北京理工大学导波光学基础 (17).共61页
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北京理工大学应用光学课件讲解
抛物面：到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨迹，是
以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。 对焦点和无限远 轴上点符合等光程。
等光程的折射面 二次曲面
应用光学讲稿 • 两镜系统基本结构形式
应用光学讲稿
应用光学讲稿
• 常用两镜系统
• 1、 经典卡塞格林系统
• 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物 面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成 像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜 和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率：
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率： n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率： n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的 空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面
来代表
应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质 4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴
应用光学讲稿
5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似
像和物的比值叫放大率
y'
y
所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放 大率成像。即放大率是一个常数
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播
以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。 对焦点和无限远 轴上点符合等光程。
等光程的折射面 二次曲面
应用光学讲稿 • 两镜系统基本结构形式
应用光学讲稿
应用光学讲稿
• 常用两镜系统
• 1、 经典卡塞格林系统
• 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物 面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成 像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜 和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率：
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率： n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率： n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的 空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面
来代表
应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质 4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴
应用光学讲稿
5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似
像和物的比值叫放大率
y'
y
所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放 大率成像。即放大率是一个常数
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播
导波光学基础
第一节 光在光导纤维中的传播
一、光纤的结构和类型
1、光纤的结构（如图15－1所示）
1
2、光纤的种类：
阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤：按光纤 横截面折射率分布划分。
单膜光纤和多膜光纤：按光传输模式划分。 特种光纤：
2
二、光纤Байду номын сангаас结构参数
1、光纤尺寸 2、数值孔径NA 3、相对折射率差
＝ n1 n2 n1
4、归一化频率（或结构参量） 5、折射率分布
3
三、光纤的传播损耗和色散
1、光纤的损耗
2、光纤的色散
4
第二节 光在平板光波导中的传播
图15－5 光在平板型光波导中的传播
一、平板光波导的射线理论 二、平板光波导中的场分布 三、耦合膜理论
5
第三节 导波光学的应用
一、光导纤维的应用
1、光纤通信
图15－10 光纤通信系统框图
6
二、光纤传感技术
1、种类 2、实例
图15－11 光纤温度传感器
7
三、导波光学的典型器件和应用
1、双通道电光调制器及光开关
图15－12 双通道电光调制器
8
2、马赫－泽德型干涉调制器
图15－13 马赫－泽德型干涉调制器
9
一、光纤的结构和类型
1、光纤的结构（如图15－1所示）
1
2、光纤的种类：
阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤：按光纤 横截面折射率分布划分。
单膜光纤和多膜光纤：按光传输模式划分。 特种光纤：
2
二、光纤Байду номын сангаас结构参数
1、光纤尺寸 2、数值孔径NA 3、相对折射率差
＝ n1 n2 n1
4、归一化频率（或结构参量） 5、折射率分布
3
三、光纤的传播损耗和色散
1、光纤的损耗
2、光纤的色散
4
第二节 光在平板光波导中的传播
图15－5 光在平板型光波导中的传播
一、平板光波导的射线理论 二、平板光波导中的场分布 三、耦合膜理论
5
第三节 导波光学的应用
一、光导纤维的应用
1、光纤通信
图15－10 光纤通信系统框图
6
二、光纤传感技术
1、种类 2、实例
图15－11 光纤温度传感器
7
三、导波光学的典型器件和应用
1、双通道电光调制器及光开关
图15－12 双通道电光调制器
8
2、马赫－泽德型干涉调制器
图15－13 马赫－泽德型干涉调制器
9
北京理工大学导波光学基础 (3)
D
Review (2) (in ChapterⅠ)
Wave Eq. In homogeneous dielectrics: ρ＝0，J＝0，ε,μconstant，
2Ε 2 Ε 0 2 t
(1-11)
= 0
2H H 0 2 t
2
(1-12)
Helmholtz Eq. Assume: resonance with ω，i.e. function about t as exp(±jωt) ,
CHAPTER 2 Dielectric Thin Film and Strip Waveguides
Review of Section 2.1
(1)
Treatment of Slab Waveguides in Ray Optics: General analyses with k(β)of planar wave
p2 0
④ Conception of G.M. far from cut off in wave optics:远离截止 远离 p ＝ 0， ie p 大，β大， h小→ p＞＞h Summary: Modes in wave optics means different electric-magnetic field profile.
