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導波光學-(第2版) 版權信息
- ISBN：9787302531609
- 條形碼：9787302531609 ; 978-7-302-53160-9
- 裝幀：平裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
導波光學-(第2版) 本書特色
本書以經典電磁波理論和近代光學理論為基礎，系統論述了光波導的基本概念、基本理論和各種典型的分析方法，全面講述了平面光波導、金屬包層平板介質波導、矩形介質波導和圓光波導的基本原理。在此基礎上，對光波導的橫向耦合、縱向耦合以及新型波導結構的原理和應用進行了討論。 本書適合作為光電信息科學與工程、應用物理等專業的教材，也可作為從事光信息及相關領域的科學技術人員的參考用書。
導波光學-(第2版) 內容簡介
《導波光學（第2版）/高等學校電子信息類專業系列教材》以經典電磁波理論和近代光學理論為基礎，系統論述了光波導的基本概念、基本理論和各種典型的分析方法，全面講述了平面光波導、金屬包層平板介質波導、矩形介質波導和圓光波導的基本原理。在此基礎上，對光波導的橫向耦合、縱向耦合以及新型波導結構的原理和應用進行了討論。 《導波光學（第2版）/高等學校電子信息類專業系列教材》適合作為光電信息科學與工程、應用物理等專業的教材，也可作為從事光信息及相關領域的科學技術人員的參考用書。
導波光學-(第2版) 目錄
第1章 緒論
第2章 導波光學的理論基礎
2．1 電磁場的基本方程
2．1．1 麥克斯韋方程組、物質方程、邊值關系
2．1．2 亥姆霍茲方程
2．1．3 正規光波導中模式場的亥姆霍茲方程及模式的概念
2．1．4 電磁場和模式場的橫向分量與縱向分量的關系
2．1．5 模式的正交性與模式展開
2．2 光線在介質中的傳播特性
2．2．1 反射定律、折射定律與全反射
2．2．2 古斯一漢欣（Goos-Haerchen）位移
2．2．3 射線光學基礎
習題
第3章 平面光波導
3．1 三層均勻平面波導的射線分析法
3．2 三層均勻平面波導的電磁場分析法
3．2．1 一般平面波導中模式的種類
3．2．2 三層均勻平面波導中模式場的場分布與本征值方程
3．2．3 模截止及波導中的傳輸模式數
3．2．4 歸一化參量
3．3 非均勻平面波導的射線分析法
3．3．1 光線在非均勻平面波導中的軌跡
3．3．2 非均勻平面波導中的本征值方程
3．4 平方律分布漸變型折射率平板波導
3．4．1 TE導模
3．4．2 TM導模
3．5 WKB近似法
3．6 變分法
3．6．1 傳播常數的積分表達式和變分法
3．6．2 變分法的應用
3．7 有限元法簡介
3．7．1 基于變分思想的有限元法
3．7．2 基于加權余量法思想的有限元法
3．8 多層分割法
習題
第4章 金屬包層平板介質波導
4．1 金屬的光頻特性
4．1．1 金屬中的亥姆霍茲方程和復相對電容率
4．1．2 金屬光頻特性的初等電子論
4．2 等離子體表面波（SPW）
4．2．1 介質與金屬分界面上的等離子體表面波
4．2．2 長程等離子體表面波
4．3 非對稱金屬包層介質波導
4．3．1 模式的本征方程
4．3．2 傳播常數與模式特性
4．4 對稱金屬包層介質波導
習題
第5章 矩形介質波導
5．1 馬卡梯里近似解法
5．1．1 馬卡梯里近似
5．1．2 矩形波導中導模的場分布及其本征值方程
5．1．3 傳播常數和模場場分布的計算實例
5．1．4 求解本征值（傳播常數）的近似公式
5．2 有效折射率法
5．3 微擾法
5．4 變分法
習題
第6章 圓光波導
6．1 階躍光纖的射線分析法
6．1．1 光纖中的光線種類
6．1．2 數值孔徑
6．1．3 子午光線的色散和時延差
6．2 二層階躍光纖矢量模的分析方法
6．2．1 矢量模的分析方法
6．2．2 矢量模模式場各分量的解
6．2．3 特征方程
6．2．4 對特征方程的討論
6．3 二層階躍光纖標量模的分析方法
6．3．1 標量模的分析方法
6．3．2 標量模的場分布
6．3．3 特征方程
6．3．4 截止條件
6．3．5 遠離截止的條件
6．3．6 矢量模與標量之間的關系
6．4 漸變折射率光纖的分析——高斯近似法
……
第7章 光波導的橫向耦合
第8章 非正規光波導
第9章 新型波導結構
附錄
參考文獻
展開全部
