光纤导波 理论和元件

目录 1

引言 1

第一章 光纤导波基本方程 9

§1—1 光学的基本原理和定律 9

一、基本定律 9

二、费马原理 9

三、惠更斯原理 10

§1—2 麦克斯韦方程 11

§1—3 波动方程 15

一、波动方程的基本形式 15

二、亥姆霍兹（Helmheltz）方程 16

§1—4 单色平面波 17

一、波矢量 17

二、相速度和群速度 18

三、反射和折射（Frensnel公式） 20

四、全偏振角——布勒斯特角（Brewsterangle ） 21

五、全反射原理 22

§1—5 光线方程 24

一、光程函数（eikonal） 24

二、光线方程 25

第二章 光纤导波理论 27

§2—1 折射率均匀芯光纤的光线原理 27

一、子午光线的传播 27

二、斜光线的传播 28

三、光纤的弯曲 31

四、端面倾斜效应（看其数值孔径的变化） 33

五、圆锥形光纤 36

一、模的物理意义和分类 40

§2—2 折射率均匀芯光纤的波动理论 40

二、波动方程的标量解法 41

三、波动方程的矢量解法 50

四、模传播的分析 55

§2—3 折射率梯度芯光纤的光线理论 58

一、直角坐标下的光线方程 59

二、圆柱坐标下的光线方程 61

三、数值孔径的变化 63

§2—4 非均匀折射率芯光纤的波动理论 64

一、W.K.B近似法 64

二、变分法 73

三、幂级数法 76

四、分离变量近似解 77

五、瓦坦克（whittarer）方程近似解 81

一、本征吸收 82

第三章 光纤的损耗和色散 82

§3—1 光纤的损耗机理 82

二、杂质吸收 83

三、散射损耗 85

§3—2 光的色散和延时 85

一、时间延时的表示式 85

二、多模光纤的延时 86

三、均匀芯光纤的材料色散和波导色散 88

四、非均匀光纤的时延 89

第四章 单模光纤原理 91

§4—1 单模光纤方程 91

一、折射率均匀芯光纤方程解的分析 91

二、梯度折射率芯光纤方程解的分析 91

三、W形光纤 94

§4—2 偏振和双折射 96

一、基模的偏振参量 96

二、双折射单模光纤的分类 98

三、传输矩阵 99

§4—3 特性测试 102

一、模场直径 102

二、截止波长 103

三、拍长Lb 104

第五章 光纤中的非线性效应 110

§5—1 介质中的散射和非线性系数 110

一、瑞利（Lord Roy leigh）散射 110

二、非线性折射系数 111

三、非线性波动方程 112

§5—2 非线性效应 112

一、受激喇曼散射 113

二、双光子吸收 116

三、四波混频 117

四、布里渊散射 118

五、克尔效应 120

六、二次谐波 120

§5—3 光纤放大器 121

一、掺铒光纤放大器原理 121

二、掺铒光纤放大器的实验系统 125

第六章 光纤中孤子传输 127

§6—1 光脉冲的展宽 128

一、单模光纤中的色散 128

二、光束的自相位调制（SPM） 129

§6—2 光孤子方程 129

一、脉冲宽度的压缩 131

§6—3 光孤子的传输 131

二、脉冲能量的补偿 132

§6—4 孤子光源 134

一、孤子激光器 134

二、光纤喇曼？丁？光器（FRASL） 134

第七章 导波元件 136

§7—1 各种类型的光纤 136

一、多模光纤和单模光纤 136

二、塑料光纤 138

三、红外和紫外光纤 139

四、激光光纤、发光光纤和耐辐射光纤 141

五、液芯光纤 141

§7—2 光纤元件 141

一、光纤元件的主要特性 142

二、柔软光纤束 154

三、光纤面板 159

§7—3 梯度折射率自聚焦透镜 162

一、聚焦纤维透镜的折射率分布 162

二、聚焦纤维中的光线轨迹 164

三、成像特性 168

§7—4 锥形聚焦纤维透镜 177

§7—5 发散纤维透镜 182

附录 186

一、矢量运算公式 186

二、几种特殊函数 187

三、变分符号 189

四、光纤的耦合方程 190

参考文献 192