光波导理论简明教程PDF电子书下载

第1章 波动及射线理论基础 1

1.1基本电磁方程 1

1.1.1麦克斯韦方程和边界条件 1

1.1.2波动方程和亥姆霍兹方程 2

1.1.3波动方程的标量解 4

1.2平面波基础 4

1.2.1平面波的基本特征和波矢量 4

1.2.2平面波的传输线模拟 7

1.2.3基本平面波在边界处传播 9

1.3射线光学的基本方程 12

1.3.1从波动光学到射线光学的转换 12

1.3.2程函方程 14

1.3.3射线轨迹方程及其简单应用 15

第2章 介质薄膜波导 17

2.1薄膜波导的射线光学分析法 18

2.1.1导模的射线光学分析 18

2.1.2辐射模的射线光学分析 22

2.1.3泄漏模和消逝模的射线光学分析 23

2.1.4古斯-汉辛效应和导模区的有效厚度 26

2.2薄膜波导的波动分析法 28

2.2.1导模的波动分析 28

2.2.2其他模式的波动分析 33

2.2.3对称薄膜波导的分析 35

2.3非均匀薄膜波导的分析 36

2.3.1非均匀薄膜波导的定解问题 36

2.3.2折射率平方为抛物线分布的薄膜波导 37

2.3.3折射率平方为指数分布的薄膜波导 38

2.4薄膜波导的表面散射损耗 39

第3章 介质带状光波导 42

3.1 Marcatili的正规模近似分析法 43

3.1.1边值问题的阐述 44

3.1.2混合模式的近似解 46

3.1.3本征方程 47

3.1.4截止条件与单模工作 49

3.1.5波矢量的近似解 49

3.2 Goell的圆谐函数分析法 50

3.2.1边值问题的阐述 50

3.2.2边界条件与点匹配 53

3.2.3矩阵分量分析 54

3.2.4计算方法和场型 56

3.3带状波导分析的其他方法 58

3.4带状波导的弯曲 60

3.4.1边值问题的阐述 60

3.4.2弯曲带状波导中光场的近似解 61

3.4.3边界条件与本征方程 62

3.4.4小结 65

第4章 光纤理论 66

4.1阶跃折射率光纤 68

4.1.1射线分析基础 68

4.1.2阶跃折射率光纤的射线分析法 71

4.1.3阶跃折射率光纤的标量分析法 74

4.1.4阶跃折射率光纤的矢量模分析 78

4.2渐变折射率光纤 82

4.2.1渐变折射率光纤的射线分析法 83

4.2.2渐变折射率光纤的标量模分析 87

4.2.3渐变折射率光纤的WKBJ分析法 90

4.3单模光纤 92

4.3.1单模阶跃光纤的模场分布 93

4.3.2变分法分析单模光纤 94

4.3.3单模光纤的偏振效应 96

4.4光纤的色散理论 99

4.4.1材料色散 99

4.4.2色散的脉冲响应分析 101

4.4.3单模光纤的色散 104

第5章 光子晶体波导和微结构光纤 106

5.1光子晶体光纤及其分析方法 106

5.1.1光子晶体光纤概述 106

5.1.2光子晶体光纤的分析方法简介 107

5.2有限元法的基本原理 110

5.2.1有限元法的发展 110

5.2.2三分量有限元法 110

5.2.3全矢量有限元法 114

5.3光子晶体光纤的特性分析 119

5.3.1模式分布与有效折射率 119

5.3.2 PCF的限制损耗和等效模场面积 125

5.3.3 PCF的模式双折射 127

5.3.4 PCF的色度色散特性 129

5.4小结 131

附录Ⅰ单元插值函数 132

Ⅰ.1线性三角形单元 132

Ⅰ.2线性三角形棱边元 133

附录Ⅱ数值积分 135

附录Ⅲ一种基于C/C+++和Matlab的有限元法的实现 136

Ⅲ.1子域划分和区域离散 137

Ⅲ.2建立整体矩阵 137

Ⅲ.3添加边界条件 138

Ⅲ.4求解矩阵方程 138

Ⅲ.5数据记录及处理 138

参考文献 139