光波導理論 吳重慶 9787302632443 【台灣高等教育出版社】

編輯推薦
本書物理概念清晰，理論嚴謹，知識結構完整，數學工具與物理概念結合的方式易於教學與自學。

內容簡介
隨著光纖通信、光纖感測以及光無源器件和有源器件的飛速發展，作為它們共同的理論基礎——光波導理論出現了一系列新的突破，將這些新理論、新原理加以系統化，充實到原有理論體系之中，是當前的一個緊迫問題。本書改變了以往光纖理論的單模光纖、多模光纖的程式，以光波導的結構演變為主線，強調理論自身的邏輯性，系統地研究了不同結構光波導的不同概念、特性及相互聯繫 ，特別加強了光波導的模式理論、傳輸特性、雙摺射現象和模式耦合知識。全書思路清晰，知識結構完整，注重講述不同類波導的獨特分析方法，密切結合光纖通信的最新發展。

作者簡介
吳重慶教授，男， 博士生導師，北京交通大學光信息科學與技術研究所所長。從事導波光學、非線性光纖光學、光纖通信、光纖感測、光網路、全光信號處理等方面的科研與教學工作近40餘年，主持國家863項目、國家自然基金項目，共發表論文420餘篇。獲國家發明專利授權23項。獲部級科技進步三等獎1項（排名第1）。

