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第1章 电磁场理论 1

1.1麦克斯韦方程 1

1.2电磁场边界条件 2

1.3单色平面电磁波 3

1.4坡印亭矢量和传输功率 4

1.5亥姆霍兹方程 5

1.6平面电磁波的反射和折射 6

1.7光的全反射与倏逝波 7

1.8全反射相移与古斯-汉森位移 8

习题 10

第2章 几何光学 11

2.1程函方程 11

2.2光传播路径分析 12

2.2.1光线方程 12

2.2.2光线方程应用举例 12

2.3费马原理 13

习题 14

第3章 光波导几何分析 15

3.1均匀介质薄膜波导 15

3.2折射率渐变薄膜波导中的光线 16

3.3阶跃光纤中的光线 17

3.3.1子午光线 18

3.3.2偏斜光线 19

3.4梯度光纤中的光线 20

3.4.1柱坐标的光线方程 20

3.4.2光线不变量 21

3.4.3光线判据函数 21

3.4.4光线分析 22

3.5传播时延与色散特性 24

3.5.1均匀介质波导的时延差 24

3.5.2折射率渐变介质波导的时延差 25

3.5.3光纤的色散 27

习题 28

第4章 薄膜波导模式理论 30

4.1均匀薄膜波导特征方程 30

4.2薄膜波导电磁场方程 31

4.3 TE模分析 33

4.4 TM模分析 35

4.5导模特性 36

4.5.1导模截止 36

4.5.2导模定则 37

4.5.3导模数量 38

4.5.4单模传输 39

4.5.5截止波长 39

4.5.6归一化参量与薄膜波导色散曲线 40

4.6导模光强和功率 41

4.6.1导模光强 41

4.6.2传输功率 42

习题 43

第5章 三维光波导 44

5.1三维光波导结构 44

5.2马卡提里近似法 45

5.3场方程与形式解 46

5.4 E x mn模特征方程 47

5.5 E x mn模特征方程 49

5.6模式特性 50

5.6.1导模条件与模截止 50

5.6.2单模传输 52

5.6.3截止波长 52

5.6.4矩形波导色散曲线与模场分布 53

5.7有效折射率法 54

5.7.1矩形波导 54

5.7.2脊波导 55

5.7.3条载波导及四层平板波导 56

习题 58

第6章 光纤模式理论 59

6.1光纤的电磁场方程 59

6.2阶跃光纤电磁场方程的矢量解法 61

6.2.1芯区和包层的电磁场 61

6.2.2导模特征方程 64

6.2.3导模分类 64

6.2.4导模截止条件与单模传输 66

6.2.5模色散曲线 71

6.2.6导模电磁场分布 72

6.3光纤的线偏振模 75

6.3.1场的直角分量与场方程的标量解法 75

6.3.2线偏振模及简并度 77

6.3.3 LPmn模的矢量模组成 79

6.3.4 LP模光强和功率 80

6.3.5阶跃多模光纤的导模数量 82

6.4梯度光纤模场分析 83

6.4.1梯度光纤场方程及标量解 83

6.4.2传播常数 86

6.4.3模式群和导模数量 86

习题 87

第7章 电磁场分析的有限元法 89

7.1微分方程边值问题 89

7.1.1边值问题 89

7.1.2 Ritz方法 90

7.1.3 Galerkin方法 91

7.1.4本征值方程 92

7.2有限元分析 92

7.2.1区域离散和单元划分 93

7.2.2线性插值函数与基函数 93

7.2.3单元方程的扩展——全局方程的建立 94

7.2.4二阶单元与基函数 96

7.3光波导模式问题的应用举例 96

7.3.1单元大小对计算结果的影响 96

7.3.2脊波导模场的有限元计算 97

7.3.3伪模 99

习题 99

第8章 模式耦合理论 100

8.1模式的正交性与完备性 100

8.1.1横场方程 100

8.1.2模式的正交性及归一化 101

8.1.3展开式的完备性 103

8.2模耦合方程 103

8.2.1理想正规模式展开的模耦合方程 103

8.2.2本地正规模式展开的模耦合方程 105

8.3模耦合方程的微扰解——双向模耦合 106

习题 107

第9章 无源光器件 108

9.1光纤光栅 108

9.1.1光纤光栅耦合方程 109

9.1.2光纤光栅传输特性 111

9.1.3光纤光栅滤波特性 112

9.2平面波导光栅 114

9.3双波导定向耦合器 117

9.4波分复用/解复用器 120

9.4.1角色散型 120

9.4.2干涉型 122

9.4.3 F-P腔光滤波型 124

9.4.4阵列波导光栅 125

9.5光开关 126

习题 129

第10章 光波导放大器 130

10.1概述 130

10.2铒离子的光谱特性 131

10.2.1 Er3+能级结构 131

10.2.2 Er3+的光致发光机制 133

10.3速率方程 134

10.3.1光放大原理及光泵浦波长 134

10.3.2镱-铒共掺系统的速率方程 136

10.3.3铒离子荧光特性 138

10.3.4粒子数反转 139

10.4光波传输方程 140

10.5放大器增益特性 141

习题 144

第11章 光子晶体波导 146

11.1光子晶体理论 146

11.1.1光子晶体结构与两种晶格 146

11.1.2平面波展开法 149

11.1.3二维光子晶体带隙结构 151

11.2光子晶体波导 153

11.2.1二维光子晶体波导 153

11.2.2二维平板光子晶体波导 154

习题 156

第12章 光波导的制备 157

12.1概述 157

12.2光纤制造 158

12.3薄膜制备 158

12.3.1蒸发法 159

12.3.2直流磁控溅射法 159

12.3.3中频、射频磁控溅射法 160

12.3.4脉冲激光沉积法 160

12.3.5薄膜制备的化学方法 161

12.3.6薄膜的退火 162

12.4薄膜的表征 163

12.4.1 X射线衍射仪 163

12.4.2扫描电镜 164

12.4.3电子探针 165

12.5三维光波导的制作 166

12.5.1光刻技术 166

12.5.2加工技术 167

习题 169

附录A Bessel方程与Bessel函数 170

A.1 Bessel方程与Bessel函数 170

A.2各类Bessel函数的渐近展开式 171

A.3 Bessel函数的递推关系 171

附录B LPmn模特征方程与其组成的矢量模特征方程的等价性 173

附录C 自伴算符 174

C.1二维散度定理 174

C.2自伴算符 174

参考文献 175