目录




第1章光纤光学基础

1.1引言

1.2光纤基本结构及分类
<p> </p> <p> </p> <p> </p> <p>目录</p> <p> </p> <p> </p> <p> </p> <p> </p> <p>第1章光纤光学基础</p> <p> </p> <p>1.1引言</p> <p> </p> <p>1.2光纤基本结构及分类</p> <p> </p> <p>1.2.1光纤基本结构</p> <p> </p> <p>1.2.2光纤典型分类</p> <p> </p> <p>1.2.3光纤拉制简介</p> <p> </p> <p>1.3光纤的重要参量</p> <p> </p> <p>1.3.1光纤的数值孔径</p> <p> </p> <p>1.3.2光纤的相对折射率差</p> <p> </p> <p>1.3.3光纤的归一化频率</p> <p> </p> <p>1.4光纤的光学与物化特性</p> <p> </p> <p>1.4.1光纤的特征参数</p> <p> </p> <p>1.4.2光纤的光学特性</p> <p> </p> <p>1.4.3光纤的物化特性</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第2章光纤光学的基本理论</p> <p> </p> <p>2.1引言</p> <p> </p> <p>2.2光纤的光线理论</p> <p> </p> <p>2.2.1程函方程</p> <p> </p> <p>2.2.2光线方程</p> <p> </p> <p>2.2.3光线方程的应用</p> <p> </p> <p>2.3光纤的波动理论</p> <p> </p> <p>2.3.1麦克斯韦方程组</p> <p> </p> <p>2.3.2波动方程</p> <p> </p> <p>2.3.3亥姆霍兹方程</p> <p> </p> <p>2.3.4波导场方程</p> <p> </p> <p>2.3.5波导场的场解</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第3章光纤的光线理论分析</p> <p> </p> <p>3.1引言</p> <p> </p> <p>3.2均匀光纤的光线理论分析</p> <p> </p> <p>3.2.1均匀光纤中的光线种类</p> <p> </p> <p>3.2.2子午光线的传输分析</p> <p> </p> <p>3.2.3偏斜光线的传输分析</p> <p> </p> <p>3.2.4弯曲光纤的光线传输分析</p> <p> </p> <p>3.2.5斜端面光纤的光线传输分析</p> <p> </p> <p>3.2.6圆锥形光纤的光线传输分析</p> <p> </p> <p>3.3渐变光纤的光线理论分析</p> <p> </p> <p>3.3.1渐变光纤中的光线种类</p> <p> </p> <p>3.3.2渐变光纤的光线方程</p> <p> </p> <p>3.3.3渐变光纤的子午光线分析</p> <p> </p> <p>3.3.4渐变光纤的螺旋光线分析</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第4章光纤的波动理论分析</p> <p> </p> <p>4.1引言</p> <p> </p> <p>4.2均匀光纤的波动理论分析</p> <p> </p> <p>4.2.1径向场方程</p> <p> </p> <p>4.2.2本征解选取</p> <p> </p> <p>4.2.3模式及分类</p> <p> </p> <p>4.2.4模式本征值</p> <p> </p> <p>4.2.5色散曲线与单模条件</p> <p> </p> <p>4.2.6弱导光纤与线偏振模</p> <p> </p> <p>4.2.7均匀光纤电磁场分布</p> <p> </p> <p>4.3渐变光纤的波动理论分析</p> <p> </p> <p>4.3.1基本方程</p> <p> </p> <p>4.3.2平方律解析法</p> <p> </p> <p>4.3.3WKB分析法</p> <p> </p> <p>4.3.4级数近似法</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第5章单模光纤的性质及分析</p> <p> </p> <p>5.1引言</p> <p> </p> <p>5.2均匀单模光纤分析</p> <p> </p> <p>5.2.1模场**分析</p> <p> </p> <p>5.2.2模场近似分析</p> <p> </p> <p>5.2.3功率分布分析</p> <p> </p> <p>5.3渐变单模光纤分析</p> <p> </p> <p>5.3.1等效阶跃型光纤法</p> <p> </p> <p>5.3.2等效平方律光纤法</p> <p> </p> <p>5.4单模光纤的双折射</p> <p> </p> <p>5.4.1光纤双折射类型</p> <p> </p> <p>5.4.2典型本征双折射</p> <p> </p> <p>5.4.3典型感应双折射</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第6章微结构光纤特性及分析</p> <p> </p> <p>6.1引言</p> <p> </p> <p>6.2微结构光纤分类及特性</p> <p> </p> <p>6.2.1微结构光纤导光机制</p> <p> </p> <p>6.2.2微结构光纤典型分类</p> <p> </p> <p>6.2.3微结构光纤特性分析</p> <p> </p> <p>6.3微结构光纤典型分析方法</p> <p> </p> <p>6.3.1有效折射率模型</p> <p> </p> <p>6.3.2全矢量分析模型</p> <p> </p> <p>6.3.3典型全矢量分析法</p> <p> </p> <p>6.4微结构光纤设计分析</p> <p> </p> <p>6.4.1类六边形空孔带隙可调MSF</p> <p> </p> <p>6.4.2双波段一维单偏振单模MSF</p> <p> </p> <p>6.4.3双波段二维单偏振单模MSF</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第7章光纤无源和有源器件</p> <p> </p> <p>7.1引言</p> <p> </p> <p>7.2光纤无源器件分析</p> <p> </p> <p>7.2.1光纤耦合器</p> <p> </p> <p>7.2.2光纤偏振器</p> <p> </p> <p>7.2.3光纤滤波器</p> <p> </p> <p>7.2.4光纤隔离器</p> <p> </p> <p>7.2.5光纤衰减器</p> <p> </p> <p>7.2.6光纤开关</p> <p> </p> <p>7.2.7光纤连接器</p> <p> </p> <p>7.3光纤有源器件分析</p> <p> </p> <p>7.3.1光纤激光器</p> <p> </p> <p>7.3.2光纤放大器</p> <p> </p> <p>7.4光纤器件发展分析</p> <p> </p> <p>7.4.1光纤无源器件发展分析</p> <p> </p> <p>7.4.2光纤有源器件发展分析</p> <p> </p> <p>7.4.3光纤器件技术研究方向 </p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第8章光纤光栅及其应用</p> <p> </p> <p>8.1引言</p> <p> </p> <p>8.2光纤光栅基础</p> <p> </p> <p>8.2.1光纤光栅基本类型</p> <p> </p> <p>8.2.2折射率分布与反射谱</p> <p> </p> <p>8.2.3光纤光栅制作技术</p> <p> </p> <p>8.3光纤光栅理论</p> <p> </p> <p>8.3.1光纤光栅典型理论</p> <p> </p> <p>8.3.2光纤光栅基本性质</p> <p> </p> <p>8.3.3传感解调关联理论</p> <p> </p> <p>8.4光纤光栅应用</p> <p> </p> <p>8.4.1光纤光栅在通信领域的应用</p> <p> </p> <p>8.4.2光纤光栅在传感领域的应用 </p> <p> </p> <p>8.4.3光纤光栅及器件的研究方向 </p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第9章光纤器件设计及研制</p> <p> </p> <p>9.1引言</p> <p> </p> <p>9.2光纤器件设计方法</p> <p> </p> <p>9.2.1基本设计思想</p> <p> </p> <p>9.2.2主要设计步骤</p> <p> </p> <p>9.2.3典型设计方法</p> <p> </p> <p>9.3典型光纤器件研制</p> <p> </p> <p>9.3.1光纤器件加工</p> <p> </p> <p>9.3.2强度型器件研制</p> <p> </p> <p>9.3.3干涉型器件研制</p> <p> </p> <p>9.3.4微结构器件研制</p> <p> </p> <p>9.4特种光纤及其应用</p> <p> </p> <p>9.4.1掺杂光纤及其应用</p> <p> </p> <p>9.4.2塑料光纤及其应用</p> <p> </p> <p>9.4.3红外光纤及其应用</p> <p> </p> <p>9.4.4紫外光纤及其应用</p> <p> </p> <p>9.4.5敏化光纤及其应用</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第10章光纤技术及其应用</p> <p> </p> <p>