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第0章 绪论 1

第1章 光波导原理与器件概述 3

1.1导波光学的发展 4

1.1.1导波光学基本概念 4

1.1.2导波光学产生及发展过程 4

1.2导波光学系统构成及优点 7

1.2.1导波光学系统构成 8

1.2.2导波光学系统优点 8

1.3光波导器件的进展 9

1.3.1光波导宽带光调制器 9

1.3.2光波导开关 9

1.3.3光波导频谱分析器 11

1.3.4高密度信息读取器 12

1.4光波导技术研究热点和发展趋势 14

1.4.1光波导技术的研究热点 14

1.4.2光波导技术的发展趋势 15

小结 16

习题 16

第2章 光波导的理论基础 17

2.1光波导种类 17

2.1.1按形状分 18

2.1.2按折射率分布分 18

2.2光波导的射线光学理论 19

2.2.1平面（板）光波导简介 19

2.2.2射线光学模型 19

2.2.3光人射到介质界面处的基本定律 20

2.2.4全反射时的相移 21

2.2.5平面光波导的导模 22

2.2.6模式本征方程的图解 24

2.2.7应用实例 26

2.3古斯-汉欣线移和有效厚度原理 27

2.3.1古斯-汉欣线移 28

2.3.2有效厚度 29

2.4光波导的电磁理论 29

2.4.1电磁过程的基本方程 30

2.4.2平面光波导中的亥姆霍兹方程 32

2.5折射率突变光波导的基本解 36

2.5.1 TE导模的场分布 37

2.5.2模式本征方程 37

2.6折射率渐变光波导的基本解 39

2.6.1平方律折射率分布 39

2.6.2指数律折射率分布 40

2.7条形介质光波导的基本解 42

2.7.1马卡提里近似 42

2.7.2 EXm.n模式分析 43

2.7.3 Eym.n模式分析 46

2.7.4有效折射律法 47

2.8圆柱形介质光波导的基本解 49

2.8.1光纤导模的基本解 49

2.8.2导引模的截止条件 51

小结 52

习题 52

第3章 光波导元器件和传感器 55

3.1光路变换器 55

3.1.1光波导棱镜 56

3.1.2端面反射镜 56

3.1.3弯曲光波导 56

3.2功率分配器 58

3.2.1单模光波导型功率分配器 58

3.2.2多模光波导型功率分配器 61

3.3光波导偏振器 62

3.3.1金属包层 63

3.3.2各向异性晶体 63

3.4模分割器和模变换器 64

3.4.1方向耦合器型模分割器 64

3.4.2三层结构分支光波导 65

3.4.3 Y形分支光波导模分割器 66

3.4.4模变换器 66

3.5光波导型透镜 67

3.5.1模折射率透镜 67

3.5.2短程透镜 68

3.5.3费涅耳透镜 70

3.5.4微透镜阵列 71

3.6光波导传感器 72

3.6.1光波导温度传感器 72

3.6.2光波导压力传感器 73

3.6.3光波导微位移传感器 74

3.6.4光波导振动传感器 74

小结 75

习题 75

第4章 光波导的制备技术 76

4.1光波导制作概述 76

4.1.1光波导导光薄膜材料 76

4.1.2光波导制作难点 77

4.1.3材料与制作技术 77

4.1.4光波导的结构、制作方法和特性 78

4.2光波导衬底材料及加工 80

4.2.1光波导衬底材料 80

4.2.2衬底材料的加工 81

4.3无源材料光波导的制备技术 82

4.3.1淀积技术 83

4.3.2置换技术 85

4.4有源材料光波导制备技术 87

4.4.1外延生长技术 87

4.4.2减少载流子浓度技术 91

4.5光路几何图形的加工工艺 93

4.5.1集成光路设计和加工工艺 94

4.5.2光路几何图形设计和加工工艺 94

4.6光刻技术 95

4.6.1光致抗蚀剂 95

4.6.2涂布抗蚀剂 96

4.6.3曝光方式 96

4.6.4显影和坚膜 96

4.6.5脱膜和腐蚀 97

4.7电子束扫描曝光法 98

4.7.1电子束致抗蚀剂 98

4.7.2电子束扫描曝光系统构成和特点 98

4.8光波导加工技术 99

4.8.1脱膜法 99