導波光學-(第2版) 節選
第3章 CHAPTER 3 平面光波導 平面光波導是*常見、*基本的光波導，對它的研究具有重要的實際意義。許多概念以及近似計算方法等也都出自于對平面光波導的研究，所以熟練掌握本章內容是學好其他后續章節的關鍵。 平面光波導是指組成光波導不同介質的折射率分布的分界面是一些平面的光波導。按照構成光波導的介質層數，可以分成三層、四層……平面波導； 按照折射率的分布又可分成均勻（階躍型）平面波導和非均勻（漸變折射率）平面波導等。 在平面光波導中*重要的概念是模式，它包括模式場與相移項（波動項）兩部分，因此，求解平面光波導的問題就歸結為如何求模式場分布和如何確定波動項的相移常數。求模式場分布通常是利用分離變量法，這時假定傳輸常數已經確定； 而求傳輸常數的方法是，利用已知的模式場在邊界上連續的條件，列出一個代數方程，這個方程實際上就是模式場函數的本征值方程。 3.1三層均勻平面波導的射線分析法 光波導的射線分析法不是局限于用傳統幾何光學的方法給出光線的傳播軌跡，而是為了得到波導中光的傳播特性，又加入了波動光學的平面波、相位和相干等概念。從這個意義上來說，這種分析方法已不是傳統幾何光學的分析方法。下面先用射線法來分析一種*簡單的平面光波導——三層均勻平面波導。 三層均勻平面波導的結構如圖31所示。折射率沿x方向有變化，沿y、z方向沒有變化。它是由薄膜（芯區）、襯底和包層所 圖31三層均勻平面波導的結構 構成的，薄膜、襯底和包層的折射率分別為n1、n2和n3,且n1>n2≥n3。包層通常為空氣，即n3=1，薄膜和襯底的折射率之差一般為10-3~10-1，薄膜厚度一般為幾微米。 按照幾何光學的理論，光線在芯區中傳播的一段是直線，而在芯區包層的分界面與芯區襯底的分界面上發生反射和折射。若光線的入射角大于兩個分界面上的全反射臨界角，則光線在兩個分界面上形成全反射，光線被約束在芯區內沿著鋸齒形路線向前傳播，這種受約束的光線稱為束縛光線。從波動光學的理論來看，束縛光線是限制在波導中光波的波矢線，它對應的光波稱為導波。注意，這個導波已經不是理想的等幅平面波，但是，它可以看作為由斜著向上界面行進的平面波與斜著向下行進的兩個平面波的疊加。 那么是否滿足全反射條件就一定能形成導波呢？不一定。導波是被限制在波導中，且能在波導中傳播的光波。全反射條件僅僅能使光波被限制在波導中，是形成導波的必要條件，但并不是充分條件，因為導波由兩個平面波疊加而成，當這兩個平面波到達同一地點時，只有滿足相位相同的條件，才能使兩波疊加后，發生相互加強，使光波維持在波導中傳播，形成導波。否則會因相位不同而相互抵消，使得光波不能沿波導傳輸。 圖32中畫出了兩平面波的疊加模型。帶箭頭的實線代表射線，虛線代表波陣面（等相面）。BD代表向上界面行進的射線EB到達B點的波陣面，同時也代表向下界面行進的射線CD由C點到達D點經全反射后的射線DF的波陣面。 圖32兩平面波的疊加模型 由于A、C都在同一波陣面CG上，所以EB光線的A點與HC光線的C點的相位是相同的。因此，如果要想使它們到達D點的相位相同，即要求EB光線從A到達B的相移與HC光線從C經過全反射到達D點再經過全反射后的相移相同，或相差2π的整數倍。 EB光線從A點到達B點的光程為 n1AB=n1BCsinθ1=n1(PD-PG)sinθ1=n1wtanθ1-wtanθ1sinθ1 所以相應的相移為 k0n1wtanθ1-wtanθ1sinθ1 CD光線的光程和相移分別為 n1CD=n1wcosθ1，k0n1wcosθ1 另外HC光線從點C到達D點還要包括兩次全反射，所以總的相移為 k0n1wcosθ1-2φ12-2φ13 其中-2φ12和-2φ13分別表示光線在芯區與襯底、芯區與包層全反射時產生的相移。 滿足EB光線從A到達B的相移與HC光線從C經過全反射到達D再經過全反射后同相，即要求 k0n1wcosθ1-2φ12-2φ13-k0n1wtanθ1-wtanθ1sinθ1=2mπm=0,1,2,…
導波光學-(第2版) 作者簡介
王健，博士，北京交通大學理學院副教授。多年來一直從事光波導理論、光纖傳感和全光信號處理的教學和研究工作，曾獲得北京交通大學“我敬愛的老師”榮譽稱號，先后主持和參與了多項國家和省部級科研項目，在國內外學術期刊發表論文逾40篇，其中SCI和EI收錄30余篇。
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