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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24

3.5.1 均匀介质波导的时延差25

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

4.7 折射率渐变薄膜波导-WKB法43

4.7.1 场的近似表示式43

4.7.2 转折点附近的近似解44

4.7.3 渐变薄膜波导特征方程45

习题46

第5章 三维光波导48

5.1 三维光波导结构48

5.2 马卡提里近似法49

5.3 场方程与形式解50

5.4 Exmn模特征方程51

5.5 Eymn模特征方程53

5.6 模式特性54

5.6.1 导模条件与模截止54

5.6.2 单模传输56

5.6.3 截止波长56

5.6.4 矩形波导色散曲线与模场分布57

5.7 有效折射率法58

5.7.1 矩形波导58

5.7.2 脊波导59

5.7.3 条载波导及四层平板波导60

习题62

第6章 光纤模式理论63

6.1 光纤的电磁场方程63

6.2 阶跃光纤电磁场方程的矢量解法65

6.2.1 芯区和包层的电磁场65

6.2.2 导模特征方程68

6.2.3 导模分类68

6.2.4 导模截止条件与单模传输70

6.2.5 模色散曲线75

6.2.6 导模电磁场分布76

6.3 光纤的线偏振模79

6.3.1 场的直角分量与场方程的标量解法79

6.3.2 线偏振模及简并度81

6.3.3 LPmn模的矢量模组成82

6.3.4 LP模光强和功率83

6.3.5 阶跃多模光纤的导模数量86

6.4 梯度光纤模场分析86

6.4.1 梯度光纤场方程及标量解87

6.4.2 传播常数89

6.4.3 模式群和导模数量90

习题90

第7章 电磁场分析的有限元法92

7.1 微分方程边值问题92

7.1.1 边值问题92

7.1.2 Ritz方法93

7.1.3 Galerkin方法94

7.1.4 本征值方程95

7.2 有限元分析95

7.2.1 区域离散和单元划分96

7.2.2 线性插值函数与基函数96

7.2.3 单元方程的扩展——全局方程的建立97

7.2.4 二阶单元与基函数99

7.3 光波导模式问题的应用举例99

7.3.1 单元大小对计算结果的影响99

7.3.2 脊波导模场的有限元计算100

7.3.3 伪模102

习题102

第8章 模式耦合理论103

8.1 模式的正交性与完备性103

8.1.1 横场方程103

8.1.2 模式的正交性及归一化104

8.1.3 展开式的完备性106

8.2 模耦合方程106

8.2.1 理想正规模式展开的模耦合方程106

8.2.2 本地正规模式展开的模耦合方程108

8.3 模耦合方程的微扰解——双向模耦合109

习题110

第9章 无源光器件111

9.1 光纤光栅111

9.1.1 光纤光栅耦合方程112

9.1.2 光纤光栅传输特性114

9.1.3 光纤光栅滤波特性115

9.2 平面波导光栅117

9.3 双波导定向耦合器120

9.4 波分复用/解复用器122

9.4.1 角色散型123

9.4.2 干涉型125

9.4.3 F-P腔光滤波型127

9.4.4 阵列波导光栅128

9.5 光开关129

9.6 光波导传感器132

9.6.1 光波导传感器的特点132

9.6.2 典型光波导传感器结构和原理133

9.7 波导微环谐振器135

9.7.1 波导微环谐振器的特点135

9.7.2 波导微环谐振器的基本结构和制备工艺135

9.7.3 波导微环谐振器的基本原理137

习题140

第10章 有源光器件142

10.1 光波导放大器142

10.1.1 概述142

10.1.2 铒离子的光谱特性144

10.1.3 速率方程147

10.1.4 光波传输方程152

10.1.5 放大器增益特性153

10.2 光波导调制器157

10.2.1 光调制器157

10.2.2 晶体的电光效应157

10.2.3 光波导调制器159

习题161

第11章 光子晶体波导162

11.1 光子晶体理论162

11.1.1 光子晶体结构与两种晶格162

11.1.2 平面波展开法165

11.1.3 二维光子晶体带隙结构167

11.2 光子晶体波导169

11.2.1 二维光子晶体波导169

11.2.2 二维平板光子晶体波导170

习题172

第12章 光波导的制备173

12.1 概述173

12.2 光纤制造174

12.3 薄膜制备174

12.3.1 蒸发法175

12.3.2 直流磁控溅射法175

12.3.3 中频、射频磁控溅射法176

12.3.4 脉冲激光沉积法176

12.3.5 薄膜制备的化学方法177

12.3.6 薄膜的退火178

12.4 薄膜的表征179

12.4.1 X射线衍射仪179

12.4.2 扫描电镜180

12.4.3 电子探针181

12.5 三维光波导的制作182

12.5.1 光刻技术182

12.5.2 加工技术183

习题185

附录A Bessel函数186

A.1 Bessel方程与Bessel函数186

A.2 各类Bessel函数的渐近展开式187

A.3 Bessel函数的递推关系187

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189

附录C 二维散度定理和自伴算符190

C.1 二维散度定理190

C.2 自伴算符190

参考文献191