10.1引言</p> <p> </p> <p>10.2光纤通信技术</p> <p> </p> <p>10.2.1光纤通信原理</p> <p> </p> <p>10.2.2光纤通信系统</p> <p> </p> <p>10.2.3多信道复用技术</p> <p> </p> <p>10.2.4全光纤通信系统</p> <p> </p> <p>10.2.5光纤通信网</p> <p> </p> <p>10.3光纤传感技术</p> <p> </p> <p>10.3.1光纤传感原理</p> <p> </p> <p>10.3.2光纤传感器建模</p> <p> </p> <p>10.3.3光纤传感器</p> <p> </p> <p>10.3.4光纤传感网</p> <p> </p> <p>10.4光纤新技术简介</p> <p> </p> <p>10.4.1光纤拉制新技术</p> <p> </p> <p>10.4.2光纤处理新技术</p> <p> </p> <p>10.4.3光纤器件研制新技术</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第11章光纤特征参数的测量</p> <p> </p> <p>11.1引言</p> <p> </p> <p>11.2光纤测量常用仪器</p> <p> </p> <p>11.2.1光源</p> <p> </p> <p>11.2.2光纤熔接机</p> <p> </p> <p>11.2.3光谱分析仪</p> <p> </p> <p>11.2.4光功率计</p> <p> </p> <p>11.2.5光波长计</p> <p> </p> <p>11.2.6光时域反射计</p> <p> </p> <p>11.3光纤几何参数测量</p> <p> </p> <p>11.3.1几何特征参数</p> <p> </p> <p>11.3.2测量注入条件</p> <p> </p> <p>11.3.3典型测量方法</p> <p> </p> <p>11.4光纤折射率分布测量</p> <p> </p> <p>11.4.1折射近场法</p> <p> </p> <p>11.4.2近场扫描法</p> <p> </p> <p>11.5光纤数值孔径测量</p> <p> </p> <p>11.5.1远场强度有效数值孔径</p> <p> </p> <p>11.5.2典型测量方法</p> <p> </p> <p>11.6光纤衰减测量</p> <p> </p> <p>11.6.1光纤衰减机理</p> <p> </p> <p>11.6.2典型测量方法</p> <p> </p> <p>11.7光纤色散测量</p> <p> </p> <p>11.7.1光纤色散机理</p> <p> </p> <p>11.7.2典型测量方法</p> <p> </p> <p>11.8光纤模场直径测量</p> <p> </p> <p>11.8.1模场直径定义</p> <p> </p> <p>11.8.2典型测量方法</p> <p> </p> <p>11.9高双折射光纤拍长测量</p> <p> </p> <p>11.9.1光纤拍长定义</p> <p> </p> <p>11.9.2典型测量方法</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>第12章光纤非线性效应及其应用</p> <p> </p> <p>12.1引言</p> <p> </p> <p>12.2光纤非线性效应</p> <p> </p> <p>12.2.1光纤的非线性效率</p> <p> </p> <p>12.2.2光纤的非线性特性</p> <p> </p> <p>12.3光脉冲传输方程</p> <p> </p> <p>12.3.1非线性介质中的波动方程</p> <p> </p> <p>12.3.2分析法推导光脉冲传输方程</p> <p> </p> <p>12.3.3因素法推导光脉冲传输方程</p> <p> </p> <p>12.3.4光脉冲传输方程的简化形式</p> <p> </p> <p>12.4光纤光孤子及其应用</p> <p> </p> <p>12.4.1光纤中的光孤子</p> <p> </p> <p>12.4.2光纤中光孤子的传输</p> <p> </p> <p>12.4.3光孤子通信关键技术</p> <p> </p> <p>12.4.4光孤子通信应用展望</p> <p> </p> <p>小结</p> <p> </p> <p>思考与习题</p> <p> </p> <p>参考文献</p> <p> </p> <p>附录A英文缩略语</p>显示全部信息前 言
《光纤光学原理及应用》自2012年9月第1版出版以来,已在南开大学等高校作为教材使用了10个学期。本书的编著与出版也是科研成果转化为教材内容、科研与教学有机结合的一种有益尝试。在多年的光纤光学教学实践中,我们不断向学界前辈请教并与同行密切交流,也得到了专业教师、高校学生以及相关领域科技工作者的诸多关心和大力支持,使得本书内容不断充实和提高,作者在此深表敬意和感谢!
