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1章　概说 1

1.1 前言 1

1.2 从烽火到光纤维通信 1

1.2.1 利用视认的光通信 1

1.2.2 电气通信技术的高周波化 3

1.2.3　光传送路的摸索 4

1.2.4　光纤维的问世 6

1.3 光纤维的特色 8

1.4 结语 9

1.5 本书的目的与构成 9

练习题 10

2章 基本概念 11

2.1 前言 11

2.2 波动光学的基础 11

2.2.1 Maxwell的方程式 11

2.2.2　波动方程式 12

2.2.3 传播常数 13

2.2.4 在Z方向前进的平面波 14

2.2.5 导波路的分类（表面波的概念） 15

2.2.6 传送功率 17

2.2.8 k—β图表 18

2.2.7 相位速度与群速度 18

2.2.9　偏光（偏波） 19

2.3 光纤维的种类与分散特性 21

2.3.1 多模态光纤维与单一模态光纤维 21

2.3.2 在光纤维的分散 22

2.3.3 各种分散大小的比较 24

2.3.4 不均匀芯光纤维 24

2.3.5 在单一模态光纤维的材料分散与导波路分散的抵销 26

2.3.6　纽旋单一模态光纤维 26

2.3.7 单一偏波单一模态光纤维 26

2.4.1　损失的原因 27

2.4 光纤维的传送损失 27

2.4.2 实际光纤维损失的波长特性 28

2.5 光纤维的制造法 28

2.5.1　制造法的种类 29

2.5.2　二重坩埚法 29

2.5.3 MCVD法 30

2.5.4 VAD法 30

练习题 31

3.1 前言 32

3章　以光线理论解析光纤维 32

3.2 以光线理论讨论均匀芯部光纤维 33

3.2.1 均匀芯部光纤维中的光线种类 33

3.2.2 子午光线的解析 34

3.2.3　开口数 35

3.2.4 子午光线的分散 35

3.2.5 斜光线的解析 36

3.2.6 Goos-Hanchen偏移 37

3.3 光线理论的基本方程式 38

3.3.1 不均匀媒质中的光线理论 38

3.3.2 Eikonol方程式 39

3.3.3 光线方程式 41

3.4 以光线理论讨论不均匀芯部光纤维 43

3.4.1 不均匀芯部光纤维中的光线种类 43

3.4.2　基本方程式 44

3.4.3　解的实例（Ⅰ）——子午光线 45

3.4.4 与均匀芯部的场合比较 48

3.4.5 解的实例（Ⅱ）——螺旋光线 48

3.5 结语 49

练习题 50

4.2 基本方程式的导出 51

4章　以波动论理解析均匀芯部光纤维 51

4.1 前言 51

4.2.1 在直角座标系的波动方程式 52

4.2.2 圆筒座标系的波动方程式 53

4.3 slad光导波路中的波动 54

4.3.1 均匀芯部光纤维与slad光导波路的对应 54

4.3.2 波动方程式的一般解 55

4.3.3　rocore及clad中之解（TE模态） 56

4.3.4 传播特性 58

4.3.5　依据光线理论的解析 58

4.4.1 波动方程式的一般解 60

4.3.6 波动理论与光线理论结果比较 60

4.4 均匀芯部光纤维中的波动 60

4.4.2 芯部及覆层中电磁场的解 62

4.4.3　模态的分类 64

4.4.4 固有方程式（严密解） 65

4.4.5 固有方程式（弱导波近似解） 67

4.4.6 固有方程式的统一形式 68

4.5 均匀芯部光纤维的性质 69

4.5.1 传播模态、放射模态、泄漏模态 69

4.5.2 各模态传播特性的决定 70

4.5.3 模态编号l的意义与遮断周波数 71

4.5.4 LP模态 72

4.5.5 分散曲线 74

4.5.6 多模态光纤维与单一模态光纤维 76

4.5.7　电磁场分布 77

4.6 均匀芯部光纤维的分散特性 81

4.6.1 分散的要因 82

4.6.2 表示群迟延的式子 82

4.6.4 波长分散 84

4.6.3 多模态分散 84

4.6.5 导波路分散 85

4.6.6 材料分散 86

4.6.7 偏波分散 88

4.6.8 各种分散的大小比较 88

4.7 结语 89

练习题 90

5章　以波动理论解析不均匀芯部光纤维 91

5.1 前言 91

5.2.1 基本方程式的导出 92

5.2 在不均匀芯部光纤维的基本方程式与模态的概念 92

5.2.2 向量波动方程式与无向量波动方程式 94

5.2.3 在圆筒座标系的无向量波动方程式 95

5.2.4 对各模态的波动方程式与其解 96

5.2.5 无向量波动方程式与LP模态的概念 104

5.2.6 轴方向及横方向电磁场函数的关系 104

5.2.7 边界条件 106

5.2.8　无向量波解析 107

5.3.1 基本概念 108

5.3 以WKB法解析不均匀芯部光纤维 108

5.2.9 向量波解析 108

5.3.2 以WKB法解析传播模态 111

5.3.3 WKB近似解的精度 114

5.3.4 在转回点附近的解 114

5.3.5 解的连接与固有方程式的导出 116

5.3.6　以WKB法解析泄漏模态 117