t j
2
t 2
2
(1-13)
2 E k 2 E 0
k 0 nk0
2 H k 2 H 0
n
(1-14)
k0 0 0 2
For plane wave
E E0 exp jt - k r
0 r
北京理工大学导波光学基础 (6)
cnna334gisi17018nskm8476nskmsio21br444gbits944mbitsgi光纤与si光纤相比模式色散减小很多传输速率有了很大提高conclusions2对射线方程严格求解可以证明在折射率分布满足双曲正割函数的gi光纤中子午光线才具有自聚焦性质
CHAPTER Ⅲ
Optical Fiber
可见这种光纤的色散还是很大的。因此，SI光纤的Δ都做的 很小，称弱导光纤。 为减小模式色散，还可以采用GI光纤，而采用单模光纤则 可以从根本上消除模式色散。
3.2.l Ray Trajectories in Step Index Fiber
4．Description For Skew Rays (空间光线的描述)
Definition of Fiber NA
NA sin0 max
2 ( n1
1 2 2 n2 )
n1 (2 )
1
2
(n1 n2 ) / n1
Normalized index difference 相对折射率差
Typical：0.2-0.3 For MM Fiber Example: NA=0.2425, acceptance angle=14°，total 28°
2km后展宽成169.52ns。
若原理想脉冲间隔为100ns，那就意味着传输2km后脉冲重叠， 不再载有任何信息。
Delay-Dispersion-Bite Rate
(时延差－色散－传输速率)
SI光纤中：
≈84.76ns/km
这种情况下，最大传输速率（每秒钟传输的最大脉冲数） BR= ≈ 11.8 Mbit/s。实际上，相邻脉冲不能没有间隙， 一般取脉冲间隙为周期的25%。在本例中，传输1km的最 大传输速率应为BR= 9.44Mbit/s。
CHAPTER Ⅲ
Optical Fiber
可见这种光纤的色散还是很大的。因此，SI光纤的Δ都做的 很小，称弱导光纤。 为减小模式色散，还可以采用GI光纤，而采用单模光纤则 可以从根本上消除模式色散。
3.2.l Ray Trajectories in Step Index Fiber
4．Description For Skew Rays (空间光线的描述)
Definition of Fiber NA
NA sin0 max
2 ( n1
1 2 2 n2 )
n1 (2 )
1
2
(n1 n2 ) / n1
Normalized index difference 相对折射率差
Typical：0.2-0.3 For MM Fiber Example: NA=0.2425, acceptance angle=14°，total 28°
2km后展宽成169.52ns。
若原理想脉冲间隔为100ns，那就意味着传输2km后脉冲重叠， 不再载有任何信息。
Delay-Dispersion-Bite Rate
(时延差－色散－传输速率)
SI光纤中：
≈84.76ns/km
这种情况下，最大传输速率（每秒钟传输的最大脉冲数） BR= ≈ 11.8 Mbit/s。实际上，相邻脉冲不能没有间隙， 一般取脉冲间隙为周期的25%。在本例中，传输1km的最 大传输速率应为BR= 9.44Mbit/s。
最新北京理工大学应用光学课件第二章讲学课件
n' n n'n l' l r
或者
n(11)n'(11)
lr
l' r
应用光学讲稿
二. 物像大小关系式
用y和y’表示物点和像点到光轴的距离。 符号规则：位于光轴上方的y、y’为正，反之为负。 y’/y称为两共轭面间的垂轴放大率，用β表示
y' y
由图得
l r y l'r y'
或
y' l'r
近轴光学基本公式的缺点：物面位置改变时，需重 新计算，若要求知道整个空间的物像对应关系，势必 要计算许多不同的物平面。
已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面 的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则 其任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共 轭点来求得。
光学系统的成像性质可用这些基面和基点求得
推导公式时，也要使用符号规则。
注意 为了使导出的公式具有普遍性，推导公式时，几何
图形上各量一律标注其绝对值，永远为正
应用光学讲稿
反射情形
看成是折射的一种特殊情形： n’= －n 把反射看成是n’= －n 时的折射。 往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形， 只需将n’用－n代入即可，无需另行推导。
u'
u' i' l'u' r
显然 hlul'u,'代入上式，并在第一式两边同乘以n，
第二式两侧同乘以n’
nu ni nh r
n'u'n'i'n'h r
应用光学讲稿
将以上二式相减，并考虑到
nsiIn n'siIn ' siIn i,siIn 'i'
北京理工大学导波光学基础 (7)
w
K μ 1 ( w ) K μ (w)
（3-61a）
特征方程（3-61a）式化简为：
J μ (u) 0
f 可求出远离截止时的特征值 u μν ，即μ阶贝塞尔函数的第υ个根。
标量模及特性
f 表3-1 远离截止时几个低阶 LP 模的 u 值
1 2 3
0 2.4048 5.5201 8.6537
图3-7 贝塞尔函数与 变质贝塞尔函数曲线 (a)前4阶贝塞尔函数 曲线；
图3－7 (a)
（b）前2阶变质贝塞 尔函数曲线
图3－7 (b)
返回
标量近似解 （Solutions for Scalar Approximation)
A u J ( u) J ( a r ), E y μ ( r , θ,z) e xp[ j( βz μθ )] A W K ( r ), a K (W ) ra ra
没有截止。
第2个低次模其Vc＝2.4048，保持单模传输，必须使V＜2.4048。
标量模及特性
表3-3 几个低阶模的u值范围
实际的u值则应在 u
f
c
μ 0 1 2
ν
1
0-2.405 2.405-3.832 3.832-5.136
2
3.832-5.520 5.520-7.016
3
7.016-8.654 8.654-10.173
A2为常数， w为归一化衰减系数：
d 2 R 1 dR 2 2 2 2 [(n k0 ) 2 ]R 0 2 r dr dr r
变质Bessel Eq.
