高等光学仿真:光波导·激光

第1章 光的电磁理论基础

1.1 麦克斯韦电磁理论

1.1.1 麦克斯韦方程组

1.1.2 边界条件

1.1.3 时谐电磁场

1.1.4 电磁场的波动方程

1.2 平面波和叠加原理

1.2.1 平面波

1.2.2 叠加原理

1.3 微分算子

I.3.1 时间微分算子

1.3.2 空间微分算子

1.4 坡印廷矢量

1.4.1 真空中的坡印廷矢量

1.4.2 非传导各向同性介质中的坡印廷矢量

1.5 平面光波在电介质表面的反射和折射

1.5.1 电矢量平行入射面

1.5.2 电矢量垂直入射面

1.5.3 菲涅耳公式

1.5.4 反射率和透射率

1.6 光波由光疏介质进入光密介质

1.6.1 反射率、透射率变化

1.6.2 布鲁斯特角

1.6.3 相位变化

1.7 光波由光密介质进入光疏介质

1.7.1 反射率、透射率变化

1.7.2 全反射

1.7.3 相位变化

1.7.4 倏逝波

1.8 MATLAB预备技能与技巧

1.8.1 向量及其操作

1.8.2 MATLAB基本作图

1.9 习题

第2章 理想平板介质光波导中的光传播特性及仿真

2.1 平板介质光波导一般概念

2.2 平板光波导分析的射线法

2.2.1 振幅反射率和附加相移

2.2.2 特征方程

2.3 平板光波导中的TE模

2.3.1 TE模的电磁理论求解

2.3.2 TE模的特征方程和截止条件

2.3.3 TE模特征方程的MA'11,AB图解

2.3.4 TE模特征方程的MA'ITI,AB数值求解

2.3.5 非对称平面光波导和对称平面光波导

2.3.6 TE模的截止波长

2.3.7 TE模场分布的MATI..AB图示

2.3.8 TE模的传输功率

2.4 平板光波导中的TM模

2.4.1 TM模的电磁理论求解

2.4.2 TM模的特征方程

2.4.3 TM模的截止波长

2.4.4 T'M模的传输功率

2.5 MATLAB预备技能与技巧

2.5.1 MAT工,AB的脚本和函数

2.5.2 函数的函数

2.5.3 方程求根的MATLAB数值解法

2.5.4 方程求根的.MATLAB符号解法

2.6 习题

第3章 光纤中的光传播特性及仿真

3.1 光纤的诞生和光纤通信

3.2 光纤的一般概念

3.2.1 光纤和光缆

3.2.2 光纤的种类

3.2.3 光纤的制造

……

第4章 高斯光束和光纤藕合

第5章 激光原理及仿真

第6章 高功率双包层光纤激光器及仿真

术语索引

参考文献

绪论

第1章 光波导原理与器件概述

1.1 导波光学的发展

1.1.1 导波光学基本概念

1.1.2 导波光学产生及发展过程

1.2 导波光学系统构成及优点

1.2.1 导波光学系统构成

1.2.2 导波光学系统优点

1.3 光波导器件的进展

1.3.1 光波导宽带光调制器

1.3.2 光波导开关

1.3.3 光波导频谱分析器

1.3.4 高密度信息读取器

1.4 光波导技术研究热点和发展趋势

1.4.1 光波导技术的研究热点

1.4.2 光波导技术的发展趋势

小结

习题

第2章 光波导的理论基础

2.1 光波导种类

2.1.1 按形状分

2.1.2 按折射率分布分

2.2 光波导的射线光学理论

2.2.1 平面(板)光波导简介

2.2.2 射线光学模型

2.2.3 光入射到介质界面处的基本定律

2.2.4 全反射时的相移

2.2.5 平面光波导的导模

2.2.6 模式本征方程的图解

2.2.7 应用实例

2.3 古斯·汉欣线移和有效厚度原理

2.3.1 古斯·汉欣线移

2.3.2 有效厚度

2.4 光波导的电磁理论

2.4.1 电磁过程的基本方程

2.4.2 平面光波导中的亥姆霍兹方程

2.5 折射率突变光波导的基本解

2.5.1 te导模的场分布

2.5.2 模式本征方程

2.6 折射率渐变光波导的基本解

2.6.1 平方律折射率分布

2.6.2 指数律折射率分布

2.7 条形介质光波导的基本解

2.7.1 马卡提里近似

2.7.2 exm,n模式分析

2.7.3 eym,n模式分析

2.7.4 有效折射律法

2.8 圆柱形介质光波导的基本解

2.8.1 光纤导模的基本解

2.8.2 导引模的截止条件

小结

习题

第3章 光波导元器件和传感器

3.1 光路变换器

3.1.1 光波导棱镜

3.1.2 端面反射镜

3.1.3 弯曲光波导

3.2 功率分配器

3.2.1 单模光波导型功率分配器

3.2.2 多模光波导型功率分配器

3.3 光波导偏振器

3.3.1 金属包层

3.3.2 各向异性晶体

3.4 模分割器和模变换器

3.4.1 方向耦合器型模分割器

3.4.2 三层结构分支光波导

3.4.3 y形分支光波导模分割器

3.4.4 模变换器

