导波光学

2024年3月7日发(作者：宋杨万里)

导 波 光 学

清华大学 电子工程系 范崇澄等 编著

内容简介

本书系 1988年出版的同名教材的修改版。全书由九章增至十二章，系统讨论了用于光通信、光传感和光信息处理的光波导的基本原理和特性。内容包括光波理论的一般问题、平面与条形光波导、耦合波理论、阶跃和渐变折射率光导纤维中的场解、光波导中的损耗、信号沿光波导传输时的弥散、单模光纤中的双折射和偏振态的演化、光纤光栅、有源掺杂光纤以及光纤中的非线性等内容。在叙述中强调基本物理概念和处理方法的思路，并介绍了本学科近期发展的某些重要成果。

本书适合于有关光通信、信息光电子学、电子物理、以及微波技术等专业的大学高年级学生及研究生阅读，并可作为有关领域的教学、科学研究和工程技术人员参考。

教学大纲

总学时：60。

授课方式：讲课+自学。

主要内容（根据需要有所取舍）：

第一章 光导波理论的一般问题

§ 1-1 导波光学的基本问题及研究方法

§ 1-2 几何光学方法

§ 1-3 波动光学方法及波动方程

§ 1-4 电磁波在介质界面上的反射及古斯-汉欣位移

§ 1-5 光波导中模式的基本性质

§ 1-6 弱导近似

§ 1-7 传播常数（本征值）的积分表达式及变分定理

§ 1-8 相速、群速及色散特性

§ 1-9 本地平面波方法

§ 1-10 光束的衍射·几何光学及本地平面波方法的应用范围

§ 1-11 介质波导与金属波导的若干比较

第二章 平面及条型光波导

§ 2-1 用本地平面波方法平面光波导的本征值方程

§ 2-2 用电磁场方法求解平面光波导

§ 2-3 条形光波导的近似解析解

§ 2-4 条形光波导的数值解法概述

第三章 耦合模理论

§ 3-1 模式正交性的及模式展开

§ 3-2 导波模式的激励

§ 3-3 耦合模方程及耦合系数

§ 3-4 耦合模理论的局限及其改进

第四章 导波光束的调制

§ 4-1 光波调制的一般概念

§ 4-2 晶体的电-光特性

§ 4-3 光波导的电-光调制

§ 4-4 定向耦合型调制器/开关

第五章 阶跃折射率光纤中的场解

§5-1 数学模型及波动方程的解

§5-2 模式分类准则及模式场图(本征函数)

§5-3 导波模的色散特性及 U值的上、下限

§5-4 色散特性的进一步简化

§5-5 弱导光纤中场的标量近似解—线偏振模

§5-6 平均功率与功率密度

§5-7 模式场的本地平面波描述

第六章 渐变折射率弱导光纤中的场解

§6-1 无界抛物线折射率弱导光纤中场的解析解

§6-2 WKB法求解导波模的本征函数及本征值

§6-3 模式容积及主模式号·泄漏模

§6-4 单模光纤的近似解法（一）——高斯近似

§6-5 单模光纤的近似解法(二) -- 等效阶跃光纤近似（ESF）

§6-6 单模光纤的近似解法(三) - 矩等效阶跃折射率近似及其改进

§6-7 单模光纤的模场半径

§6-8 单模光纤的截止波长

第七章 光波导中的传输损耗

§7-1 损耗起因和损耗谱

§7-2 本征吸收及瑞利散射损耗

§7-3 杂质吸收

§7-4 弯曲损耗

§7-5 弯曲过渡损耗

§7-6 连接损耗

第八章 信号沿线性光波导传输时的畸变

§8-1 脉冲沿线性光波导传输时畸变的起因及描述方法

§8-2 材料色散

§8-3 g型多模光纤的模间弥散

§8-4 单模光纤的色散

§8-5 单模光纤的色散对系统色散的影响

§8-6 新型石英系光纤

第九章 单模光波导中的双折射及偏振态的演化

§9-1 双折射现象及其意义

§9-2 双折射光纤的参数及其分类

§9-3 光纤中的线双折射

§9-4 光纤中的圆双折射

§9-5 偏振态沿光纤的演化（一）—琼斯矩阵法

§9-6 单模光纤中偏振态的演化(二)—邦加球法

§9-7 偏振模色散在邦加球上的描述

第十章 光纤光栅

§10-1 概 述

§10-2光纤布拉格光栅(FBG)的基本原理、结构和分析方法

§10-3 常见的 FBG

§10-4 采样布拉格光栅(SBG)

§10-5 长周期光纤光栅

第十一章 掺铒光纤放大器

§11-1 引 言

§11-2 掺铒光纤放大器的基本工作原理与特性

§11-3 EDFA内部物理过程的进一步讨论和 Giles参数

§11-4 EDFA 的稳态工作特性

§11-5 EDFA中的增益瞬态过程

§11-6 EDFA的设计原则

第十二章 光纤中的非线性效应

§12-1 引 言

§12-2 光纤中的非线性薛定鄂方程

§12-3 光纤中的受激散射

§12-4 光纤中的四波混频效应

§12-5 自相位调制（SPM）

§12-6 非线性色散光纤中信道内的噪声演化与调制不稳定性

§12-7 信道间的串扰噪声：互相位调制(XPM)和受激拉曼散射(SRS)

结语