w a ( β k0 n0 )
光波导理论
1.2.1 集成光学系统与离散光学器件(qìjiàn)系统的比较
? (1)光波在光波导中传播，光波容易控制(kòngzhì)和保持其能量。
? (2)集成化带来的稳固(wěngù)定位。
? (3) 器件尺寸和相互作用长度缩短；相关的电子器件的工作电
压也较低。
? (4) 功率密度高。沿波导传输的光被限制在狭小的局部空间，
平板波导几何光学分析 2012 年2月
集成光学(guāngxué)主要应—用—（光三纤）传感
? 光纤传感器具有抗电磁干扰和原子(yuánzǐ)辐射、重量轻、
体积小、绝缘(juéyuán)、耐高温、耐腐蚀等众多优异的性
能，能够对应变、压力、温度、振动、声场、折
射率、加速度、电压、气体等各种参数进行精确
多样，研究开发中
第二十页，共40页。
平板波基导本几平何光面学工分艺析 ，已2成012熟年2月
§1.3 集成光学(guāngxué)的发展和现状
1.3.1 发展(fāzhǎn)简史
1962 年开发(kāifā)出了第一个半导体同质结激光二极管，但其效率
较低，阈值电流较大，不能在室温下连续工作。
1967 年异质结外延生长技术的出现，拉开了半导体激光器实 用化的序幕 。
器、窄带响应集成光电探测器、路由选择
的波长变换器、快速响应光开关矩阵、低 损耗多址波导分束器等。
第十二页，共40页。平板波Leabharlann 几何光学分析2012 年2月
集成光学主要(zhǔyào)应用—（—二光）子(guāngzǐ)
? 光子(guāngzǐ)计算机：
光子计算机是一种全新的计算机，是以光子作为主要的信息载
导致较高的功率密度，容易达到必要的器件工作阈值和利用非
《波动光学基础》PPT课件 (2)
1.光程差的计算
n2AB BC n1DC
S·
反射光2 反射光1
因为 AB BC d
cos DC ACsini 2dtan sini
n1sini n2sin
n1 1
2
i
D
n2
AC
d
n1
B
光程差 2n2 AB n1DC 2d n22 n12sin 2i 2n2dcos
在上述情况中，无论n1 n2，还是n1 n2，总会有半波损 失出现，因此，光程差应为：
d
10
(2) 双缝间距 d 为
d D 600 5.893104 5.4mm
x
0.065
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，缝面与屏 距离为 D
求 能观察到的清晰可见光谱的级次 解 在400 ~ 760 nm 范围内，明纹条件为
xd k
D
最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光
现象，提出了三原色理论；
材料力学：杨氏弹性模量；
考古学：破译古埃及石碑上的文字。
杨氏双缝干涉实验
• 实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
为了观察到较清晰的干涉图样，实验装置应该满足：
（1）S1 、S2 间距较小，约为0.1 ～ 1 mm ；而且它们与S 的
距离相等；（3）光屏 M与双缝S1 、S2 间距较大，约为1 m ；
x (2k 1) D
2d
（光强极小位置—暗条纹）
(2k 1) D k 1, 2,… （没有零级暗条纹）
2d
讨论
(1) 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为
x D
d
一系列平行的 明暗相间条纹
大学物理(波动光学知识点总结)
单击此处添加标题
A）自然光 。 B） 完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面。 C）完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面。 D ）部分偏振光。
单击此处添加标题
8、两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光 线通过，当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生的 变化为：
单击此处添加标题
10、一自然光通过两个偏振片，若两片的偏振化方向间夹角 由A转到B，则转前和转后透射光强之比为 。
单轴
速度
二、选择题：
2、一束波长为 的单色光由空气入射到折射率为 n 的透明介 质上，要使反射光得到干涉加强，则膜的最小厚度为：
3、平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下表面反射的两束光 发生干涉，若薄膜厚度为 e，且 n1< n2 > n3， 1 为入射光在 折射率为n1的媒质的波长，则两束光在相遇点的相位差为：
作业：
10-9．如图所示，用波长为的单色光垂直照射折射率为n2的劈尖。图中各部分折射率的关系是n1< n2< n3，观察反射光的干涉条纹，从劈尖顶端开始向右数第5条暗纹中心所对应的厚度是多少?
