光通信中的电磁场与波基础PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1电磁频谱 1

1.2电磁辐射 2

1.2.1时变电磁场激发 2

1.2.2电偶极子的辐射场 4

1.2.3天线的方向性 5

1.3无线电波传播 7

1.3.1地面波传播 8

1.3.2天波传播 8

1.3.3视线传播 10

1.4光纤通信 11

1.4.1光学理论体系 11

1.4.2通信系统组成 11

1.4.3数字光纤通信系统 13

1.4.4光纤通信关键技术 14

1.5本书内容安排 16

第2章 电磁场的基本规律 19

2.1电磁场的基本定律 19

2.1.1电荷守恒定律 19

2.1.2库仑定律 20

2.1.3安培定律 21

2.1.4法拉第电磁感应定律 22

2.2媒质的电磁特性 23

2.2.1电介质的极化 23

2.2.2磁介质的磁化 24

2.2.3导电媒质的传导特性 26

2.3麦克斯韦方程组 26

2.3.1矢量场的亥姆霍兹定理 27

2.3.2积分形式 27

2.3.3微分形式 28

2.3.4两种形式之间的转换 28

2.4电磁场的边界条件 29

2.4.1边界条件的一般形式 29

2.4.2理想导体的边界条件 30

2.4.3理想介质的边界条件 30

2.4.4导电媒质的边界条件 31

2.5静态电磁场特性 31

2.5.1静电场 31

2.5.2恒定电场 34

2.5.3恒定磁场 35

2.6电磁场的唯一性定理 36

2.6.1静态场的唯一性定理 36

2.6.2时变场的唯一性定理 37

2.7典型例题分析 37

第3章 电磁波的基本特性 42

3.1电磁波的波动方程 42

3.1.1各向同性介质情形 42

3.1.2电极化微扰情形 43

3.2电磁能量守恒定理 43

3.3时谐电磁场的复数表示 44

3.4均匀平面电磁波 45

3.5电磁波的极化特性 46

3.5.1极化的概念 46

3.5.2光偏振态的琼斯矢量表示 50

3.5.3斯托克斯参量与邦加球 51

3.6典型例题分析 52

第4章 电磁波的损耗和色散 54

4.1电磁波的损耗特性 54

4.1.1媒质损耗的分类 54

4.1.2平均坡印亭矢量定理 55

4.1.3导电媒质中的均匀平面波 55

4.2电磁波的色散特性 57

4.3光纤的损耗和色散 59

4.3.1光纤损耗谱曲线 60

4.3.2光纤的色散类型 61

4.4典型例题分析 64

第5章 电磁波的反射与透射 68

5.1反射与透射的一般规律 68

5.1.1反射定律与折射定律 68

5.1.2斜入射情形的菲涅尔公式 69

5.1.3半波损失、全反射和全透射 70

5.2垂直入射到分界面的情形 72

5.2.1导电媒质分界面 73

5.2.2理想导体分界面 73

5.2.3理想介质分界面 74

5.2.4三层介质分界面 75

5.3晶体的双折射 77

5.3.1折射率椭球 77

5.3.2双折射现象 77

5.3.3各向异性传播特性 79

5.4典型例题分析 80

第6章 导波系统的电磁场分析 83

6.1均匀导波系统 83

6.1.1导波系统分类 83

6.1.2导行电磁波的波形 84

6.2矩形金属波导管 87

6.2.1电磁场的模式分布 87

6.2.2导波传播特性 90

6.2.3模式的截止特性 91

6.2.4矩形波导的传输功率 93

6.3平板介质波导 93

6.3.1 TE波的色散方程和场解 94

6.3.2 TM波的色散方程和场解 96

6.3.3光导模的截止厚度 97

6.3.4本征模式的正交归一化 97

6.4矩形介质波导 99

6.5等效折射率方法 101

6.5.1色散方程的几何光学分析 101

6.5.2等效折射率方法的处理步骤 102

6.6典型例题分析 103

第7章 光谐振器件 105

7.1谐振腔的Q值 105

7.2光学谐振腔 108

7.3 F-P腔光滤波器 110

7.3.1光滤波器透射特性 110

7.3.2光时钟提取功能 111

7.4环形谐振器 113

7.4.1环形谐振腔结构 113

7.4.2环形谐振器的串联 115

7.5典型例题分析 117

第8章 光纤的导光原理 119

8.1光纤的结构 119

8.2 ITU-T标准光纤 121

8.3光纤的电磁场分析 121

8.3.1光纤中的导波光场 121

8.3.2光纤特征方程与模式 124

8.3.3弱导近似下的LP模 125

8.3.4单模传输条件 126

8.4多模光纤的几何光学分析 127

8.4.1阶跃型多模光纤 128

8.4.2渐变型多模光纤 129

第9章 耦合模理论及其应用 132

9.1耦合模微扰方程 132

9.1.1频域微扰波动方程 132

9.1.2导波光的耦合模方程 134

9.2光纤耦合器 137

9.3光纤光栅 138

9.3.1光纤光栅分类与制作 139

9.3.2光纤光栅的耦合模分析 142

9.3.3两种光纤光栅的比较 144

9.4电光调制器 145

9.4.1线性电光效应 145

9.4.2铌酸锂光调制器 147

9.5磁光器件 148

9.5.1磁光效应的介电系数张量 148

9.5.2 磁光耦合模方程 150

9.5.3光隔离器工作原理 151

第10章 多层介质的转移矩阵法 154

10.1导波光的横向场量表示 154

10.2介质层的转移矩阵 156

10.2.1非磁性介质层 156

10.2.2磁光介质层 158

10.2.3转移矩阵的归一化表示 159

10.3反射率和透射率的计算 160

第11章 光学非线性效应 163

11.1光纤的非线性极化 163

11.2克尔非线性薛定谔方程 164

11.3光纤的非线性效应 165

11.3.1自相位调制 165

11.3.2交叉相位调制 166

11.3.3四波混频参量过程 167

11.3.4受激拉曼散射 169

11.3.5受激布里渊散射 171

11.4多种效应作用下的耦合模方程 172

11.4.1通用形式的耦合模方程 172

11.4.2硅波导的非线性效应 173

第12章 数值计算方法 175

12.1时域有限差分法 175

12.1.1常用的差分格式 176

12.1.2低维波导中的麦克斯韦方程 177

12.1.3时域有限差分方程及其求解 178

12.1.4数值求解的稳定性 180

12.1.5吸收边界条件 181

12.2光束传播法 182

12.2.1非均匀介质中的亥姆霍兹方程 183

12.2.2慢变包络近似下的BPM公式 183

12.2.3 BPM的数值计算模型 185

12.2.4透明边界条件 187

12.3对称分步傅里叶变换法 188

参考文献 191