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第一章 波动及射线理论基础 1

1 马氏方程式 1

2 波动方程 6

3 Helmholtz方程 10

3-1 标量近似解 11

3-2 矢量解 13

4 平面波的一般特性 14

5 平面波的传输——传输线模拟 21

6 平面波的反射与折射 25

6-1 Snell定律 26

6-2 反射与传递(或折射)-Frensnel公式 28

6-3 全反射的相移 30

7 平面波和表面波、辐射波 31

8 射线光学基础-eikonal方程 35

8-1 eikonal方程 36

8-2 本地平面波 39

9 射线方程及简单应用 41

9-1 方程推导 41

9-2 简单举例 42

9-3 射线集(或光束)及焦散面定义 45

附录Ⅰ 47

第二章 介质薄膜波导 52

1 薄膜波导的一般分析——射线法 53

2 导波分析——射线法 57

2-1 导波特点及色散方程 58

2-2 截止条件、单模传输、模式数量 62

3 泄漏波 65

3-1 非均匀平面波 65

3-2 非均匀平面波的反射与传输 67

3-3 泄漏波特点 68

4 Goos-Hanchen位移与有效厚度 69

5 薄膜波导的导波——波动理论分析法 72

5-1 TE正规模 75

5-2 TM正规模 79

5-3 正规模的对称性 80

6 薄膜波导的辐射模、消失模及泄漏模——波动理论分析法 85

6-1 TE辐射模 85

6-2 TE泄漏模 87

6-3 TE消失波 89

7 折射率渐变的对称薄膜波导 91

7-1 抛物形剖面 92

7-2 指数形剖面 94

8 薄膜波导衰减简述 97

附录Ⅱ 101

第三章 介质带状波导 111

1 带状波导正规模近似分析 113

1-1 近似方法 113

1-2 E？模式分析 116

1-3 E？正规模分析结果的讨论 120

1-4 E？正规模 123

2 矩形介质波导——圆谐函数分析法 125

2-1 公式推导 126

2-2 边界匹配 129

2-3 场型 133

2-4 传输曲线 135

3 带状波导的弯曲 138

3-1 波导弯曲及坐标 139

3-2 E？电磁场的表达方法 140

3-3 边界匹配及色散方程 142

3-4 公式推导结果 146

3-5 E？衰减曲线说明 149

3-6 α/R大时的计算公式 151

3-7 结果分析与结论 153

附录Ⅲ 156

第四章 光纤 165

1 阶梯折射率光纤的分析——射线法 168

1-1 子午线及数字孔径 168

1-2 子午线及色散 171

1-3 偏射线 173

2 阶梯折射率光纤——标量近似分析法 175

2-1 横向电场近似解 177

2-2 特征方程或色散方程 179

2-3 截止条件和波型分类 181

2-4 各标量模的功率 187

3-1 本地平面波——射线 190

3 阶梯折射率光纤里正规模分析——射线分析法 190

3-2 正规模的色散方程 193

3-3 几种特殊情况-Whispering-Gallery模式 197

3-4 传输模式的数量M 198

4 阶梯折射率光纤的严格解——矢量场解 199

4-1 Helmholtz方程和EZ，HZ 200

4-2 马氏方程及其它分量解 203

4-3 边界条件及特征方程 204

4-4 截止条件和各种波型 208

4-5 场型图 216

4-6 远离截止时的情况 219

5 渐变折射率光纤——射线分析 220

5-1 在圆柱座标系里的射线方程 223

5-2 射线方程的解 225

5-3 子午线 227

5-4 偏射线和螺旋线 231

6 渐变折射率光纤的近似分析——WKBJ法 235

6-1 用WKBJ法分析均匀波导和薄膜波导 236

6-2 用WKBJ法分析非均匀波导 237

6-3 能传输的波数量M(β)有多少？ 241

6-4 模式群和它们的传输系数βρ 245

6-5 数字孔径和功率分布 248

7 光纤的衰减 250

7-1 物质的吸收损耗 251

7-2 物质的散射损耗 254

7-3 波导散射 256

7-4 光纤弯曲产生的辐射 257

7-5 外套损耗 259

8 光纤色散——脉冲展宽 263

8-1 材料色散 265

8-2 单模传输时的色散 268

8-3 什么是脉冲响应宽度均方根值？ 271

8-4 多模传输时脉冲响应展宽均方根值的普遍表示式 276

9 渐变折射率光纤的色散——折射率剖面的设计 283

9-1 渐变折射率光纤各模式群的群时延 283

9-2 脉冲响应展宽均方根值和α的选择 286

9-3 其它 291

附录Ⅳ 296

第五章 横向耦合元件分析理论 320

1 介质光波导耦合波方程 321

2 耦合波基本特性 330

3 光波导耦合系数 337

3-1 耦合系数的面积分形式 338

3-2 用极化电流概念推导耦合系数公式 341

4 耦合系数的计算举例 345

4-1 薄膜波导耦合系数计算 345

4-2 光纤波导耦合系数计算 348

5 场型分析求解耦合系数 355

5-1 耦合结构带状波导E？模式分析 358

5-2 kZ与Δβ值的计算 364

6 变分法的应用 365

6-1 传播常数的变分表示式 365

6-2 耦合系统解答 370

7 梯度变化横向耦合器 374

附录Ⅴ 380

第六章 光束耦合基本理论 386

1 用射线法分析直接轴向耦合 387

1-1 发光面与接收面之间功率传输 387

1-2 光纤轴向耦合的计算 388

2 用模式分析法分析直接轴向耦合 391

2-1 Born近似计算 391

2-2 模式分析计算法 400

3 薄膜光波导棱镜耦合的分析 410

3-1 棱镜耦合系统 410

3-2 棱镜耦合的分析计算 413

4-1 耦合模式之闻的基本关系式 425

4 栅状结构耦合器原理 425

4-2 矩形栅状耦合结构的分析 429

4-3 输入耦合效率的分析 438

第七章 光频调制器 444

1 电光晶体特性 445

1-1 介质介电常数张量特性 445

1-2 平面波在各向异性介质中的传播特性 452

1-3 几何图形法 457

1-4 电光效应 459

1-5 电场作用下晶体主轴座标变换计算举例 462

1-6 电光晶体调制的举例 466

2 声光晶体特性 475

2-1 声波光波效应 475

2-2 声光Bragg衍射作用的分析 480

3 光波导方向耦合调制器 488

3-1 光波导方向耦合调制器一般概念 489

3-2 等效折射率法 493

3-3 带状波导方向耦合调制器设计计算举例 494

4 耦合模波导调制器原理 502

4-1 耦合模波导调制基本方程 503

4-2 薄膜波导模式耦合调制设计计算举例 506

5 耦合模电光晶体波导调制器的分析 512

5-1 考虑旁频的模式耦合方程 513

5-2 双模式耦合方程 518

5-3 薄膜波导TE-TE模式调制 522

5-4 薄膜波导TM-TM与TE-TM模式调制 525

5-5 调制器的计算 528

6 声波光波波导调制分析基本理论 531

6-1 声波光波薄膜波导调制方程 532

6-2 Green函数法 535

6-3 功率平衡法 538

附录Ⅶ 542