[解] 因
故在劈尖上下表面的两反射光无因半波损失引起的附加光程差，干涉暗纹应满足
习题10-9图
n1
n2
n3
在该范围内能看到的主极大个数为5个。
所以，第一次缺级为第五级。
在单缝衍射中央明条纹宽度内可以看到0、±1、 ± 2 级主极大明条纹共5 条。
单缝衍射第一级极小满足
光栅方程：
解（1）由二级主极大满足的光栅方程：
由第三级缺级，透光缝的最小宽度为： 可能观察到的主极大极次为：0，±1，±2
例题 波长 λ=6000埃单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30度，且第三级缺级。① 光栅常数（a+b)是多大？ ②透光缝可能的最小宽度是多少？ ③在选定了上述(a+b)和a之后，求在衍射角-π/2<φ<π/2范围内可能观察到的全部主极大的级次。
A）自然光 。 B） 完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面。 C）完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面。 D ）部分偏振光。
单击此处添加标题
8、两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光 线通过，当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生的 变化为：
单击此处添加标题
10、一自然光通过两个偏振片，若两片的偏振化方向间夹角 由A转到B，则转前和转后透射光强之比为 。
单轴
速度
二、选择题：
2、一束波长为 的单色光由空气入射到折射率为 n 的透明介 质上，要使反射光得到干涉加强，则膜的最小厚度为：
3、平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下表面反射的两束光 发生干涉，若薄膜厚度为 e，且 n1< n2 > n3， 1 为入射光在 折射率为n1的媒质的波长，则两束光在相遇点的相位差为：
作业：
10-9．如图所示，用波长为的单色光垂直照射折射率为n2的劈尖。图中各部分折射率的关系是n1< n2< n3，观察反射光的干涉条纹，从劈尖顶端开始向右数第5条暗纹中心所对应的厚度是多少?
[解] 因
故在劈尖上下表面的两反射光无因半波损失引起的附加光程差，干涉暗纹应满足
习题10-9图
n1
n2
n3
在该范围内能看到的主极大个数为5个。
所以，第一次缺级为第五级。
在单缝衍射中央明条纹宽度内可以看到0、±1、 ± 2 级主极大明条纹共5 条。
单缝衍射第一级极小满足
光栅方程：
解（1）由二级主极大满足的光栅方程：
由第三级缺级，透光缝的最小宽度为： 可能观察到的主极大极次为：0，±1，±2
例题 波长 λ=6000埃单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30度，且第三级缺级。① 光栅常数（a+b)是多大？ ②透光缝可能的最小宽度是多少？ ③在选定了上述(a+b)和a之后，求在衍射角-π/2<φ<π/2范围内可能观察到的全部主极大的级次。
北京理工大学光学工程专业物理光学课件与习题答案
a0 a0 2
4
rect
b0
a
f , f
a0b0exp
j 0
2
sinc
a0 x
2 f
cos
a0x 2 f
0
2
sinc
b0
y f
E x,
y
a0b0
j f
exp
j
f
x2 y2 2f
0
2
sinc
a0
2
x f
cos
a0x 2 f
④ 对于夫琅和费衍射： E (P) (x, y)， E (P) E (P) (x, y) (x, y) (当x y 0) E (P) E (P)(当x and (or) y 0)
或
(x, y) (x y 0)
L L (x, y)(x y 0以外的一切点)
⑤ 菲涅耳衍射：公式 E (P) E (P) E (P) 仍然成立，但
3．直边夫琅和费衍射
A step
E x, y
1
j f
exp jk
f
x2 2f
y2
f j2
x
1 2
x
f
y
f
1
L
x,
y
4
2
x
2
（当x, y 0)
x, y 当x=y=0
4．位相物体的夫琅和费衍射
A
,
rect
a0 a0 2
4
exp
j0
rect
Hole
Diffraction
pattern pattern
Square holes
Round holes
Moon coronas are due to diffraction.