4.8.2腐蚀法 100

4.9条形光波导的制作方法 104

4.9.1条形光波导的结构及制作方法 104

4.9.2埋人型条形光波导的制作工艺流程 105

4.9.3脊型条形光波导的制作工艺流程 105

4.9.4加载型条形光波导的制作工艺流程 106

4.10条形玻璃光波导的制作 107

4.10.1埋人型条形玻璃光波导 107

4.10.2脊型玻璃光波导 109

4.10.3加载型玻璃光波导 110

4.11条形LiNbO3光波导的制作 111

4.11.1 Ti扩散LiNbO3光波导 111

4.11.2质子交换LiNbO3光波导 113

4.11.3 LiNbO3光波导电极的制作 113

小结 116

习题 116

第5章 光波导耦合理论与耦合器 118

5.1光波导耦合的基本理论 118

5.1.1模式耦合方程 119

5.1.2光波导耦合的微扰理论 119

5.2导模与辐射模的耦合 125

5.2.1导模与辐射模耦合分析 125

5.2.2输出耦合 126

5.2.3输人耦合 126

5.3棱镜耦合器 127

5.3.1棱镜耦合器的工作原理 127

5.3.2棱镜耦合实验 130

5.4光栅耦合器 132

5.4.1光栅耦合器的工作原理 132

5.4.2光栅耦合形成导波的条件 133

5.4.3光栅的制作方法 136

5.5楔形光波导耦合器 138

5.5.1楔形光波导耦合器的工作原理 138

5.5.2楔形耦合模型 139

5.6光波导耦合的其他方法 140

5.6.1直接聚焦耦合 140

5.6.2直接对接耦合 141

小结 142

习题 142

第6章 光调制和光波导调制器 144

6.1光波导调制技术概述 144

6.1.1几个基本概念 144

6.1.2光调制的评价指标 145

6.2调制光的光谱分析 147

6.2.1调幅光频信号频谱 147

6.2.2频率调制的频谱 148

6.2.3相位调制的频谱 149

6.2.4强度调制的频谱 150

6.2.5脉冲调制的频谱 151

6.3电光调制技术 152

6.3.1几个基本概念 152

6.3.2线性电光效应 153

6.3.3电光相位调制 156

6.3.4电光强度调制 157

6.3.5电光高频调制 158

6.3.6行波电光调制 159

6.3.7电光偏转 160

6.4声光调制技术 162

6.4.1几个基本概念 162

6.4.2拉曼-奈斯衍射 163

6.4.3布拉格衍射 165

6.4.4声光调制器 167

6.4.5声光偏转 168

6.5光波导调制器 169

6.5.1基本机理 170

6.5.2电光波导调制器 170

6.5.3声光波导调制器 173

小结 176

习题 176

第7章 光纤和光纤技术 178

7.1光纤产生及应用 178

7.1.1光纤初始阶段 179

7.1.2光纤实用阶段 179

7.2光纤的种类和结构 180

7.2.1光纤的种类 180

7.2.2光纤的结构 182

7.3光纤的制作技术 183

7.3.1光纤材料 183

7.3.2光纤预制棒制备 183

7.3.3光纤拉丝 186

7.3.4光纤涂覆 189

7.4折射率突变光纤的光线理论分析 192

7.4.1光纤中的光线 192

7.4.2光纤的数值孔径 193

7.4.3子午光线的时延差 194

7.5折射率渐变光纤的光线理论分析 195

7.5.1平方律光纤（自聚焦光纤） 195

7.5.2光线在光纤中的传播轨迹 196

7.6光纤的损耗 198

7.6.1吸收损耗 198

7.6.2散射损耗 199

7.7光纤的色散 200

7.7.1光纤色散的种类 200

7.7.2光波导色散 201

7.7.3多模色散 202

7.7.4材料色散 202

7.8光纤传感技术 203

7.8.1光纤传感器的基本原理 203

7.8.2光纤传感器的优点 204

7.8.3光纤传感器的种类 204

7.9光纤通信技术 205

7.9.1光通信技术的基本原理 206

7.9.2光纤通信的特点 207

小结 209

习题 209

附录A常用术语 211

附录B习题参考答案 219

参考文献 221