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第1章 光纤光学基础1

1.1 引言1

1.2 光纤基本结构及分类2

1.2.1 光纤基本结构2

1.2.2 光纤典型分类2

1.2.3 光纤拉制简介5

1.3 光纤的重要参量9

1.3.1 光纤的数值孔径9

1.3.2 光纤的相对折射率差10

1.3.3 光纤的归一化频率10

1.4 光纤的光学与物化特性10

1.4.1 光纤的特征参数10

1.4.2 光纤的光学特性10

1.4.3 光纤的物化特性14

小结15

思考与习题15

第2章 光纤光学的基本理论17

2.1 引言17

2.2 光纤的光线理论18

2.2.1 程函方程18

2.2.2 光线方程20

2.2.3 光线方程的应用21

2.3 光纤的波动理论23

2.3.1 麦克斯韦方程组23

2.3.2 波动方程23

2.3.3 亥姆霍兹方程24

2.3.4 波导场方程25

2.3.5 波导场的场解26

小结29

思考与习题29

第3章 光纤的光线理论分析31

3.1 引言31

3.2 均匀光纤的光线理论分析31

3.2.1 均匀光纤中的光线种类31

3.2.2 子午光线的传输分析32

3.2.3 偏斜光线的传输分析34

3.2.4 弯曲光纤的光线传输分析35

3.2.5 斜端面光纤的光线传输分析38

3.2.6 圆锥形光纤的光线传输分析39

3.3 渐变光纤的光线理论分析41

3.3.1 渐变光纤中的光线种类41

3.3.2 渐变光纤的光线方程41

3.3.3 渐变光纤的子午光线分析42

3.3.4 渐变光纤的螺旋光线分析43

小结44

思考与习题44

第4章 光纤的波动理论分析46

4.1 引言46

4.2 均匀光纤的波动理论分析46

4.2.1 径向场方程46

4.2.2 本征解选取47

4.2.3 模式及分类50

4.2.4 模式本征值50

4.2.5 色散曲线与单模条件53

4.2.6 弱导光纤与线偏振模54

4.2.7 均匀光纤电磁场分布57

4.3 渐变光纤的波动理论分析60

4.3.1 基本方程61

4.3.2 平方律解析法61

4.3.3 WKB分析法62

4.3.4 级数近似法63

小结65

思考与习题66

第5章 单模光纤的性质及分析67

5.1 引言67

5.2 均匀单模光纤分析68

5.2.1 模场精确分析68

5.2.2 模场近似分析72

5.2.3 功率分布分析73

5.3 渐变单模光纤分析74

5.3.1 等效阶跃型光纤法74

5.3.2 等效平方律光纤法77

5.4 单模光纤的双折射79

5.4.1 光纤双折射类型79

5.4.2 典型本征双折射80

5.4.3 典型感应双折射80

小结82

思考与习题83

第6章 微结构光纤特性及分析84

6.1 引言84

6.2 微结构光纤分类及特性84

6.2.1 微结构光纤导光机制84

6.2.2 微结构光纤典型分类86

6.2.3 微结构光纤特性分析87

6.3 微结构光纤典型分析方法91

6.3.1 有效折射率模型91

6.3.2 全矢量分析模型93

6.3.3 典型全矢量分析法94

6.4 微结构光纤设计分析102

6.4.1 类六边形空孔带隙可调MSF102

6.4.2 双波段一维单偏振单模MSF104

6.4.3 双波段二维单偏振单模MSF108

小结110

思考与习题110

第7章 光纤无源和有源器件112

7.1 引言112

7.2 光纤无源器件分析112

7.2.1 光纤耦合器112

7.2.2 光纤偏振器119

7.2.3 光纤滤波器122

7.2.4 光纤隔离器125

7.2.5 光纤衰减器125

7.2.6 光纤开关126

7.2.7 光纤连接器126

7.3 光纤有源器件分析127

7.3.1 光纤激光器128

7.3.2 光纤放大器129

7.4 光纤器件发展分析132

7.4.1 光纤无源器件发展分析132

7.4.2 光纤有源器件发展分析133

7.4.3 光纤器件技术研究方向135