北京理工大学导波光学基础 (12)
Drying gases Vapors: SiCl 4 + GeCl 4 + O2 Fuel: H 2 Burner Deposited soot Porous soot preform with hole Furnace Preform Furnace
Target rod
Deposited Ge doped SiO 2
FIBER MANUFACTURE
五种光纤预制棒制造工艺技术： OVD -Outside Vapor Deposition， 管外气相沉积技术 VAD -Vapor-phase Axial Deposition， 轴向气相沉积技术 MCVD –Modified Chemical Vapor Deposition， 改进的化学气相沉积技术 PCVD – Plasma-activated Chemical Vapor Deposition 等离子化学气相沉积技术 IVD- Integrated Vapor Deposition， 综合气相沉积技术
折射率分布畸变是最简单也是最基本的情况。 把光波导的微小几何畸变等效成折射率分布的畸变。
图4-1光波导一般几何畸变示意图
4.1耦合模理论简介
4.1.4理想波导正规模与本地正规模 根据正规模的完备性，具有微小畸变的光波导中的电磁场可以用正规模的
线性叠加来表示。
正规模并不是唯一的。可以用各种不同的正规模叠加来表示，因而也有不 同的耦合系数形式。最重要的正规模有两类，一类是理想波导正规模，另一
CHAPTER Ⅲ
Optical Fiber
FIBER MANUFACTURE
r Buffer tube: d = 1mm Protective polymerinc coating Cladding: d = 125 - 150 m n1 n2 Core: d = 8 - 10 m
Target rod
Deposited Ge doped SiO 2
FIBER MANUFACTURE
五种光纤预制棒制造工艺技术： OVD -Outside Vapor Deposition， 管外气相沉积技术 VAD -Vapor-phase Axial Deposition， 轴向气相沉积技术 MCVD –Modified Chemical Vapor Deposition， 改进的化学气相沉积技术 PCVD – Plasma-activated Chemical Vapor Deposition 等离子化学气相沉积技术 IVD- Integrated Vapor Deposition， 综合气相沉积技术
折射率分布畸变是最简单也是最基本的情况。 把光波导的微小几何畸变等效成折射率分布的畸变。
图4-1光波导一般几何畸变示意图
4.1耦合模理论简介
4.1.4理想波导正规模与本地正规模 根据正规模的完备性，具有微小畸变的光波导中的电磁场可以用正规模的
线性叠加来表示。
正规模并不是唯一的。可以用各种不同的正规模叠加来表示，因而也有不 同的耦合系数形式。最重要的正规模有两类，一类是理想波导正规模，另一
CHAPTER Ⅲ
Optical Fiber
FIBER MANUFACTURE
r Buffer tube: d = 1mm Protective polymerinc coating Cladding: d = 125 - 150 m n1 n2 Core: d = 8 - 10 m
导波光学 第二章
0 0, 从而将光波近似看作光线,可采用几何光学
优点：简便，直观
缺点：不精确，不全面，不能解释诸如模式 分布、包层模、模式耦合以及光场分布等现象
/
All rights reserved © 2014, Suzhou University of Sicence and Technology
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介质的电磁性质 方程 。对于各向同性、线性介质、非铁磁质， 介质的电磁性质方程 为：
D E
B H
电磁波理论分析法
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这是一种严格的分析方法，从光波的本质特 性电磁波出发，通过求解电磁波所遵守的麦克 斯韦方程，导出电磁波的场分布。 优点：具有理论上的严谨性，未做任何前 提近似精确，全面反应光和光信号的传播特性 缺点：分析过程较为复杂
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分析光波导中光波传输特性的方法