目錄
寫在前面
緒論
第1章光波的一般理論
1 1光場
1 1 1光場的頻域描述
1 1 2頻域麥克斯韋方程與亥姆霍茲方程
1 1 3時域復振幅與復矢量的概念
1 1 4時域麥克斯韋方程與亥姆霍茲方程
1 2光波
1 2 1光波的概念——頻域描述
1 2 2光波的概念——時域描述
1 2 3光波縱向分量與橫向分量的關係
1 2 4光線的概念
第1章小結
第1章思考題
第2章正規光波導
2 1正規光波導的模式
2 1 1模式的概念
2 1 2模式場的縱向分量與橫向分量的關係
2 1 3模式的分類
2 1 4正向模與反向模的關係
2 1 5模式的正交性
2 2傳輸常數的積分表達式
2 3偏振問題——四元數方法
2 3 1引言
2 3 2偏振態描述的一般方法
2 3 3偏振態描述的四元數方法
第2章小結
第2章思考題
第3章均勻光波導
3 1概述
3 2階躍平面光波導
3 2 1模式場
3 2 2特徵方程
3 2 3截止條件，單模傳輸及遠離截止頻率的情形
3 3多層平面光波導
3 3 1一般概念
3 3 2轉移矩陣法
3 3 3多層對稱平面光波導
3 4矩形光波導
3 4 1馬卡梯里近似解法
3 4 2有效折射率法
3 4 3微擾法
3 5圓均勻光波導
3 5 1圓均勻光波導概述
3 5 2線偏振模與標量法
3 6二層圓均勻光波導(階躍光纖)
3 6 1二層圓均勻光波導概述
3 6 2矢量法
3 6 3標量法
3 7多層圓均勻光波導
3 7 1矢量法
3 7 2標量法
3 7 3三層圓光波導
第3章小結
第3章思考題
第4章正規光波導的傳輸特性
4 1概述
4 2群時延
4 3脈衝展寬與色散
4 3 1高斯脈衝展寬
4 3 2群相移
4 3 3輸入非歸零碼的情形
4 3 4更一般的脈衝展寬的概念
4 3 5色散的定量描述
4 3 6色散對於傳輸系統速率的限制
4 4高階色散與基本傳輸方程
4 5二層圓光波導的傳輸特性(單模光纖的傳輸特性)
4 6多層圓均勻光波導的傳輸特性
4 6 1基於歸一化傳輸常數b的分析方法
4 6 2基於矢量法的分析方法
第4章小結
第4章思考題
第5章非均勻光波導
5 1概述
5 2漸變折射率平面光波導
5 2 1非均勻平面波導的射線分析法
5 2 2漸變型折射率平面光波導的模式分析法
5 3非均勻平面光波導的近似解法
5 3 1WKB近似法
5 3 2變分法
5 3 3多層分割法
5 4平方律圓光波導
5 4 1射線法
5 4 2非均勻圓光波導的模式解法
5 4 3直角坐標系法
5 4 4柱坐標系法
5 5非均勻圓波導的近似解法
5 5 1高斯近似法
5 5 2級數解法
5 5 3伽遼金方法(變分法)
5 5 4少模與多模光纖的模式問題
第5章小結
第5章思考題
第6章非正規光波導
6 1概述
6 2正規光波導的輻射模與空間過渡態
6 3縱向模耦合方程
6 3 1弱導緩變光波導的模式耦合
6 3 2矢量模耦合方程
6 4光波導光柵
6 4 1均勻光柵的一般原理
6 4 2光纖光柵
6 5突變光波導
6 5 1光纖對接
6 5 2光纖的出射光場
6 5 3光纖與自聚焦透鏡的耦合
第6章小結
第6章思考題
第7章非圓光波導
7 1非圓光波導與雙摺射
7 1 1非圓光波導的概念
7 1 2雙摺射現象
7 2非圓均勻光波導
7 2 1一般解法(微擾法)
7 2 2二層非圓光波導
7 2 3橢圓芯階躍光纖
7 2 4非圓非均勻光波導
7 3偏振態演化的概念
7 3 1概述
7 3 2無損光波導的傳輸矩陣
7 3 3繆勒矩陣
7 3 4偏振主軸
7 3 5雙摺射分析的四元數方法
7 4任意坐標系下非圓正規光波導的一般解
7 5非圓非正規光波導中偏振態的演化
7 5 1偏振模耦合
7 5 2非圓非正規光波導的偏振特性
7 6偏振模色散
7 6 1偏振模色散的概念
7 6 2偏振模色散對光信號脈衝波形的影響
7 7高雙摺射光纖(保偏光纖)
7 7 1消光比與串音
7 7 2保偏光纖穩定輸出偏振態的原理
7 7 3線偏振態保持光纖和橢圓偏振態保持光纖
第7章小結
第7章思考題
第8章微結構圓光波導
8 1微結構圓光波導的概念
8 2內全反射型微結構圓光波導
8 2 1模式場和它滿足的方程
8 2 2圓對稱化
8 2 3其他方法簡介
8 3帶隙光纖
8 3 1概述
8 3 2空間周期性函數的頻域展開
8 3 3本徵值方程
8 3 4二值二維空間周期函數的頻譜
第8章小結
第8章思考題
第9章各向異性光波導
9 1各向異性光波導的概念
9 1 1材料的各向異性
9 1 2光在均勻各向異性材料中的傳播
9 1 3光從各向同性介質入射到各向異性介質時界面上的
雙摺射
9 2應力雙摺射
9 2 1本徵雙摺射與感應雙摺射的概念
9 2 2彈光效應與應力雙摺射
9 2 3應力型保偏光纖外應力作用下的偏振性能
9 2 4利用四元數方法分析多重雙摺射問題
9 3電光效應雙摺射
9 3 1介質的電光效應
9 3 2各向同性介質的電光效應
9 3 3各向異性介質的電光效應
9 4旋光性和磁光效應
9 4 1旋光性
9 4 2磁光效應
9 4 3隔離器與環行器
第9章小結
第9章思考題
第10章光波導間的橫向耦合
10 1正規光波導的橫向模式耦合
10 1 1橫向模耦合方程
10 1 2耦合波的特性
10 1 3用極化電流概念推導模耦合係數
10 1 4兩正圓光纖的橫向耦合
10 2緩變非正規型橫向耦合
10 3光纖耦合器
10 3 12×2光纖耦合器
10 3 23×3光纖耦合器
10 4光纖干涉儀
10 4 1光纖馬赫曾德爾干涉儀
10 4 2光纖邁克耳孫干涉儀和斐索干涉儀
10 4 3無源光纖環
10 4 4太赫茲光學非對稱解復用器
10 4 5附錄： 反演矩陣與法拉第旋鏡
10 5基於3×3耦合器的干涉儀
10 5 1光纖環形諧振腔——頻域
10 5 23×3耦合器干涉儀的時域應用
第10章小結
第10章思考題
第11章光波導的損耗與增益
11 1光波導損耗的一般概念
11 1 1無限大均勻介質的損耗
11 1 2光波導的波導損耗
11 2光纖的傳輸損耗
11 2 1石英光纖的材料損耗
11 2 2光纖的波導損耗
11 3光纖損耗的測量與光時域反射技術
第11章小結
第11章思考題
第12章相關數學公式
12 1復矢量
12 2四元數代數
第13章總結與匯總表
13 1總結
13 2各類光波導匯總表
參考文獻

