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第1章 光波导分析基础1

1.1 光波基本方程1

1.1.1 麦克斯韦方程1

1.1.2 物质方程1

1.1.3 波动方程2

1.1.4 电磁场边界条件3

1.1.5 坡印亭矢量4

1.2 平面电磁波的反射与折射5

1.2.1 反射定律与折射定律5

1.2.2 菲涅耳（Fresnel）公式6

1.2.3 布儒斯特（Brewster）角7

1.2.4 全反射8

1.2.5 古斯-汉欣位移9

第2章 介质平板波导12

2.1 平板光波导的线光学模型12

2.1.1 平板光波导12

2.1.2 平板波导的模式13

2.1.3 平板波导的导模13

2.1.4 平板波导的传播常数15

2.2 平板波导的电磁理论20

2.2.1 平板波导的波动方程20

2.2.2 模式的定性分析22

2.2.3 TE导模23

2.2.4 TM导模27

2.2.5 波导的归一化参数28

参考文献30

第3章 转移矩阵理论31

3.1 转移矩阵及其基本性质31

3.1.1 转移矩阵的建立31

3.1.2 转移矩阵的基本性质33

3.2 模式本征方程38

3.2.1 TE导模38

3.2.2 TM导模39

参考文献39

第4章 多层平板波导40

4.1 非对称多层平板波导40

4.1.1 非对称四层平板波导40

4.1.2 非对称多层平板波导44

4.2 对称多层平板波导46

4.2.1 对称三层平板波导46

4.2.2 对称五层平板波导47

4.2.3 “W”型波导49

4.2.4 平板耦合波导52

参考文献55

第5章 渐变折射率波导56

5.1 光线近似方法57

5.1.1 色散方程57

5.1.2 转折点处的相移58

5.2 WKB法近似60

5.2.1 场的近似表示60

5.2.2 转折点附近的近似解61

5.2.3 存在两个转折点时的解62

5.2.4 存在突变折射率时的解63

5.2.5 突变折射率附近的“埋入”模64

5.2.6 WKB方法的近似实质66

5.3 分析转移矩阵（ATM）方法67

5.3.1 模式本征方程68

5.3.2 转折点处的相移71

5.3.3 折射率不连续平板波导的计算实例72

5.3.4 线性谐振子“事件”74

5.3.5 积分形式的散射子波相位贡献74

5.3.6 场分布的计算76

参考文献77

第6章 泄露波导79

6.1 四层泄露波导79

6.1.1 泄露波导的色散方程79

6.1.2 传播常数的变化81

6.1.3 转移矩阵理论81

6.2 弯曲波导83

6.2.1 直波导等效法83

6.2.2 四层波导近似法88

6.2.3 保角变换矩阵分析方法91

参考文献95

第7章 光波导特征参数的表征96

7.1 棱镜-波导耦合系统96

7.1.1 工作原理和m线光谱学96

7.1.2 反射率公式与衰减全反射（ATR）谱98

7.1.3 光波导薄膜厚度和折射率的测量101

7.2 光波导传输损耗的测量103

7.2.1 光波导传输损耗的微扰计算103

7.2.2 端面耦合法106

7.2.3 滑动棱镜法107

7.2.4 数字化散射方法107

7.3 光波导非线性光学参数的测量109

7.3.1 极化聚合物薄膜电光系数的测量109

7.3.2 聚合物薄膜热光系数的测量110

参考文献112

第8章 矩形介质波导114

8.1 马卡提里近似解析法115

8.1.1 近似假设115

8.1.2 Exmn模式分析116

8.1.3 Eymn模式分析119

8.1.4 平板波导变换119

8.2 有效折射率法121

8.2.1 分析基础121

8.2.2 模式本征方程122

8.2.3 脊形波导和条载波导123

参考文献126

第9章 表面等离子波127

9.1 金属的光学性质127

9.1.1 波在导体中的传播127

9.1.2 金属介电常数的初等电子理论129

9.2 金属与介质界面上的表面等离子波（SPW）130

9.2.1 表面等离子波的存在条件131

9.2.2 损耗132

9.2.3 表面等离子波的激发133

9.2.4 场的增强效应135

9.3 双波长法测量金属薄膜的厚度和介电系数136

9.3.1 测量原理136

9.3.2 实验与测量138

9.4 金属薄膜结构中的长程表面等离子波（LRSPW）139

9.4.1 色散关系139

9.4.2 损耗142