小结136

思考与习题137

第8章 光纤光栅及其应用138

8.1 引言138

8.2 光纤光栅基础139

8.2.1 光纤光栅基本类型139

8.2.2 折射率分布与反射谱140

8.2.3 光纤光栅制作技术143

8.3 光纤光栅理论147

8.3.1 光纤光栅典型理论147

8.3.2 光纤光栅基本性质150

8.3.3 传感解调关联理论152

8.4 光纤光栅应用158

8.4.1 光纤光栅在通信领域的应用158

8.4.2 光纤光栅在传感领域的应用161

8.4.3 光纤光栅及器件的研究方向171

小结172

思考与习题173

第9章 光纤器件设计及研制175

9.1 引言175

9.2 光纤器件设计方法176

9.2.1 基本设计思想176

9.2.2 主要设计步骤176

9.2.3 典型设计方法180

9.3 典型光纤器件研制184

9.3.1 光纤器件加工184

9.3.2 强度型器件研制184

9.3.3 干涉型器件研制192

9.3.4 微结构器件研制198

9.4 特种光纤及其应用202

9.4.1 掺杂光纤及其应用202

9.4.2 塑料光纤及其应用203

9.4.3 红外光纤及其应用204

9.4.4 紫外光纤及其应用204

9.4.5 敏化光纤及其应用205

小结206

思考与习题207

第10章 光纤技术及其应用208

10.1 引言208

10.2 光纤通信技术208

10.2.1 光纤通信原理208

10.2.2 光纤通信系统209

10.2.3 多信道复用技术214

10.2.4 全光纤通信系统216

10.2.5 光纤通信网218

10.3 光纤传感技术221

10.3.1 光纤传感原理221

10.3.2 光纤传感器建模222

10.3.3 光纤传感器225

10.3.4 光纤传感网226

10.4 光纤新技术简介232

10.4.1 光纤拉制新技术232

10.4.2 光纤处理新技术234

10.4.3 光纤器件研制新技术237

小结238

思考与习题239

第11章 光纤特征参数的测量241

11.1 引言241

11.2 光纤测量常用仪器242

11.2.1 光源243

11.2.2 光纤熔接机247

11.2.3 光谱分析仪248

11.2.4 光功率计248

11.2.5 光波长计249

11.2.6 光时域反射计251

11.3 光纤几何参数测量252

11.3.1 几何特征参数252

11.3.2 测量注入条件253

11.3.3 典型测量方法254

11.4 光纤折射率分布测量255

11.4.1 折射近场法256

11.4.2 近场扫描法257

11.5 光纤数值孔径测量258

11.5.1 远场强度有效数值孔径259

11.5.2 典型测量方法259

11.6 光纤衰减测量260

11.6.1 光纤衰减机理260

11.6.2 典型测量方法261

11.7 光纤色散测量263

11.7.1 光纤色散机理263

11.7.2 典型测量方法263

11.8 光纤模场直径测量265

11.8.1 模场直径定义265

11.8.2 典型测量方法266

11.9 高双折射光纤拍长测量267

11.9.1 光纤拍长定义267

11.9.2 典型测量方法269

小结274

思考与习题274

第12章 光纤非线性效应及其应用276

12.1 引言276

12.2 光纤非线性效应276

12.2.1 光纤的非线性效率276

12.2.2 光纤的非线性特性277

12.3 光脉冲传输方程283

12.3.1 非线性介质中的波动方程283

12.3.2 分析法推导光脉冲传输方程284

12.3.3 因素法推导光脉冲传输方程288

12.3.4 光脉冲传输方程的简化形式291

12.4 光纤光孤子及其应用292

12.4.1 光纤中的光孤子292

12.4.2 光纤中光孤子的传输295

12.4.3 光孤子通信关键技术298

12.4.4 光孤子通信应用展望300

小结304

思考与习题304

参考文献306

附录A 英文缩略语309