作者应清华大学出版社的邀请,根据学科发展和教材实际需求,在吸纳相关意见和建议的基础上,对《光纤光学原理及应用》进行修改再版。与第1版相比,第2版在纲目设计、篇章内容、典型实例、应用分析等方面进行了重新梳理、调整和补充,形成了全新的体系和结构,力求突出“体系内容创新、理论应用并重、引入科研方法、吸纳*新成果”的新特色,为读者提供*新的科研案例及研究思路,促进光纤光学领域的课题研究以及专业学习绩效的提高。本书第2版有关修改内容简述如下:
(1) 将第1版的10章增加为12章,增加的两章分别为“微结构光纤特性及分析”和“光纤器件设计及研制”;同时,第2版调整了章节顺序,使其知识体系符合内在的逻辑自洽性。<p> </p> <p>《光纤光学原理及应用》自2012年9月第1版出版以来,已在南开大学等高校作为教材使用了10个学期。本书的编著与出版也是科研成果转化为教材内容、科研与教学有机结合的一种有益尝试。在多年的光纤光学教学实践中,我们不断向学界前辈请教并与同行密切交流,也得到了专业教师、高校学生以及相关领域科技工作者的诸多关心和大力支持,使得本书内容不断充实和提高,作者在此深表敬意和感谢!</p> <p>作者应清华大学出版社的邀请,根据学科发展和教材实际需求,在吸纳相关意见和建议的基础上,对《光纤光学原理及应用》进行修改再版。与第1版相比,第2版在纲目设计、篇章内容、典型实例、应用分析等方面进行了重新梳理、调整和补充,形成了全新的体系和结构,力求突出“体系内容创新、理论应用并重、引入科研方法、吸纳*新成果”的新特色,为读者提供*新的科研案例及研究思路,促进光纤光学领域的课题研究以及专业学习绩效的提高。本书第2版有关修改内容简述如下: </p> <p>(1) 将第1版的10章增加为12章,增加的两章分别为“微结构光纤特性及分析”和“光纤器件设计及研制”; 同时,第2版调整了章节顺序,使其知识体系符合内在的逻辑自洽性。</p> <p>(2) 根据新的纲目设计对部分篇章内容进行了调整,如将第1版“第7章 光纤技术及其应用”的“7.4 典型光纤传感器”和“7.5 特种光纤及其应用”调整为第2版“第9章 光纤器件设计及研制”的“9.3 典型光纤器件研制”和“9.4 特种光纤及其应用”。</p> <p>(3) 根据第2版“第10章 光纤技术及其应用”的需要,增加了“10.4 光纤新技术简介”,从光纤拉制、光纤处理和光纤器件研制3个角度简要介绍了光纤新技术。</p> <p>(4) 根据第2版的章节编排需要,增加了器件图片及实例分析,并引入专业科研设计和分析方法,以促进读者发现问题、分析并解决问题能力的提升。</p> <p>(5) 光纤光学技术涉及较多专业缩略语,为行文简便,本书将相关缩略语在书后统一给出,而不在正文中一一注出其英文原形。</p> <p>(6) 第2版的内容面向不同层面的读者,试图满足对光纤光学的专业知识学习、科研方法掌握、光纤课题研究以及工程应用实践等的不同需求,并努力使各方(如专业教师、高校学生以及相关领域科技工作者、科技管理人员等)学习或参考后均能有所裨益。</p> <p>(7) 第2版对主要参考文献和英文缩略语进行了增补,对行文中的不当表述及插图进行了删减、更正和补充。</p> <p>第2版全书共12章,第1章介绍光纤光学的基本概念、重要参数、光学及物化特性,第2章阐述光纤光学的基本理论及其分析思路,第3章和第4章分别阐述均匀、渐变光纤的光线理论和波动理论分析方法及典型应用,第5章阐述均匀、渐变单模光纤的性质及分析方法,第6章阐述微结构光纤的结构、特点、分类、分析方法及典型设计,第7章阐述典型的光纤无源和有源器件设计及应用,第8章阐述光纤光栅基础知识、基本理论以及典型应用,第9章阐述光纤器件的设计步骤、设计方法、研制过程以及代表性的特种光纤及其应用,第10章阐述光纤技术在通信和传感领域的应用并简介光纤新技术,第11章阐述光纤特征参数的测量方法及其应用,第12章阐述光纤非线性效应理论及其典型应用。</p> <p>本书的修订和增补工作全部由作者负责,并得到教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会**项目“将科研方法引入光电信息专业课程的研究性教学方法探索与实践”的资助。在修改再版过程中,得到了清华大学出版社刘向威博士的大力支持,南开大学严铁毅副教授协助整理了补充资料,北京大学张严昕提出修改意见并校对全书,作者的学生耿鹏程、陈雷、王标、李晓兰、白志勇、高社成、王丽、王松、张芸山、于琳、魏石磊、薛晓琳、周权、张莉瑜、李新宇、李艳萍等以及参加本课程学习的同学提供了有益建议,在此一并表示衷心感谢。</p> <p>限于作者水平,书中可能存在不足之处,敬请读者批评指正。</p> <p>张伟刚2017年5月于南开园</p> <p> </p> <p> </p> <p> </p>显示全部信息免费在线读第3章CHAPTER 3

