光波导理论基础 第2版PDF电子书下载

第1章 电磁场理论 1

1.1 麦克斯韦方程 1

1.2 电磁场边界条件 2

1.3 单色平面电磁波 3

1.4 坡印亭矢量和传输功率 4

1.5 亥姆霍兹方程 5

1.6 平面电磁波的反射和折射 6

1.7 光的全反射与倏逝波 7

1.8 全反射相移与古斯-汉森位移 8

习题 10

第2章 几何光学 11

2.1 程函方程 11

2.2 光传播路径分析 12

2.2.1 光线方程 12

2.2.2 光线方程应用举例 12

2.3 费马原理 13

习题 14

第3章 光波导几何分析 15

3.1 均匀介质薄膜波导 15

3.2 折射率渐变薄膜波导中的光线 16

3.3 阶跃光纤中的光线 17

3.3.1 子午光线 18

3.3.2 偏斜光线 19

3.4 梯度光纤中的光线 20

3.4.1 柱坐标的光线方程 20

3.4.2 光线不变量 21

3.4.3 光线判据函数 21

3.4.4 光线分析 22

3.5 传播时延与色散 24

3.5.1 均匀介质波导的时延差 25

3.5.2 折射率渐变介质波导的时延差 25

3.5.3 光纤的色散 27

习题 28

第4章 薄膜波导模式理论 30

4.1 均匀薄膜波导特征方程 30

4.2 薄膜波导电磁场方程 31

4.3 TE模分析 33

4.4 TM模分析 35

4.5 导模特性 36

4.5.1 导模截止 36

4.5.2 导模定则 37

4.5.3 导模数量 38

4.5.4 单模传输 39

4.5.5 截止波长 39

4.5.6 归一化参量与薄膜波导色散曲线 40

4.6 导模光强和功率 41

4.6.1 导模光强 41

4.6.2 传输功率 42

4.7 折射率渐变薄膜波导-WKB法 43

4.7.1 场的近似表示式 43

4.7.2 转折点附近的近似解 44

4.7.3 渐变薄膜波导特征方程 45

习题 46

第5章 三维光波导 48

5.1 三维光波导结构 48

5.2 马卡提里近似法 49

5.3 场方程与形式解 50

5.4 Exmn模特征方程 51

5.5 Eymn模特征方程 53

5.6 模式特性 54

5.6.1 导模条件与模截止 54

5.6.2 单模传输 56

5.6.3 截止波长 56

5.6.4 矩形波导色散曲线与模场分布 57

5.7 有效折射率法 58

5.7.1 矩形波导 58

5.7.2 脊波导 59

5.7.3 条载波导及四层平板波导 60

习题 62

第6章 光纤模式理论 63

6.1 光纤的电磁场方程 63

6.2 阶跃光纤电磁场方程的矢量解法 65

6.2.1 芯区和包层的电磁场 65

6.2.2 导模特征方程 68

6.2.3 导模分类 68

6.2.4 导模截止条件与单模传输 70

6.2.5 模色散曲线 75

6.2.6 导模电磁场分布 76

6.3 光纤的线偏振模 79

6.3.1 场的直角分量与场方程的标量解法 79

6.3.2 线偏振模及简并度 81

6.3.3 LPmn模的矢量模组成 82

6.3.4 LP模光强和功率 83

6.3.5 阶跃多模光纤的导模数量 86

6.4 梯度光纤模场分析 86

6.4.1 梯度光纤场方程及标量解 87

6.4.2 传播常数 89

6.4.3 模式群和导模数量 90

习题 90

第7章 电磁场分析的有限元法 92

7.1 微分方程边值问题 92

7.1.1 边值问题 92

7.1.2 Ritz方法 93

7.1.3 Galerkin方法 94

7.1.4 本征值方程 95

7.2 有限元分析 95

7.2.1 区域离散和单元划分 96

7.2.2 线性插值函数与基函数 96

7.2.3 单元方程的扩展——全局方程的建立 97

7.2.4 二阶单元与基函数 99

7.3 光波导模式问题的应用举例 99

7.3.1 单元大小对计算结果的影响 99

7.3.2 脊波导模场的有限元计算 100

7.3.3 伪模 102

习题 102

第8章 模式耦合理论 103

8.1 模式的正交性与完备性 103

8.1.1 横场方程 103

8.1.2 模式的正交性及归一化 104

8.1.3 展开式的完备性 106

8.2 模耦合方程 106

8.2.1 理想正规模式展开的模耦合方程 106

8.2.2 本地正规模式展开的模耦合方程 108

8.3 模耦合方程的微扰解——双向模耦合 109

习题 110

第9章 无源光器件 111

9.1 光纤光栅 111

9.1.1 光纤光栅耦合方程 112

9.1.2 光纤光栅传输特性 114

9.1.3 光纤光栅滤波特性 115

9.2 平面波导光栅 117

9.3 双波导定向耦合器 120

9.4 波分复用/解复用器 122

9.4.1 角色散型 123

9.4.2 干涉型 125

9.4.3 F-P腔光滤波型 127

9.4.4 阵列波导光栅 128

9.5 光开关 129

9.6 光波导传感器 132

9.6.1 光波导传感器的特点 132

9.6.2 典型光波导传感器结构和原理 133

9.7 波导微环谐振器 135

9.7.1 波导微环谐振器的特点 135

9.7.2 波导微环谐振器的基本结构和制备工艺 135

9.7.3 波导微环谐振器的基本原理 137

习题 140

第10章 有源光器件 142

10.1 光波导放大器 142

10.1.1 概述 142

10.1.2 铒离子的光谱特性 144

10.1.3 速率方程 147

10.1.4 光波传输方程 152

10.1.5 放大器增益特性 153

10.2 光波导调制器 157

10.2.1 光调制器 157

10.2.2 晶体的电光效应 157

10.2.3 光波导调制器 159

习题 161

第11章 光子晶体波导 162

11.1 光子晶体理论 162

11.1.1 光子晶体结构与两种晶格 162

11.1.2 平面波展开法 165

11.1.3 二维光子晶体带隙结构 167

11.2 光子晶体波导 169

11.2.1 二维光子晶体波导 169

11.2.2 二维平板光子晶体波导 170

习题 172

第12章 光波导的制备 173

12.1 概述 173

12.2 光纤制造 174

12.3 薄膜制备 174

12.3.1 蒸发法 175

12.3.2 直流磁控溅射法 175

12.3.3 中频、射频磁控溅射法 176

12.3.4 脉冲激光沉积法 176

12.3.5 薄膜制备的化学方法 177

12.3.6 薄膜的退火 178

12.4 薄膜的表征 179

12.4.1 X射线衍射仪 179

12.4.2 扫描电镜 180

12.4.3 电子探针 181

12.5 三维光波导的制作 182

12.5.1 光刻技术 182

12.5.2 加工技术 183

习题 185

附录A Bessel函数 186

A.1 Bessel方程与Bessel函数 186

A.2 各类Bessel函数的渐近展开式 187

A.3 Bessel函数的递推关系 187

附录B LPmn模特征方程与其组成的矢量模特征方程的等价性 189

附录C 二维散度定理和自伴算符 190

C.1 二维散度定理 190

C.2 自伴算符 190

参考文献 191