导波光学

第1章 绪论

第2章 导波光学的理论基础

2.1 电磁场的基本方程

2.1.1 麦克斯韦方程组、物质方程、边值关系

2.1.2 亥姆霍兹方程

2.1.3 正规光波导中模式场的亥姆霍兹方程及模式的概念

2.1.4 电磁场和模式场的横向分量与纵向分量的关系

2.2 光线在介质中的传播特性

2.2.1 反射定律、折射定律与全反射

2.2.2 古斯-汉欣（Goos-Haerchen）位移

2.2.3 射线光学基础

习题

第3章 平面光波导

3.1 三层均匀平面波导的射线分析法

3.2 三层均匀平面波导的电磁场分析法

3.2.1 一般平面波导中模式的种类

3.2.2 三层均匀平面波导中模式场的场分布与本征值方程

3.2.3 模截止及波导中的传输模式数

3.2.4 归一化参量

3.3 非均匀平面波导的射线分析法

3.3.1 光线在非均匀平面波导中的轨迹

3.3.2 非均匀平面波导中的本征值方程

3.4 平方律分布渐变型折射率平板波导

3.4.1 TE导模

3.4.2 TM导模

3.5 WKB近似法

3.6 变分法

3.6.1 传播常数的积分表达式和变分法

3.6.2 变分法的应用

3.7 有限元法简介

3.7.1 基于变分思想的有限元法

3.7.2 基于加权余量法思想的有限元法

3.8 多层分割法

习题

第4章 金属包层平板介质波导

4.1 金属的光频特性

4.1.1 金属中的亥姆霍兹方程和复相对电容率

4.1.2 金属光频特性的初等电子论

4.2 等离子体表面波（SPW）

4.2.1 介质与金属分界面上的等离子体表面波

4.2.2 长程等离子体表面波

4.3 非对称金属包层介质波导

4.3.1 模式的本征方程

4.3.2 传播常数与模式特性

4.4 对称金属包层介质波导

习题

第5章 矩形介质波导

5.1 马卡梯里近似解法

5.1.1 马卡梯里近似

5.1.2 矩形波导中导模的场分布及其本征值方程

5.1.3 传播常数和模场场分布的计算实例

5.1.4 求解本征值（传播常数）的近似公式

5.2 有效折射率法

5.3 微扰法

5.4 变分法

习题

第6章 圆光波导

6.1 阶跃光纤的射线分析法

6.1.1 光纤中的光线种类

6.1.2 数值孔径

6.1.3 子午光线的色散和时延差

6.2 二层阶跃光纤矢量模的分析方法

6.2.1 矢量模的分析方法

6.2.2 矢量模模式场各分量的解

6.2.3 特征方程

6.2.4 对特征方程的讨论

6.3 二层阶跃光纤标量模的分析方法

6.3.1 标量模的分析方法

6.3.2 标量模的场分布

6.3.3 特征方程

6.3.4 截止条件

6.3.5 远离截止的条件

6.3.6 矢量模与标量之间的关系

6.4 渐变折射率光纤的分析——高斯近似法

6.5 光纤的传输特性——色散

6.5.1 基本传输方程

6.5.2 群时延

6.5.3 脉冲展宽

6.5.4 色散

6.5.5 二层阶跃光纤的色散

6.6 光纤的损耗

6.6.1 吸收损耗

6.6.2 散射损耗

6.6.3 弯曲损耗

习题

第7章 光波导的横向耦合

7.1 光波导的横向模耦合

7.1.1 模耦合方程

7.1.2 模耦合方程的解

7.2 平板定向耦合器

7.3 棱镜耦合器

7.3.1 棱镜耦合器的工作原理

7.3.2 输出耦合器

7.3.3 输入耦合器

习题

第8章 非正规光波导

8.1 概述

8.2 非正规光波导的模耦合方程

8.2.1 耦合方程的一般形式

8.2.2 弱导情况下耦合方程的形式

8.2.3 考虑正、反向模情况下耦合方程的形式

8.3 光纤光栅

8.4 光纤的对接——突变光波导

习题

附录Ⅰ 模式场的纵向分量与横向分量之间关系的推导

附录Ⅱ 古斯-汉欣位移的推导

附录Ⅲ 矩形波导中的导模模式

附录Ⅳ 矩形波导传播常数和场分布的计算程序

附录Ⅴ 脉冲信号基本传输方程的推导

参考文献

本书以经典电磁波理论和近代光学理论为基础,系统地论述了光波导的基本概念、基本理论和各种典型的分析方法。全面讲述了平面光波导、金属包层平板介质波导、矩形介质波导和圆光波导的基本原理。在此基础上，对光波导的横向耦合和纵向耦合问题分别进行了讨论。本书适合光信息科学与技术、光纤通信、光学工程、应用物理等专业的学生作为教材或参考教材使用。