光纤的光线理论分析




本章首先对光纤的光线理论分析方法的使用范围进行讨论,然后对均匀折射率光纤进行光线理论分析, *后对渐变光纤进行光线理论分析。3.1引言光线理论*大的优点在于表征光波传输物理过程的直观性和简单性。在尺寸远大于波长而折射率变化缓慢的空间,用光线理论分析光波的传输现象可以得到非常好的近似结果。但是对于一般的光纤,有必要了解满足光线理论分析的几何尺寸量级。图3.1给出了光纤中几种典型的折射率分布。以通信波长为1.55μm而折射率为1.5的玻璃光纤为例,对于纤芯直径分别为60μm的多模光纤、15μm的W型多模光纤和5μm的单模光纤,可以推知这些光纤的纤芯直径分别约为58、15和5个波长。

图3.1光纤中几种典型的折射率分布示意图


由此可以得到如下几个使用光线理论分析光纤的结论: (1) 使用光线理论分析多模均匀光纤是可行的,且具有良好的精度。但是,在纤芯与包层分界面上,因折射率跳跃变化导致光线理论不再适用,故需另行考虑处理。(2) 使用光线理论分析W型多模光纤是勉强的,其近似程度较大,分析结果不理想。(3) 由于几何光学近似在单模光纤中不成立,因此光线理论分析完全不适用于单模光纤。下面使用光线理论对均匀光纤和渐变光纤中光线的传输进行分析。3.2均匀光纤的光线理论分析3.2.1均匀光纤中的光线种类
这里的均匀光纤是指纤芯和包层的折射率均匀但不相同的光纤。阶跃折射率光纤(SIF)是一种典型的均匀折射率光纤,其折射率的一般表达式为

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第1章光纤光学基础

1.1引言

1.2光纤基本结构及分类

书以经典电磁场理论和近代光学为基础,系统论述了光纤光学的基本原理、传输特性、设计方法、实现技术以及主要应用。具体内容包括:光纤光学的基本概念、重要参数、光学及物化特性;光波在均匀光纤和渐变光纤中传输的光线理论和波动理论;单模光纤的性质及分析方法;典型的光纤无源和有源器件分析与设计;光纤技术在通信和传感领域的应用;典型的特种光纤(包括微结构光纤)及其应用;光纤光栅基础知识、基本理论以及典型应用;光纤特征参数测量方法及应用;光纤非线性效应理论及其典型应用等。