前言/序言
距第2版的發行，匆匆已過十余年。在這十年中，光纖通信、光纖感測以及激光技術都在飛速發展，光波導的一些新概念、新結構、新原理、新方法紛紛湧現，如自由空間的異形波傳播、四元數偏振光學、周期結構光波導（俗稱光子晶體和光子晶體光纖）、保橢圓光纖、光纖應力下的雙摺射、電光效應、磁光效應等雙摺射效應、少模光纖、各向異性光波導、表面等離子波、亞波長光纖以及硅基波導，等等。在光的使用波段上，也大為拓展，如太赫茲波、紫外光波等。光波導不僅作為一種傳輸介質，比如光纖通信用的光纖，而且作為一種感知環境變化的感測元件，如光纖感測器，更多的是作為光信號處理器件，如光調製器等。作為它們共同的理論基礎——光波導理論必須順應這種發展潮流，將這些新理論、新原理加以系統化，充實到原有理論體系之中。同時，對於理論發展過程中的模糊概念也有必要清理和規範化。
另一方面，在吸納這些新成果的同時，更新后的光波導理論仍然需要堅守理論自身的邏輯性，強調以光波導的結構演變為主線，堅持對於不同結構光波導理論的系統性，堅持研究突出不同概念、特性及相互聯繫。作為一種基礎理論，光波導理論不應該被應用場合、製造工藝所左右。比如，光波導理論並沒有限定使用波長，只要滿足麥克斯韋方程規定的約束條件，都是正確的，所以，從理論上說，並不區分可見光波導、紅外波導、紫外波導以及太赫茲波導等； 再如，所謂少模光纖，亞波長光纖等，都僅僅是模式理論的一種特殊應用而已，儘管在實際的具體運用中，它們之間的區別還是很大的，然而在理論上卻沒有本質的不同。因此，它們都沒有必要單獨列出，只是在涉及這種應用狀態時，增加了相關的內容。
第3版仍然特別加強了光波導的模式理論、傳輸特性、雙摺射現象和模式耦合等基本概念的講述。與第2版相比，增加了復矢量光波、四元數偏振光學、多層平面光波導、矩形波導、周期結構圓光波導（光子晶體光纖）、漸變折射率平面光波導、波導光柵、高雙摺射光纖、各向異性光波導、各種感應雙摺射效應（彈光、電光、磁光等）、光纖的出射光場以及與自聚焦透鏡的耦合等前沿問題的章節，而且從頻域與時域兩個方面進行闡述。
全書思路清晰，知識體系更加完備，注重講述不同類波導的獨特分析方法。鑒於光波導理論的公式繁多，給讀者閱讀帶來不便，本書特別加強了文字與附圖的表述，使公式「活」起來。同時採用更高等的數學工具（第12章），使概念一目了然。希望讀者能夠藉助這些數學工具，更深刻地理解相關的物理概念與解決問題的思路。最後，本書還密切結合光纖通信、光纖感測以及激光技術的最新發展，供研究生及從事光纖通信、光纖感測以及激光技術中波導設計的人員參考。
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作者
2021年2月