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1.1.1　光学元件的光学矩阵 1

3.4.3　辐射场的色散与增益 （5 1

目录 1

1.1 光学矩阵 1

第1章　激光束传播的基础理论 1

1.1.2　光学系统的光学矩阵 4

1.1.3　光学系统的约束条件 4

1.2　类透镜介质及其光学矩阵 5

1.3　高斯光束的波动方程 7

1.4　均匀介质中高斯光束的基本解 9

1.5　ABCD定律 13

1.6　均匀介质中的高阶模 15

1.6.1　高阶模的表示 15

1.6.2　高阶模的数学解 16

1.7　类透镜介质中高斯光束的高阶模 18

习题 20

2.1　开式谐振腔 22

第2章　光学谐振腔 22

2.2　光学谐振腔的分类与计算 24

2.2.1　平行平面腔 24

2.2.2　球面腔 26

2.3　光学谐振腔模式的稳定判据 27

2.3.1　运用透镜波导的推导 27

2.3.2　自洽场方法 29

2.3.3　稳区图 30

2.4　共振频率间隔 30

2.4.1　纵模共振频率间隔 30

2.4.2　横模共振频率间隔 31

2.5　光学谐振腔的损耗 32

2.5.1　光学谐振腔的损耗机理 32

2.5.2　光学谐振腔损耗的表征参量 34

习题 36

第3章　光受激放大原理 37

3.1　激活介质的能级结构 37

3.2　光辐射的经典理论 39

3.3　跃迁速率方程理论 42

3.3.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收 42

3.3.2　爱因斯坦关系式 43

3.3.3　光增益系数 44

3.4　半经典理论 46

3.4.1 原子偶极矩的平均值 47

3.4.2　介质在辐射场中的极化率 50

3.5　全量子理论 52

3.5.1　单个原子与辐射场单个模式间相互作用 53

3.5.2　统计平均 55

3.5.3　受激放大 57

3.6　辐射谱线加宽 58

3.6.1　加宽机制 58

3.6.2　均匀加宽 58

3.6.3　非均匀加宽 61

3.7　增益饱和 63

3.7.1 均匀加宽下的增益饱和 63

3.7.2　非均匀加宽下的增益饱和 64

习题 66

4.1.2　阈值增益与阈值反转 68

4.1.1 自再现要求 68

第4章　激光振荡 68

4.1　激光振荡条件 68

4.1.3　激光振荡频率 69

4.2　振荡条件的拉姆理论验证 70

4.3　频率牵引、模式竞争和烧孔效应 73

4.3.1　频率牵引效应 73

4.3.2　模式竞争效应 74

4.3.3　烧孔效应 75

4.4　激光器的输出功率 77

4.4.1　△n的宏观量表示 77

4.4.2　最佳耦合下的输出功率 78

4.5 自发辐射对输出的影响 80

习题 83

5.1.1　调Q物理过程 85

5.1.2　调Q激光器的输出功率 85

第5章　脉冲激射与弛豫振荡 85

5.1　调Q激光器 85

5.1.3　输出脉冲的时间特性 88

5.2　Q突变技术 92

5.2.1　转镜调Q 92

5.2.2　声光调Q 92

5.2.3　染料调Q 93

5.2.4　电光调Q 93

5.3　激光器的自调Q-弛豫振荡 94

5.3.1　弛豫振荡过程 94

5.3.2 自调Q的定量分析 96

5.4.2　锁模激光器原理 98

5.4.1　均匀与非均匀系统的振荡模式 98

5.4　锁模激光器 98

5.5　超短光脉冲的测量 102

5.5.1　双光子荧光法 102

5.5.2　二次谐波自相关法 103

习题 105

第6章　半导体光源 108

6.1　半导体基础知识 108

6.1.1　半导体单晶的晶格点阵 108

6.1.2　半导体的能带结构 110

6.1.3　费米-狄拉克能量分布律 112

6.1.4　pn结 113

6.1.5　多元半导体固溶体 115

6.2.1　场致发光 116

6.2　半导体激光器的基本原理 116

6.2.2　LD的激光振荡条件 117

6.2.3　LD的输出功率 119

6.3　半导体激光器的特性 120

6.3.1　LD性能的总体评价 120

6.3.2　LD的模式特性 121

6.3.3 LD的远场特性 123

6.3.4 LD的热稳定性 124

6.3.5 LD的退化与失效 127

6.4 半导体光源的实用结构 128

6.4.1　异质结（Heterojunction） 128

6.4.2　掩埋条形（Buried Strip） 130

6.4.3　波纹光栅-分布反馈 131

6.4.4　量子阱、应变量子阱与超晶格 132

6.4.5　复合波导结构 135

6.4.6　发光二极管（LED） 137

