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第1章 光波导基础理论 1

1.1概述 1

1.2麦克斯韦方程组 1

1.3亥姆霍兹波动方程 3

1.4光波导电磁场求解的一般方法 4

1.5射线光学基础 7

1.6坡印廷矢量 9

1.7平面光波在电介质表面的反射和折射 10

1.7.1电矢量垂直入射面的平面波 11

1.7.2电矢量平行入射面的平面波 11

1.7.3反射率和透射率 12

1.7.4全反射 13

1.7.5倏逝波 14

1.8小结 15

习题 15

第2章 光纤 16

2.1光纤的结构和分类 16

2.1.1光纤的基本结构 16

2.1.2光纤的分类 16

2.2光纤的射线理论分析 17

2.2.1阶跃光纤的射线分析 17

2.2.2渐变光纤射线分析 21

2.3阶跃光纤波动理论分析 24

2.3.1概述 24

2.3.2阶跃光纤矢量解法 25

2.3.3阶跃光纤标量近似解法 39

2.4渐变光纤波动理论分析 49

2.4.1概述 49

2.4.2平方律折射率分布光纤标量近似解法 49

2.5多包层光纤 53

2.5.1概述 53

2.5.2多包层光纤的结构和类型 53

2.6小结 56

习题 56

第3章 光纤特性 58

3.1概述 58

3.2光纤损耗特性 58

3.2.1光纤损耗的概念及其表示 58

3.2.2光纤损耗产生的原因分析 59

3.2.3光纤损耗对通信质量的影响 62

3.3光纤色散 64

3.3.1群时延 65

3.3.2光纤色散类型及其表示 65

3.3.3色散导致的脉冲展宽 72

3.3.4色散对于传输带宽的影响 78

3.3.5光纤色散对通信质量的影响 79

3.3.6色散补偿 80

3.4小结 82

习题 83

第4章 平面光波导 84

4.1平面介质波导的光线模型 84

4.1.1平面介质波导的结构 84

4.1.2平板介质波导模式的几何模型 85

4.1.3平面介质波导导模的特征方程 85

4.1.4平面介质波导导模的传输特性和截止条件 89

4.2平面介质波导的电磁理论——波动方程 94

4.2.1平面介质波导中导模的电磁场的结构 94

4.2.2场分布及特征方程 98

4.3平面介质波导导模的传输功率 113

4.4小结 114

习题 114

第5章 光波导的数值解析计算 116

5.1时域有限差分法 116

5.1.1 FDTD的发展历程及应用领域 116

5.1.2时域有限差分法的基本原理 120

5.1.3数值稳定性 126

5.1.4数值色散 127

5.1.5吸收边界条件 128

5.1.6激励源的选择 129

5.1.7基于时域有限差分法的软件 130

5.1.8平面光波导的FDTD计算分析 130

5.1.9平行介质波导耦合的计算仿真 131

5.2光束传播法 132

5.2.1 FD-BPM 133

5.2.2二维光波导的TE模方程 135

5.2.3二维光波导的TM模方程 135

5.2.4 TE模FD-BPM模式 136

5.2.5 TM模的FD-BPM模式 137

5.2.6边界透明条件 139

5.3有限元法 142

5.3.1有限元法的分析过程 143

5.3.2光波导有限元方法分析 144

5.3.3基于有限元法的软件 147

5.3.4利用COMSOL软件进行计算的一个实例 149

习题 160

附录1 矢量分析常用公式 161

附录2 常用贝塞尔函数公式 162

参考文献 165