光纤与光器件的测量理论与实验 上PDF电子书下载

第一章 理想多模光纤中光的传播 1

1.1 电磁模型的概述 1

1.1.1 一般考虑 2

1.1.2 圆阶跃型光纤的精确的电磁理论 5

1.1.3 导模总数的近似评价 7

1.1.4 渐变型光纤的WKB近似解 9

1.2 几何光学模型 11

1.2.1 阶跃型光纤中的光接收角 12

1.2.2 模式和光线间的对应关系 15

1.2.3 渐变型光纤中的光接收角 17

1.2.4 不均匀媒质中的普通几何光学 19

1.2.5 运动恒量 22

1.2.6 光线跟踪 25

1.2.7 光线域 28

1.2.8 辐射定律 30

1.2.9 光线分布 32

1.2.10 域（r1,01） 34

1.3 模间色散 38

1.3.1 阶跃型光纤中的时间色散 38

1.3.2 α分布 42

1.3.3 α分布的WKB近似 45

1.3.4 漏泄模的影响 51

1.3.5 α分布测量用的几何光学法 52

1.3.6 均方根脉冲 58

1.3.7 注入条件的简化描述 61

1.3.8 注入条件的影响 63

1.3.9 不理想分布的影响 65

1.3.10 光纤链路中时间色散的补偿效果 71

1.4 模间时间色散 72

1.4.1 材料色散存在时的群延时 72

1.4.2 光源谱宽有限扩展的影响 74

1.4.3 零材料色散波长 76

1.4.4 总时间色散 77

1.4.5 材料色散存在时的最佳折射率分布 79

1.4.6 线性折射率分布的色散 82

1.4.7 非线性折射率分布的色散 84

第二章 实际光纤 86

2.1 固有衰减 86

2.1.1 固有衰减的起因 87

2.1.2 吸收损耗 89

2.1.3 散射损耗 92

2.2 光纤微扰 94

2.2.1 光纤微扰的种类 95

2.2.2 研究光纤微扰的电磁法概述 97

2.2.3 研究纤芯直径波动的几何光学法 98

2.2.4 研究微弯的几何光学法 104

2.2.5 电磁模型中的光功率流方程 111

2.2.6 几何光学模型中的光功率流方程 115

2.2.7 光功率流方程的解 118

2.2.8 与时间有关的方程 121

2.3 微扰光纤的传输特性 122

2.3.1 与时间无关的方程的精确解 122

2.3.2 与时间有关的方程的微扰解 127

2.3.3 达到稳态时衰减系数的演变情况 131

2.3.4 达到稳态时基带响应的演变情况 133

2.3.5 成缆工艺的最佳化 137

2.4 接头的影响 140

2.4.1 固定接头和连接器 140

2.4.2 连接器的精确电磁模型 142

2.4.3 连接器的线性模型 145

2.4.4 研究串接光纤的矩阵法 147

2.4.5 两根无微扰光纤之间的连接器功率损耗 149

2.4.6 两根微扰光纤之间的连接器功率损耗 154

2.4.7 连接器时间色散特性的概述 156

第三章 换能器 158

3.1 光源 158

3.1.1 平行光束激光器 159

3.1.2 顶发光二极管 162

3.1.3 边发光二极管 165

3.1.4 激光二极管 166

3.1.5 激光发射的某些缺陷 169

3.1.6 激光器的结构 173

3.1.7 发光二极管和激光二极管的光谱特性 174

3.1.8 发光二极管和激光二极管的调制特性 175

3.2 光电检测器 177

3.2.1 对现有的光电检测器的评述 178

3.2.2 太阳能电池和PIN光电二极管 180

3.2.3 雪崩光电二极管（APD） 184

3.2.4 有关光电二极管噪声的某些考虑 185

3.2.5 光电二极管的光谱特性 190

3.2.6 光电二极管的调制特性 192

第四章 传输系统 195

4.1 采用强度调制的传输系统 195

4.1.1 发光二极管和激光器驱动器 196

4.1.2 前端的种类 197

4.1.3 模拟接收器 201

4.1.4 数字接收器 202

4.1.5 均衡 204

4.1.6 强度调制系统的传输容量和中继器间距的极限 208

4.2 相干传输系统 208

4.2.1 相干系统与常规系统比较所具有的优点 209

4.2.2 实用相干传输系统的主要问题 211

第五章 扫描测量 212

5.1 光纤的扫描测量 212

5.1.1 绕射限制 213

5.1.2 光学设备 213

5.1.3 微分模衰减测量 216

5.1.4 微分模延时测量 217

5.1.5 研究模式耦合效应的间接测量 217

5.1.6 域（r1,01）的优点 220

5.2 换能器的扫描测量 223

5.2.1 发光二极管和激光二极管的扫描测量 224

5.2.2 光电二极管的扫描测量 225

第六章 换能器的测量 227

6.1 积分测量 227

6.1.1 发光二极管和激光二极管的电特性 228

6.1.2 电光换能及其基带响应的测量 230

6.1.3 光电二极管的电特性的表征 233

6.1.4 响应度及其基带响应的测量 235

6.1.5 激光二极管可靠性试验 236

6.2 微分测量 237

6.2.1 发光二极管和激光二极管的发光功率的光谱分布测量 238

6.2.2 发光二极管和激光二极管的近场图和远场图的测量 240

6.2.3 发光二极管发光的空间相对延时的测量 243

6.2.4 辐射范围和发光的空间相对延时的理论模型 244