6.4.7　光发送模块 137

习题 138

第7章　光载波调制 141

7.1　光载波调制综述 141

7.1.1　光载波调制的特点 141

7.1.2　相干光通信的困难 142

7.2　直接光强调制（内调制） 145

7.2.1 内调制光发送机 145

7.2.2　内调制的消光比及其规范 147

7.3　频率啁啾（chirp）效应 148

7.3.1 频率啁啾及其观测 148

7.3.2　频率啁啾的定量分析 151

7.4　电光调制器 154

7.4.1 电光效应 154

7.4.2　电光振幅调制 162

7.4.3　电光相位调制 165

7.4.4　电光调制的频率特性 166

7.5　MZI和EA外调制器 171

7.5.1　MZI光调制器 171

7.5.2　EA光调制器 177

习题 181

第8章　光信号放大 183

8.1　半导体光放大器综述 183

8.2 SOA的特性 185

8.2.1 小信号增益和增益带宽 185

8.2.2　增益饱和 186

8.2.3 SOA对信号偏振态的敏感性 188

8.2.4 SOA的噪声 191

8.3 SOA的新结构 194

8.3.1　锥形有源区 194

8.3.2　非均匀量子阱 195

8.3.3 薄型MQW 195

8.4　光纤放大器综述 197

8.4.1　拉曼光纤放大器（FRA） 197

8.4.2　布里渊光纤放大器（FBA） 198

8.4.3　掺质光纤放大器（FDA） 199

8.5　掺铒光纤放大器 200

8.5.1　EDFA的泵浦与Er3＋的能级结构 200

8.5.2　EDFA的增益与增益带宽 201

8.5.3 EDFA的功率饱和及噪声特性 202

8.5.4　F基、Te基和Bi基EDFA 203

8.5.5　EDFA的应用 207

8.6 1.3 μm和S波段FOA 210

8.6.1 PDFA 211

8.6.2 TDFA 214

8.7 拉曼光纤放大器 215

8.7.1 从FRA到D-RAT 215

8.7.2 DRA的组成与特性 216

8.7.3 DRA与EDFA联合使用 218

习题 220

第9章 光电检测 222

9.1 光电检测器的性能参数 222

9.1.1 半导体光-电转换机理 222

9.1.2 光电检测器的性能参数 223

9.2　光电检测器的噪声理论 228

9.2.1　PD的噪声源 228

9.2.2　卡森定理 230

9.2.3　热噪声 231

9.2.4　产生-复合噪声 233

9.2.5　散粒噪声 234

9.3　光电导 236

9.3.1　光电导的直接检测原理 236

9.3.2　相干检测原理 239

9.4　p-i-n光电检测器 242

9.4.1　pin-PD的结构与性能 242

9.4.2　pin光接收机的灵敏度 244

9.5.1　APD的倍增 247

9.5　APD光电检测器 247

9.5.2　雪崩噪声 251

9.5.3　APD的管芯结构 256

9.5.4　APD光接收机的灵敏度 261

习题 263

第10章　光纤传输 265

10.1　光纤的结构、分类和特性参数 265

10.1.1　光纤的结构 265

10.1.2　光纤的分类 266

10.1.3　光纤的传输特性 267

10.2　光纤的模场理论 269

10.2.1　传输模式的几何光学描述 269

10.2.2　SI光纤的场解 271

10.2.3　特征方程与模式截止条件 275

10.2.4　模式的命名和模场图 279

10.3　光纤的色散理论 284

10.3.1　色散机理 284

10.3.2　光纤色散特性的定量描述 285

10.3.3　色散补偿技术 292

10.4　光纤的非线性 296

10.4.1　非线性概念 296

10.4.2　SBS、SRS与XPM的产生门限和抑制方法 297

10.4.3 四波混频原理 299

10.4.4 自相位调制原理及其色散补偿能力 301

10.5　塑料光纤 305

10.5.1　塑料光纤的研究现状与应用前景 305

10.5.2　塑料光纤的制作技术 307

10.5.3　POF的损耗机理 309

习题 312

第11章　光孤子 314

11.1　孤子概述 314

11.2　光孤子形成的机理 315

11.3　光纤光孤子传输方程与光孤子特征 318

11.3.1　光孤子传输方程 318

11.3.2　基态孤子和高阶孤子的基本特征 323

11.4　光孤子产生的条件及能量的损耗与补充 327

11.5　光孤子的应用 329

习题 332

附录A　密度矩阵 333

附录B　辐射场量子化 337

附录C　本书使用的英语缩写 341

参考文献 344