5.4 依据WKB法解析计算多模态光纤维的传播特性 119

5.4.1　传播模态数 119

5.4.2 群迟延与α的最适值 123

5.4.3 脉冲响应 124

5.5.1 变换为变分问题 127

5.5 以Rayleigh-Ritz法解析不均匀芯部光纤维 127

5.5.2 固有方程式 129

5.5.3 固有方程式的数值解析 131

5.5.4　群迟延 133

5.6 以幂级数展开法解析α次方分布光纤维 135

5.6.1 概说 135

5.6.2　沟形或阶形的α次方分布 135

5.6.3 固有方程式的导出 136

5.6.4　遮断条件 138

5.6.6　传播特性的计算结果 139

5.6.5　群迟延 139

5.7 多模态光纤维最适折射率分布的启示 144

5.7.1 α及ρ的最适值 144

5.7.2 在芯部—覆层交界的折射率分布之沟形效果 145

5.8 以有限要素法解析不均匀芯部光纤维 147

5.8.1 概说 147

5.8.2 往变分形式的定式化 147

5.8.3 变分问题用有限要素法的解法 149

5.8.4　无向量波近似 152

5.8.5 无向量波近似法造成的误差 153

5.9.2　基本方程式 155

5.9 以阶段近似法解析不均匀芯部光纤维 155

5.9.1 概说 155

5.9.3　固有方程式 158

5.9.4　电磁场成分的计算 159

5.9.5　群迟延 160

5.10 结语 160

练习题 160

6章　非轴对称光纤维的解析 162

6.1 前言 163

6.2 单一偏波纤维的种类与特性 163

6.2.1 单一直线偏波纤维 164

6.2.2 单一圆偏波纤维 166

6.3 椭圆芯部光纤维的解析 167

6.3.1　各种解析法 167

6.3.2　解析法的概观 167

6.3.3　解析结果之例 167

6.4 有非轴对称折射率分布的光纤维之有限要素法解析 169

6.4.1 概说 169

6.4.2 二次元有限要素法的定式化 169

6.4.3　固有方程式 171

6.4.4 数值计算例（计算精度的检讨） 174

6.4.5 乱真模态 176

6.4.6 非轴对称折射率分布的计算例 177

6.5 有非轴对称内部应力分布的光纤维之有限要素法解析 177

6.5.1 基本方程式 177

6.5.2 非轴对称光纤维的模态复折射率 179

6.5.3 椭圆芯部光纤维的导波构造复折射率与应力诱起复折射率 180

6.5.4 side-pit光纤维的偏光特性与应力解析 182

6.6 扭曲单一模态光纤维中的光波传播 185

6.6.1 概说 185

6.6.2　无扭曲的状态 185

6.6.3 施加扭曲的状态（不计旋光性的定式化） 186

6.6.4 考虑扭曲所致之旋光性的定式化 188

6.6.5　表示偏波状态的解与计算结果 188

6.7 结语 192

练习题 192

7章　多模态光纤维的特性与设计 193

7.1 前言 193

7.2 α次方分布形多模态的群迟延 194

7.2.1 对α次方折射率分布的群迟延 194

7.2.2 α的最适值 194

7.3 折射率分布与脉冲响应 196

7.3.1 有任意折射率分布之多模态光纤维的脉冲响应 197

7.3.2 理论与实测特性的比较 199

7.3.3 折射率凹陷的影响 201

7.3.4 脉理的影响 201

7.4 最适折射率分布的合成 204

7.4.1 束缚条件 204

7.4.2 以变分法解析光纤维的传播特性 205

7.4.3 多模态分散的指标 207

7.4.4 以Newton-Raphson法修正折射率分散 207

7.4.5 合成的结果 209

7.5 广波长域低分散多模态光纤维的设计 213

7.5.1 基本方程式 213

7.5.2 GeO2-B2O3-SiO2系 216

7.5.3 GeO2-P2O5-SiO2系 219

7.6　结语 221

练习题 221

8章　单一模态光纤维的特性与设计 222

8.1 前言 222

8.2 光纤维的单一模态条件 224

8.2.1 一般式的导出 224

8.2.2 规格化遮断周波数的近似式 225

8.3 单一模态光纤维的分散 227

8.3.1 材料分散与导波路分散 227

8.3.2 零分散波长 228

8.4 W形光纤维 229

8.4.1 W形光纤维的观念 229

8.4.2 固有方程式 230

8.4.3 分散特性 232

8.5 1.55μm带零分散单一模态光纤维 233

8.5.1 构造参数与零分散波长 233

8.5.2 考虑弯曲及连接损失的最适设计 234

8.6 广波长域低分散单一模态光纤维 235

8.6.1 设计用的基本方程式 235

8.6.2 各种单一模态光纤维的导波路分散 237

8.6.3 高折射率差均匀芯部形纤维 238

8.6.4 Ω形光纤维 239

8.6.5 Ω形光纤维的分散特性 241

8.7 单一偏波纤维 242

8.7.1 概说 242

8.7.2 Side pit形纤维 242

8.7.3 Side-tunnel形纤维 245

8.7.4 内部应力形复折射纤维 247