6.2.5 激光二极管和发光二极管的光谱和几何参数的微分测量 249

6.2.6 光谱和响应度与几何形状的关系的测量 253

第七章 折射率分布测量 256

7.1 光纤的折射率分布测量 256

7.1.1 近场扫描技术 257

7.1.2 折射率近场扫描技术 260

7.1.3 切片干涉测量技术 262

7.1.4 反射法 263

7.1.5 横向干涉测量技术 264

7.1.6 横向聚焦技术 266

7.1.7 其它方法的简单述评 267

7.1.8 比较结果讨论 268

7.2 预制件折射率分布测量 270

7.2.1 也可适用于光纤折射率分布的折量技术 270

7.2.2 光线跟踪 271

7.2.3 光纤及其原始的预制件之间的比较 272

第八章 几何参数的测量 274

8.1 光纤截面的测量 274

8.1.1 光纤端面的直接检查 275

8.1.2 近场技术 276

8.1.3 外径测量 278

8.1.4 光纤外表的椭圆度测量 280

8.1.5 数值孔径的测量 282

8.2 光纤长度测量 282

8.2.1 采用后向散射法测量光纤长度 283

8.2.2 采用锁定放大器的光纤长度测量 284

第九章 衰减测量 286

9.1 现有技术的评述 287

9.1.1 截断法 287

9.1.2 后向散射技术（OTDR） 291

9.1.3 工艺测量 294

9.1.4 横向散射检测法测量总损耗 298

9.1.5 插入损耗的测量 299

9.1.6 接头损耗测量 299

9.1.7 光纤制造时的在线测量 302

9.2 截断法的讨论 303

9.2.1 光束注入器和搅模器 303

9.2.2 截断法测量的精度 305

9.2.3 光谱损耗测量 309

9.2.4 改变注入条件所进行的测量 312

9.3 有关后向散射的讨论 315

9.3.1 注入技术 316

9.3.2 光线的后向散射功率的分布 318

9.3.3 光纤参数波动的影响 321

9.3.4 局部附加损耗的测量 324

9.3.5 后向散射测量中各种噪声源的分布 326

9.3.6 动态范围的限制 329

9.3.7 后向散射测量的精度 333

9.3.8 光频域反射测量技术的概述 335

9.4 微分模衰减测量 336

9.4.1 阶跃型光纤的微分模衰减的测量 336

9.4.2 渐变型光纤的微分模衰减的测量 337

9.4.3 微分模衰减测量精度的讨论 339

第十章 时间色散测量 343

10.1 一般考虑 344

10.1.1 时间色散测量的实验结果的外推法 344

10.1.2 时域测量 346

10.1.3 频域测量 350

10.1.4 模间色散测量 352

10.1.5 材料色散测量 354

10.1.6 折射率分布色散的实验评价 359

10.2 时域测量的讨论 361

10.2.1 时域测量不确定性的主要原因 362

10.2.2 采用锁相放大器提高信噪比 367

10.2.3 采用检测程序以减小总的不确定性 368

10.2.4 有效输入脉冲的评价 369

10.3 频域测量的讨论 370

10.3.1 光纤的传递函数 370

10.3.2 频域测量中不确定性的主要原因 373

10.3.3 改善最大动态范围的方法 375

10.3.4 用希耳伯特变换评价相位响应 376

10.3.5 相位响应的直接测量 377

10.3.6 频域测量的总精度 379

10.4 微分模（式）延时（DMD）测量 382

10.4.1 DMD测量的目的 382

10.4.2 阶跃型光纤的DMD测量 385

10.4.3 渐变型光纤的DMD测量 386

10.4.4 微分模延时测量精度的讨论 388

第十一章 模式耦合现象的间接测试 390

11.1 根据模式幅值功率分布进行的测试 390

11.1.1 选择激励状态下模式幅值功率分布的测量 391

11.1.2 稳态下模式功率的幅值功率分布的测量 392

11.2 根据模式功率的幅值延时分布进行的测试 393

11.2.1 测量与模式有关的衰减以及耦合系数时用的理论模型 393

11.2.2 对与模式有关的衰减和耦合系数进行的测量 396

11.2.3 在有模式耦合的时候用于间接评价光纤基带响应的理论模型 397

11.2.4 在有模式耦合存在的情况下，用间接测试法对光纤基带响应进行的测量 401

第十二章 单模光纤的测量 405

12.1 单模光纤的折射率分布和几何参数的测量 405

12.1.1 单模光纤的折射率分布测量 404

12.1.2 截止波长测量 405

12.1.3 单模模斑尺寸测量 408

12.1.4 等效阶跃折射率分布测量 409

12.1.5 单模光纤纤芯—包层同心度和纤芯椭圆度的测量 410

12.1.6 单模光纤数值孔径NA的测量 411

12.2 单模光纤的传输测量 411

12.2.1 单模光纤的衰减测量 412

12.2.2 单模光纤的时间色散测量 414

附录一 光纤测量中的光学仪器 416

1.a 单色仪 416

1.b 光调制器 420

1.c 显微镜物镜 321

1.d 光定向耦合物 422

附录二 光纤测量中常用的电子仪表 424

2.a 锁定放大器和遮光器 424

2.b Boxcar积分器 426

附录三 光纤端面的制备 428

3.a 光纤切断法 428

3.b 光纤断裂角度的检查方法 429