3.5 光波导型透镜

3.5.1 模折射率透镜

3.5.2 短程透镜

3.5.3 费涅耳透镜

3.5.4 微透镜阵列

3.6 光波导传感器

3.6.1 光波导温度传感器

3.6.2 光波导压力传感器

3.6.3 光波导微位移传感器

3.6.4 光波导振动传感器

小结

习题

第4章 光波导的制备技术

4.1 光波导制作概述

4.1.1 光波导导光薄膜材料

4.1.2 光波导制作难点

4.1.3 材料与制作技术

4.1.4 光波导的结构、制作方法和特性

4.2 光波导衬底材料及加工

4.2.1 光波导衬底材料

4.2.2 衬底材料的加工

4.3 无源材料光波导的制备技术

4.3.1 淀积技术

4.3.2 置换技术

4.4 有源材料光波导制备技术

4.4.1 外延生长技术

4.4.2 减少载流子浓度技术

4.5 光路几何图形的加工工艺

4.5.1 集成光路设计和加工工艺

4.5.2 光路几何图形设计和加工工艺

4.6 光刻技术

4.6.1 光致抗蚀剂

4.6.2 涂布抗蚀剂

4.6.3 曝光方式

4.6.4 显影和坚膜

4.6.5 脱膜和腐蚀

4.7 电子束扫描曝光法

4.7.1 电子束致抗蚀剂

4.7.2 电子束扫描曝光系统构成和特点

4.8 光波导加工技术

4.8.1 脱膜法

4.8.2 腐蚀法

4.9 条形光波导的制作方法

4.9.1 条形光波导的结构及制作方法

4.9.2 埋入型条形光波导的制作工艺流程

4.9.3 脊型条形光波导的制作工艺流程

4.9.4 加载型条形光波导的制作工艺流程

4.10 条形玻璃光波导的制作

4.10.1 埋入型条形玻璃光波导

4.10.2 脊型玻璃光波导

4.10.3 加载型玻璃光波导

4.11 条形linbo3光波导的制作

4.11.1 ti扩散linbo3光波导

4.11.2 质子交换linbo3光波导

4.11.3 linbo3光波导电极的制作

小结

习题

第5章 光波导耦合理论与耦合器

5.1 光波导耦合的基本理论

5.1.1 模式耦合方程

5.1.2 光波导耦合的微扰理论

5.2 导模与辐射模的耦合

5.2.1 导模与辐射模耦合分析

5.2.2 输出耦合

5.2.3 输入耦合

5.3 棱镜耦合器

5.3.1 棱镜耦合器的工作原理

5.3.2 棱镜耦合实验

5.4 光栅耦合器

5.4.1 光栅耦合器的工作原理

5.4.2 光栅耦合形成导波的条件

5.4.3 光栅的制作方法

5.5 楔形光波导耦合器

5.5.1 楔形光波导耦合器的工作原理

5.5.2 楔形耦合模型

5.6 光波导耦合的其他方法

5.6.1 直接聚焦耦合

5.6.2 直接对接耦合

小结

习题

第6章 光调制和光波导调制器

6.1 光波导调制技术概述

6.1.1 几个基本概念

6.1.2 光调制的评价指标

6.2 调制光的光谱分析

6.2.1 调幅光频信号频谱

6.2.2 频率调制的频谱

6.2.3 相位调制的频谱

6.2.4 强度调制的频谱

6.2.5 脉冲调制的频谱

6.3 电光调制技术

6.3.1 几个基本概念

6.3.2 线性电光效应

6.3.3 电光相位调制

6.3.4 电光强度调制

6.3.5 电光高频调制

6.3.6 行波电光调制

6.3.7 电光偏转

6.4 声光调制技术

6.4.1 几个基本概念

6.4.2 拉曼·奈斯衍射

6.4.3 布拉格衍射

6.4.4 声光调制器

6.4.5 声光偏转

6.5 光波导调制器

6.5.1 基本机理

6.5.2 电光波导调制器

6.5.3 声光波导调制器

小结

习题

第7章 光纤和光纤技术

7.1 光纤产生及应用

7.1.1 光纤初始阶段

7.1.2 光纤实用阶段

7.2 光纤的种类和结构

7.2.1 光纤的种类

7.2.2 光纤的结构

7.3 光纤的制作技术

7.3.1 光纤材料

7.3.2 光纤预制棒制备

7.3.3 光纤拉丝

7.3.4 光纤涂覆

7.4 折射率突变光纤的光线理论分析

7.4.1 光纤中的光线

7.4.2 光纤的数值孔径

7.4.3 子午光线的时延差

7.5 折射率渐变光纤的光线理论分析

7.5.1 平方律光纤(自聚焦光纤)

7.5.2 光线在光纤中的传播轨迹

7.6 光纤的损耗

7.6.1 吸收损耗

7.6.2 散射损耗

7.7 光纤的色散

7.7.1 光纤色散的种类

7.7.2 光波导色散

7.7.3 多模色散

7.7.4 材料色散

7.8 光纤传感技术

7.8.1 光纤传感器的基本原理

7.8.2 光纤传感器的优点

7.8.3 光纤传感器的种类

7.9 光纤通信技术

7.9.1 光通信技术的基本原理

7.9.2 光纤通信的特点

小结

习题

附录a 常用术语

附录b 习题参考答案

参考文献