8.7.5 单一圆偏波纤维 248

8.7.6 单一直线偏波纤维与单一圆偏波纤维的优劣比较 248

8.8 结语 249

练习题 250

9章　有不均匀性的光纤维之理论 251

9.1 前言 251

9.2 电力结合方程式 252

9.3.1 基本式 254

9.3 两个模态间的模态变换 254

9.3.2 对单一偏波光纤维的要求 255

9.4 藉多模态光纤维中的模态变换改应分散特性 256

9.4.1　藉模态变换改善分散特性 256

9.4.2　模态的缩退 257

9.4.3　结合方程式 258

9.4.4　脉冲响应 261

9.4.5　脉冲的迟延与脉冲宽度 264

9.5 结语 266

练习题 266

10.1 前言 268

10.2 多模态光纤维的折射率分布测定法 268

10章　光纤维折射率分布的测定法 268

10.2.1 纵方向干涉法 270

10.2.2 横方向干涉法 273

10.2.3 开口数扫瞄法 276

10.2.4 端面反射法 278

10.2.5 集束法 280

10.3 单一模态光纤维的折射率分布测定法 282

10.3.1 散射图形法 283

10.3.2 远方出射图形表 287

10.4 预成形体的折射率分布测定法 289

10.4.1 空间滤光法 290

10.4.2 横方向干涉法的应用 292

10.5 二次元折射率分布测定法 295

10.5.1 用三角mask法测定预成形体的二次元折射率分布 296

10.5.2 用开口数扫瞄法测定预成形体的二次元折射率分布 298

10.5.3 用散射图形法测定单一模态光纤维的二次元折射率分布 299

10.6 结语 301

练习题 301

11.1 前言 303

11.1.1 分散的种类 303

11章　光纤维分散特性的测定 303

11.1.2 分散大小的表示法 304

11.2 分散特性测定法的分类 304

11.3 脉冲法 307

11.3.1 测定系的构成 307

11.3.2 impulse响应的表示 307

11.3.3 impulse响应的简单表示 308

11.3.4 impulse响应的正确计算法—Fourier变换法 309

11.3.5 多模态分散分离测定法 309

11.3.6　梭脉冲法 311

11.3.7 依模态群别测定多模态分散的方法 313

11.4 拂掠调变法 316

11.4.1 测定系的构成 316

11.4.2 全分散测定的实例 317

11.4.3 多模态分离测定法 318

11.5 光谱分析法 318

11.6 用纤维Raman雷射的分散测定法 319

11.6.1 测定系的构成 320

11.6.2 多模态光纤维传送带域的波长依存性测定法 321

11.7 单一模态光纤维的分散测定法 322

11.7.1 波长拂掠测定法 322

11.7.2 用差分法测定分散特性 323

11.7.3 单一偏波纤维的传播常数差△β测定法 325

11.7.4 单一偏波纤维的偏波模态分散测定法 327

11.8 结语 330

练习题 330

12章　光纤维传送损失的测定法与关连测定技术 331

12.1 前言 331

12.2 光纤维传送损失的测定法 332

12.2.1 损失特性测定法的分类 332

12.2.2 分光特性测定法 334

12.2.3 1／λ4线图表示法 335

12.3 光纤维的单一模态条件测定法 337

12.3.1 测定法的原理与分类 337

12.3.2　弯曲损失法 338

12.4 光纤维的障碍点及损失分布的测定法 340

12.4.1 利用反射光的障碍点及损失分布测定的原理 340

12.4.2 Fresnel反射与後方Rayleigh散射的强度 342

12.4.3 SN比的改善法与测定例 344

12.4.4 距离能的改善法与测定例 345

12.5 结语 348

练习题 348

练习题略解 350

附录 363

附录3A.1 式（3.12）的导出 363

附录3A.2 式（3.56）的导出 364

附录3A.3 式（3.78）的导出 366

附录4A.1 圆筒座标系波动方程式的导出 366

附录4A.2 Bessel函数各公式 367

附录5A.1 基本方程式（5.7）～（5.12）的导出 368

附录5A.2 式（5.23）的导出 373

附录5A.3 Airy函数Ai(x),Bi（x）的定义与公式 375

附录5A.4 式（5.136）～（5.139）的导出（常数A～G,？及β1的决定） 376

附录5A.5 式（5.198）的导出 379

附录5A.6 正规化遮断周波数的严密值 380

附录5A.7 泛函数［式（5.242）］妥当性的证明 383

附录5A.8　证明式（5.258）为无向量波动方程式 384

附录6A.1 式（6.56）及式（6.58）的导出 386

附录6A.2 式（6.63）的导出 387

附录9A.1 平方分布光纤维模态的缩退（9.4.2项） 388

附录9A.2 式（9.36）的导出 389

附录9A.3 式（9.39）的稳定解 390

附录10A.1　在韩克尔变换的标本化定理（10.3.1项） 391