光纖光學

《光纖光學（第四版）》較系統地論述光纖光學的基本理論及光纖的傳輸特性與主要性能參數的測試技術，介紹一些正在發展的有源與無源光纖器件，並闡述光纖在通信和傳感方面的應用。《光纖光學（第四版）》內容全面、系統，理論敍述深入淺出，注重介紹各種實用技術和研究成果，每章後附有習題與參考文獻。另外教材配有線上教學資源—愛課程（中國大學MOOC）“光纖光學”，提供了知識點教學微視頻、線上測試、線上互動等豐富的線上教學資源，供讀者學習與進一步研究。

前言

第1章 緒論 1

1.1 光纖及其分類 2

1.2 光纖的製備工藝 5

1.3 光纖光學的發展 8

習題與思考 8

參考文獻 9

第2章 光纖光學的基本方程 10

2.1 麥克斯韋方程與亥姆霍茲方程 11

2.2 程函方程與射線方程 14

2.3 波導場方程 16

2.4 模式及其基本性質 16

習題與思考 21

參考文獻 22

第3章 階躍折射率光纖 23

3.1 幾何光學方法分析 23

3.2 波導場方程及導模本徵解 26

3.3 本徵值方程 28

3.4 模式分析 29

3.4.1 光纖中的模式及其分類 29

3.4.2 模式本徵值 31

3.4.3 色散曲線與單模條件 36

3.5 弱導光纖與線偏振模 37

3.5.1 LPlm模式的本徵解 38

3.5.2 本徵值方程 41

3.5.3 截止和遠離截止條件 41

3.5.4 導模數目 42

3.5.5 導模場分佈圖 44

3.5.6 導模縱向功率流 45

3.5.7 模式輸出特性 46

習題與思考 47

參考文獻 48

第4章 漸變折射率光纖 49

4.1 幾何光學方法分析 49

4.2 波導場方程及模式性質 57

4.3 平方律折射率分佈光纖中的導模場解 59

4.4 任意折射率分佈光纖中的導模場解 62

4.4.1 WKB法的基本思想 62

4.4.2 導模本徵值 64

4.4.3 場的輸出特性 66

4.5 單模光纖中的導模場解 68

4.5.1 理想階躍型單模光纖的場解 68

4.5.2 單模光纖的高斯近似解 69

4.5.3 漸變型光纖的等效階躍型光纖近似解 74

4.5.4 單模光纖的雙折射 80

習題與思考 81

參考文獻 82

第5章 光纖的特徵參數與測試技術 83

5.1 光纖的損耗 83

5.1.1 光纖材料的吸收損耗 84

5.1.2 散射損耗 85

5.1.3 光纖的彎曲損耗 86

5.2 光纖的色散與帶寬 92

5.2.1 階躍型弱導光纖的色散 93

5.2.2 漸變型弱導光纖中的脈衝展寬 99

5.2.3 均方脈寬與傳輸帶寬的關係 102

5.3 單模光纖模場半徑 104

5.4 單模光纖截止波長 106

5.5 光纖參數測試技術 106

5.5.1 注入條件與穩態分佈 107

5.5.2 損耗的測量 109

5.5.3 折射率分佈的測量 112

5.5.4 帶寬測量 115

5.5.5 數值孔徑的測量 118

5.5.6 模場半徑的測量 119

5.5.7 截止波長的測量 121

5.5.8 彎曲損耗測量 122

5.5.9 光纖雙折射測量 123

習題與思考 124

參考文獻 125

第6章 光纖無源與有源器件 127

6.1 自聚焦透鏡 127

6.1.1 自聚焦透鏡的成像理論 128

6.1.2 自聚焦透鏡的成像性質 134

6.1.3 幾種重要的自聚焦透鏡及其應用 136

6.1.4 C-Lens的工作原理及其應用 139

6.2 光纖定向耦合器 141

6.2.1 耦合器的基本知識 141

6.2.2 耦合器的性能參數及製備工藝 142

6.2.3 耦合器的工作原理 143

6.2.4 常用耦合器的介紹 149

6.3 光纖光柵 151

6.3.1 光纖光柵的分類 152

6.3.2 布拉格光纖光柵的模式耦合理論和反射譜分析 153

6.3.3 長週期光纖光柵的模式耦合理論和透射譜分析 158

6.3.4 光纖光柵的製備 162

6.3.5 光纖光柵的主要應用 164

6.4 光隔離器與環行器 166

6.4.1 光隔離器 166

6.4.2 光環形器 169

6.5 光纖放大器與光纖激光器 171

6.5.1 摻鉺光纖放大器 171

6.5.2 摻鉺光纖激光器 185

習題與思考 194

參考文獻 196

第7章 光纖的連接與耦合技術 198

7.1 光纖-光纖的連接損耗 198

7.1.1 多模光纖連接損耗的理論分析 200

7.1.2 單模光纖連接損耗的理論分析 202

7.2 光纖固定接續 205

7.2.1 光纖端面製備 206

7.2.2 光纖對準調節 207

7.2.3 光纖的固定 210

7.3 光纖活動連接器 212

7.4 光纖-光源的耦合 214

7.4.1 朗伯光源與光纖的耦合 215

7.4.2 固體及氣體激光器與光纖的耦合 217

7.4.3 半導體激光二極管與光纖的耦合 218

7.5 光纖-光無源器件的耦合 223

7.5.1 透鏡系統 224

7.5.2 耦合效率 226

習題與思考 227

參考文獻 228

第8章 光子晶體光纖 230

8.1 光子晶體光纖的基本原理 230

8.2 光子晶體光纖的基本理論 235

8.3 光子晶體光纖的製備 240

8.4 光子晶體光纖的應用技術 242

8.4.1 折射率導光型PCF的應用 243

8.4.2 光子帶隙導光PCF的應用 246

習題與思考 248

參考文獻 248

第9章 特種光纖與光纜 251

9.1 色散位移與色散平坦光纖 251

9.2 色散補償光纖 253

9.3 全波光纖 254

9.4 保偏光纖 254

9.5 紅外光纖 255

9.6 衰減場光纖 258

9.7 照明光纖 261

9.8 其他特種光纖 262

9.9 光纖成纜技術 266

習題與思考 271

參考文獻 271

第10章 光纖應用技術 273

10.1 光纖通信 273

10.2 光纖傳感 278

10.3 光纖醫療 283

10.4 光纖傳光 287

習題與思考 289

參考文獻 289