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第1章 光纤光学基础 1

1.1 引言 1

1.2 光纤基本结构及分类 2

1.2.1 光纤基本结构 2

1.2.2 光纤典型分类 3

1.2.3 光纤拉制简介 6

1.3 描述光纤的重要参量 13

1.3.1 光纤的数值孔径 13

1.3.2 光纤的相对折射率差 14

1.3.3 光纤的归一化频率 14

1.4 光纤的光学与物化特性 14

1.4.1 光纤的特征参数 14

1.4.2 光纤的光学特性 15

1.4.3 光纤的物化特性 19

小结 21

思考与习题 21

第2章 光纤光学的基本理论 23

2.1 引言 23

2.2 光纤的光线理论 24

2.2.1 程函方程 24

2.2.2 光线方程 27

2.2.3 光线方程的应用 29

2.3 光纤的波动理论 31

2.3.1 麦克斯韦方程组 31

2.3.2 波动方程 31

2.3.3 亥姆霍兹方程 32

2.3.4 波导场方程 33

2.3.5 波导场的场解 35

小结 39

思考与习题 40

第3章 光纤的光线理论分析 41

3.1 引言 41

3.2 均匀光纤的光线理论分析 42

3.2.1 均匀光纤中的光线种类 42

3.2.2 子午光线的传输分析 43

3.2.3 偏斜光线的传输分析 46

3.2.4 弯曲光纤的光线传输分析 47

3.2.5 斜端面光纤的光线传输分析 51

3.2.6 圆锥形光纤的光线传输分析 53

3.3 渐变光纤的光线理论分析 55

3.3.1 渐变光纤中的光线种类 55

3.3.2 渐变光纤的光线方程 56

3.3.3 渐变光纤的子午光线分析 57

3.3.4 渐变光纤的螺旋光线分析 58

小结 59

思考与习题 60

第4章 光纤的波动理论分析 62

4.1 引言 62

4.2 均匀光纤的波动理论分析 62

4.2.1 径向场方程形式 62

4.2.2 本征解的选取 63

4.2.3 模式及其分类 67

4.2.4 模式本征值 68

4.2.5 色散曲线与单模条件 72

4.2.6 弱导光纤与线偏振模 73

4.2.7 均匀光纤电磁场分布图 77

4.3 渐变光纤的波动理论分析 81

4.3.1 基本方程 82

4.3.2 平方律光纤解析法 82

4.3.3 WKB分析法 84

4.3.4 级数近似法 86

小结 89

思考与习题 90

第5章 单模光纤的性质及分析 91

5.1 引言 91

5.2 均匀单模光纤分析 92

5.2.1 模场精确分析 92

5.2.2 模场近似分析 98

5.2.3 功率分布分析 101

5.3 渐变单模光纤分析 103

5.3.1 等效阶跃型光纤法 103

5.3.2 等效平方律光纤法 108

5.4 单模光纤的双折射 110

5.4.1 光纤双折射类型 111

5.4.2 典型本征双折射 112

5.4.3 典型感应双折射 113

小结 115

思考与习题 116

第6章 光纤无源和有源器件 117

6.1 引言 117

6.2 光纤无源器件分析 118

6.2.1 光纤耦合器 118

6.2.2 光纤偏振器 128

6.2.3 光纤滤波器 133

6.2.4 光纤隔离器 136

6.2.5 光纤衰减器 137

6.2.6 光纤连接器 137

6.3 光纤有源器件分析 139

6.3.1 光纤激光器 139

6.3.2 光纤放大器 142

6.4 光纤器件发展分析 146

6.4.1 光纤无源器件发展分析 146

6.4.2 光纤有源器件发展分析 148

6.4.3 光纤器件技术研究方向 150

小结 151

思考与习题 152

第7章 光纤技术及其应用 154

7.1 引言 154

7.2 光纤通信技术 154

7.2.1 光纤通信原理 154

7.2.2 光纤通信系统 155

7.2.3 多信道复用技术 162

7.2.4 光纤通信系统实例 164

7.3 光纤传感技术 168

7.3.1 光纤传感原理 168

7.3.2 光纤传感器 169

7.3.3 传感器建模 171

7.4 典型光纤传感器 175

7.4.1 强度型光纤传感器 175

7.4.2 干涉型光纤传感器 186

7.4.3 微结构光纤传感器 194

7.5 特种光纤及其应用 200

7.5.1 掺杂光纤及其应用 200

7.5.2 塑料光纤及其应用 201

7.5.3 红外光纤及其应用 202

7.5.4 紫外光纤及其应用 203

7.5.5 敏化光纤及其应用 204

小结 205

思考与习题 206

第8章 光纤光栅及其应用 207

8.1 引言 207

8.2 光纤光栅基础 207

8.2.1 光纤光栅基本类型 208

8.2.2 折射率分布与反射谱 210

8.2.3 光纤光栅制作技术 214

8.3 光纤光栅理论 218

8.3.1 光纤光栅典型理论 219

8.3.2 光纤光栅基本性质 223

8.3.3 传感解调关联理论 226

8.4 光纤光栅的应用 235

8.4.1 光纤光栅在通信领域的应用 235

8.4.2 光纤光栅在传感领域的应用 238

8.4.3 光纤光栅及器件的研究方向 253

小结 255

思考与习题 256

第9章 光纤特征参数的测量 258

9.1 引言 258

9.2 光纤测量常用仪器 260

9.2.1 光源 260

9.2.2 光纤熔接机 263

9.2.3 光谱分析仪 265

9.2.4 光功率计 266

9.2.5 光波长计 267

9.2.6 光时域反射计 269

9.3 光纤几何参数测量 271

9.3.1 几何特征参数 271

9.3.2 测量注入条件 272

9.3.3 典型测量方法 274

9.4 光纤折射率分布测量 276

9.4.1 折射近场法 276

9.4.2 近场扫描法 278

9.5 光纤数值孔径测量 280

9.5.1 有效数值孔径 280

9.5.2 典型测量方法 281

9.6 光纤衰减测量 283

9.6.1 光纤衰减机理 283

9.6.2 典型测量方法 284

9.7 光纤色散测量 287

9.7.1 光纤色散机理 287

9.7.2 典型测量方法 287

9.8 光纤模场直径测量 290

9.8.1 模场直径定义 290

9.8.2 典型测量方法 291

9.9 高双折射光纤拍长测量 293

9.9.1 光纤拍长定义 293

9.9.2 典型测量方法 294

小结 302

思考与习题 302

第10章 光纤非线性效应及其应用 304

10.1 引言 304

10.2 光纤非线性效应 305

10.2.1 光纤中的非线性效率 305

10.2.2 光纤的非线性特性 306

10.3 光脉冲传输方程 315

10.3.1 非线性介质中的波动方程 315

10.3.2 分析法推导光脉冲传输方程 317

10.3.3 杂凑法推导光脉冲传输方程 323

10.3.4 光脉冲传输方程的简化形式 326

10.4 光纤光孤子及其应用 327

10.4.1 光纤中的光孤子 327

10.4.2 光纤中光孤子的传输 333

10.4.3 光孤子通信关键技术 337

10.4.4 光孤子通信应用展望 340

小结 345

思考与习题 346

主要参考文献 347

英文缩略语 349