1. 射线光学分析法 2. 电磁波理论分析法
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2.2 光线在介质中的传播特性
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导波光学
导波光学清华大学电子工程系范崇澄等编著内容简介本书系1988年出版的同名教材的修改版。
全书由九章增至十二章，系统讨论了用于光通信、光传感和光信息处理的光波导的基本原理和特性。
内容包括光波理论的一般问题、平面与条形光波导、耦合波理论、阶跃和渐变折射率光导纤维中的场解、光波导中的损耗、信号沿光波导传输时的弥散、单模光纤中的双折射和偏振态的演化、光纤光栅、有源掺杂光纤以及光纤中的非线性等内容。
在叙述中强调基本物理概念和处理方法的思路，并介绍了本学科近期发展的某些重要成果。
本书适合于有关光通信、信息光电子学、电子物理、以及微波技术等专业的大学高年级学生及研究生阅读，并可作为有关领域的教学、科学研究和工程技术人员参考。
教学大纲总学时：60。
授课方式：讲课+自学。
主要内容（根据需要有所取舍）：第一章光导波理论的一般问题§1-1 导波光学的基本问题及研究方法§1-2 几何光学方法§1-3 波动光学方法及波动方程§1-4 电磁波在介质界面上的反射及古斯-汉欣位移§1-5 光波导中模式的基本性质§1-6 弱导近似§1-7 传播常数（本征值）的积分表达式及变分定理§1-8 相速、群速及色散特性§1-9 本地平面波方法§1-10 光束的衍射·几何光学及本地平面波方法的应用范围§1-11 介质波导与金属波导的若干比较第二章平面及条型光波导§2-1 用本地平面波方法平面光波导的本征值方程§2-2 用电磁场方法求解平面光波导§2-3 条形光波导的近似解析解§2-4 条形光波导的数值解法概述第三章耦合模理论§3-1 模式正交性的及模式展开§3-2 导波模式的激励§3-3 耦合模方程及耦合系数§3-4 耦合模理论的局限及其改进第四章导波光束的调制§4-1 光波调制的一般概念§4-2 晶体的电-光特性§4-3 光波导的电-光调制§4-4 定向耦合型调制器/开关第五章阶跃折射率光纤中的场解§5-1 数学模型及波动方程的解§5-2 模式分类准则及模式场图(本征函数)§5-3 导波模的色散特性及U值的上、下限§5-4 色散特性的进一步简化§5-5 弱导光纤中场的标量近似解—线偏振模§5-6 平均功率与功率密度§5-7 模式场的本地平面波描述第六章渐变折射率弱导光纤中的场解§6-1 无界抛物线折射率弱导光纤中场的解析解§6-2 WKB法求解导波模的本征函数及本征值§6-3 模式容积及主模式号·泄漏模§6-4 单模光纤的近似解法（一）——高斯近似§6-5 单模光纤的近似解法(二) -- 等效阶跃光纤近似（ESF）§6-6 单模光纤的近似解法(三) - 矩等效阶跃折射率近似及其改进§6-7 单模光纤的模场半径§6-8 单模光纤的截止波长第七章光波导中的传输损耗§7-1 损耗起因和损耗谱§7-2 本征吸收及瑞利散射损耗§7-3 杂质吸收§7-4 弯曲损耗§7-5 弯曲过渡损耗§7-6 连接损耗第八章信号沿线性光波导传输时的畸变§8-1 脉冲沿线性光波导传输时畸变的起因及描述方法§8-2 材料色散§8-3 g型多模光纤的模间弥散§8-4 单模光纤的色散§8-5 单模光纤的色散对系统色散的影响§8-6 新型石英系光纤第九章单模光波导中的双折射及偏振态的演化§9-1 双折射现象及其意义§9-2 双折射光纤的参数及其分类§9-3 光纤中的线双折射§9-4 光纤中的圆双折射§9-5 偏振态沿光纤的演化（一）—琼斯矩阵法§9-6 单模光纤中偏振态的演化(二)—邦加球法§9-7 偏振模色散在邦加球上的描述第十章光纤光栅§10-1 概述§10-2光纤布拉格光栅(FBG)的基本原理、结构和分析方法§10-3 常见的FBG§10-4 采样布拉格光栅(SBG)§10-5 长周期光纤光栅第十一章掺铒光纤放大器§11-1 引言§11-2 掺铒光纤放大器的基本工作原理与特性§11-3 EDFA内部物理过程的进一步讨论和Giles参数§11-4 EDFA的稳态工作特性§11-5 EDFA中的增益瞬态过程§11-6 EDFA的设计原则第十二章光纤中的非线性效应§12-1 引言§12-2 光纤中的非线性薛定鄂方程§12-3 光纤中的受激散射§12-4 光纤中的四波混频效应§12-5 自相位调制（SPM）§12-6 非线性色散光纤中信道内的噪声演化与调制不稳定性§12-7 信道间的串扰噪声：互相位调制(XPM)和受激拉曼散射(SRS) 结语。