9.4.3 长程表面等离子波的激发144

9.4.4 长程表面波场的增强效应145

9.5 单次扫描法测量金属薄膜的厚度和介电常数146

9.5.1 测量原理147

9.5.2 实验和测量148

参考文献149

第10章 金属包覆介质波导150

10.1 非对称金属包覆介质波导150

10.1.1 色散性质150

10.1.2 损耗154

10.2 对称金属包覆介质波导157

10.2.1 色散性质157

10.2.2 TM0模和TM1模158

10.2.3 TM0模和TM1模的简并161

10.3 对称金属包覆介质波导的直接耦合方法163

10.3.1 耦合原理163

10.3.2 亚毫米尺度波导中的超高阶导模164

参考文献165

第11章 非均匀光波导折射率分布的测量167

11.1 IWKB法167

11.1.1 有效折射率对应坐标的确定167

11.1.2 IWKB法的局限性169

11.2 IATM法169

11.2.1 有效折射率对应坐标的确定169

11.2.2 IATM和IWKB两种方法的比较169

11.3 近表面折射率的确定170

11.3.1 理论模型171

11.3.2 数值论证172

11.3.3 实验方法与测量结果174

11.4 利用两种偏振模确定少模波导的折射率分布176

11.4.1 全介质波导与单面金属包覆波导176

11.4.2 少模波导折射率分布的测量177

参考文献179

第12章 周期性波导180

12.1 矩形皱阶周期性波导180

12.1.1 从矩形皱阶周期性波导到多层光学薄膜的变换180

12.1.2 转移矩阵与耦合系数182

12.1.3 前进波与后退波185

12.2 任意形状皱阶周期性波导190

12.2.1 分布反馈系数的解析公式190

12.2.2 典型的周期性皱阶193

参考文献197

第13章 多量子阱光波导198

13.1 阶跃折射率分布多量子阱光波导198

13.1.1 无限扩展周期性多层薄膜中的等效介电系数198

13.1.2 多量子阱波导的等效折射率199

13.2 任意折射率分布多量子阱光波导204

13.2.1 等效折射率方法204

13.2.2 非等效折射率方法208

13.3 分层复合材料中的非线性增强效应212

13.3.1 无限扩展分层复合材料中的非线性一次增强效应212

13.3.2 分层复合材料光波导中的非线性二次增强效应216

参考文献218

第14章 衰减全反射型光器件219

14.1 迅衰场传感器219

14.1.1 SPR传感器219

14.1.2 泄漏波导（LW）传感器221

14.1.3 反对称波导（RSW）传感器221

14.2 光波导振荡传感器222

14.2.1 溶液浓度传感器223

14.2.2 位移传感器224

14.3 灵敏度分析225

14.3.1 灵敏度的定义225

14.3.2 传感效率的意义226

14.4 光波导滤波器227

14.4.1 可调谐窄带滤波器227

14.4.2 可调谐梳状滤波器229

14.5 反射型聚合物波导电光器件230

14.5.1 电光调制器230

14.5.2 电光衰减器233

参考文献233

第15章 由古斯-汉欣位移引出的几个问题235

15.1 光波导中的困惑235

15.1.1 光线理论与电磁场理论的碰撞235

15.1.2 侧向相移分量的引入236

15.2 盖尔斯-特纳尔斯干涉仪中的因果律佯谬237

15.2.1 盖尔斯-特纳尔斯干涉仪237

15.2.2 因果律佯谬的解释238

15.3 等离子镜面上全反射的因果律佯谬239

15.3.1 等离子镜面上的全反射239

15.3.2 因果律佯谬的解释240

15.3.3 光波导中的深入分析240

15.4 古斯-汉欣时间的一般形式242

15.4.1 平板波导的群速242

15.4.2 古斯-汉欣时间的一般形式244

15.5 共振激发引起的侧向位移增强效应245

15.5.1 表面等离子波共振245

15.5.2 导波共振246

参考文献247

第16章 薛定谔方程248

16.1 一维任意势阱的能量本征值方程248

16.1.1 一维方势阱248

16.1.2 一维任意势阱251

16.2 一维任意双势阱的能级分裂254

16.2.1 一维方形双势阱254

16.2.2 一维任意对称双势阱256

16.3 一维系统中精确的量子化条件258

16.3.1 经典与半经典的量子化条件258

16.3.2 精确的量子化条件259

参考文献259