導　　6.1　光在界面上的反射與透射　　6.2　平面波導的傳光特性　　6.3　平面波導的諧振方程　　6.4　平面波導的波動理論　　6.5　對稱平面波導的波動理論　　6.6　非對稱平面波導的波動理論　　6.7　條形波導　　6.8　平面波導的耦合模理論　　習題6  　第7章　光纖波導　  7.1　光纖基本知識  　7.2　均勻折射率型光纖的傳光特性　  7.3　均勻折射率型光纖的波動理論　  7.4　均勻折射率型弱導光纖的模式特征　  7.5　均勻折射率型弱導光纖的IP線偏振?！? 7.6　漸變折射率型光纖的傳光特性　  7.7　漸變折射率型光纖的波動理論　  7.8　光纖波導的耦合模理論  習題7  　習題答案附錄1　常用的坐標變換附錄2　晶體的電光、聲光、非線性光學系數矩陣形式附錄3　常用晶體的電光、聲光、非線性光學系數參考文獻

章節(jié)摘錄

　　上篇　晶體光學　　晶體光學是研究可見光通過透明晶體所產生的光學現象及其規(guī)律的一門科學。光波是一種電磁波，描述電磁波行為的是麥克斯韋方程。晶體是非磁性各向異性的介質，在研究其光學性質時，可以視為是均勻無限大的。描述介質特性的是物質方程，物質方程中與介質光學性質相關的物理量是介電系數。各向同性介質的介電系數是個標量，晶體的介電系數是個張量，這是造成非晶體與晶體光學性質差異的根本原因。晶體光學的理論基礎是麥克斯韋方程與物質方程，將兩個方程結合在一起，就可以得到光場的波動方程，這是光波在任何介質中傳播時都要遵循的最基本的方程。根據晶體介電系數的特點，從波動方程可以導出晶體光學的基本方程，通過求解這個方程可以得到光波在不同晶體中的傳播規(guī)律。由于晶體可視為是均勻無限大的，也就是說沒有邊界約束條件，故光場是單色平面波，這與有邊界的，如光波導中的光場是不同的。本書“晶體光學”部分共分5章，第1章講述晶體的基本知識，主要包括晶體的對稱性和晶體的分類。第2章介紹張量的概念，尤其是與晶體光學性質直接相關的二階介電系數張量。第3章講述晶體的線性光學性質，包括晶體光學基本方程的推導與求解，晶體光學性質的幾何描述方法和晶體中光路的畫法，并介紹晶體的旋光性和偏振光的干涉。第4章介紹兩個應用非常廣泛的晶體外場光學效應：電光效應與聲光效應，以及根據這些效應制作的各類激光調制器件與激光偏轉器件。第5章講述晶體的非線性光學性質，包括非線性光學效應、倍頻與混頻、光參量放大與光參量振蕩。

圖書封面

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