光波導理論與技術(簡體書)

本書系統地講述了目前發展比較迅速的光波導傳輸理論和光通信器件的工作原理。 本書的第1章是對光通信及相應的器件的一個概略介紹。第2章是電磁場理論基礎，介紹經典電磁理論的主要結論。第3章是幾何光學分析方法，講述光波導中光的傳播規律。第4章講述平面波導及條形波導的模式理論。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償技術。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。第8章介紹光通信系統中常用的無源光器件的結構、工作原理和特性。第9章講述有源光器件的結構、工作原理及特性。 本書的作者長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專業的本科生和研究生的教材。對于從事與光纖通信相關工作的工程技術人員，本書也可以提供有益的參考。

第1章 緒論

1.1 通信歷史的回顧
1.2 光纖通信的產生和發展
1.3 光通信關鍵技術
1.3.1 光纖
1.3.2 光源和光發送機
1.3.3 光檢測器和光接收端機
1.3.4 光電集成和光集成技術
1.4 光波技術的發展

第2章 電磁場理論基礎

2.1 電磁場基本方程
2.1.1 麥克斯韋方程組
2.1.2 電磁場邊界條件
2.1.3 波動方程和亥姆霍茲方程
2.1.4 柱型波導中的場方程
2.2 各向同性媒質中的平面電磁波
2.2.1 無界均勻媒質中的均勻平面電磁波
2.2.2 平面電磁波的偏振狀態
2.2.3 平面波的反射和折射
2.2.4 非理想媒質中的平面電磁波
2.3 各向異性媒質中的平面電磁波
2.3.1 電各向異性媒質
2.3.2 電各向異性媒質中的平面波
2.4 電磁波理論的短波長極限--幾何光學理論
2.4.1 幾何光學的基本方程--eikonal方程
2.4.2 光線傳播的路徑方程
2.4.3 路徑方程解的兩個特例
2.4.4 折射定律與反射定律

第3章 光波導的幾何光學分析方法

3.1 均勻介質薄膜波導中光線的傳播
3.1.1 光線的傳播路徑及光線分類
3.1.2 傳播時延及時延差
3.2 芯層折射率漸變的介質薄膜波導中光線的傳播
3.2.1 傳播路徑及光線分類
3.2.2 傳播時延及時延差
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 數值孔徑
3.3.3 傳播時延和時延差
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 本地數值孔徑
3.4.4 傳播時延
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 薄膜波導和帶狀波導的模式理論

4.1 均勻薄膜波導
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
4.1.5 單模傳輸和模數量
4.1.6 導波場分布
4.1.7 導波的傳輸功率和有效厚度
4.1.8 對稱薄膜波導
4.1.9 本地平面波解釋
4.2 漸變薄膜波導
4.2.1 無界的拋物線型折射率分布光波導的解析解
4.2.2 有界的拋物線型折射率分布光波導的解析解
4.3 條形光波導
4.3.1 條形光波導的結構
4.3.2 分析條形波導的馬卡梯里方法
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 光纖中的電磁場方程
5.2 階躍光纖的嚴格解--矢量模解
5.2.1 階躍光纖的電磁場解
5.2.2 導波模的特征方程
5.2.3 導波模分類
5.2.4 導波模的截止參數和單模傳輸條件
5.2.5 遠離截止狀態時導波模的性態
5.2.6 色散曲線
5.2.7 導波模的場型圖
5.3 階躍光纖中的線偏振模
5.3.1 線偏振模場解及特征方程
5.3.2 線偏振模特性
5.3.3 LPmn模與矢量模之間的對應關系
5.3.4 LPmn模的功率分布
5.3.5 多模光纖中的模數量
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量近似解
5.4.2 相位常數
5.4.3 模式群和模式數量
5.5 光波導的數值分析方法
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 耦合系數的計算
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
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
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 群時延差
6.4.2 最佳折射率指數αopt
6.5 色散導致的光信號畸變及其對通信的影響
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中的展寬
6.5.4 色散對通信容量的限制
6.6 色散補償
6.6.1 后補償技術
6.6.2 預補償技術
6.6.3 在線補償技術
6.6.4 光均衡濾波
6.6.5 偏振模色散的補償

第7章 單模光纖的非線性傳輸特性

7.1 光波與媒質的非線性互作用
7.1.1 電介質的極化
7.1.2 媒質的非線性響應
7.1.3 光纖的非線性折射率
7.2 光信號的非線性傳播方程
7.2.1 光信號傳播方程
7.2.2 傳播方程的數值解法
7.3 自相位調制（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對通信的影響
7.4 交叉相位調制（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對通信系統的影響
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 四波混頻對通信的影響及其可能的應用
7.7 受激拉曼散射（SRS）
7.7.1 受激拉曼散射的物理機理
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 拉曼串擾
7.8 受激布里淵散射（SBS）
7.8.1 SBS的物理機理和布里淵頻偏
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
8.2.3 耦合器的分類
8.3 光波復用、解復用器
8.3.1 光波復用、解復用器的性能參數
8.3.2 復用、解復用器的結構原理
8.4 光調制器
8.4.1 電光調制
8.4.2 聲光調制
8.4.3 磁光調制
8.4.4 波導調制器和電吸收式調制器
8.5 光濾波器、光開關、光隔離器、光衰減器
8.5.1 光濾波器
8.5.2 光開關
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
8.6.2 摻雜光纖光敏性機理
8.6.3 均勻周期光柵光學特性
8.6.4 線性啁啾光柵光學特性
8.6.5 非線性效應
8.6.6 光纖光柵的應用

第9章 有源光器件

9.1 半導體激光器的工作原理
9.1.1 半導體中光發射的物理機理
9.1.2 半導體PN結及其能帶結構
9.1.3 異質結及直接帶隙半導體材料
9.1.4 半導體激光器的基本結構及閾值條件
9.1.5 激光器的譜寬和線寬
9.2 半導體激光器的結構及工作特性
9.2.1 條形結構半導體激光器
9.2.2 單縱模激光器
9.2.3 半導體激光器的工作特性
9.3 半導體光電檢測器
9.3.1 光檢測的原理
9.3.2 PIN光電二極管
9.3.3 雪崩光電二極管（APD）
9.3.4 響應度和量子效率
9.3.5 光檢測器的響應時間
9.3.6 光檢測器的噪聲
9.4 光放大器
9.4.1 半導體激光放大器
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