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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3

1.2.3 光纤拉制简介6

1.3 描述光纤的重要参量13

1.3.1 光纤的数值孔径13

1.3.2 光纤的相对折射率差14

1.3.3 光纤的归一化频率14

1.4 光纤的光学与物化特性14

1.4.1 光纤的特征参数14

1.4.2 光纤的光学特性15

1.4.3 光纤的物化特性19

小结21

思考与习题21

第2章 光纤光学的基本理论23

2.1 引言23

2.2 光纤的光线理论24

2.2.1 程函方程24

2.2.2 光线方程27

2.2.3 光线方程的应用29

2.3 光纤的波动理论31

2.3.1 麦克斯韦方程组31

2.3.2 波动方程31

2.3.3 亥姆霍兹方程32

2.3.4 波导场方程33

2.3.5 波导场的场解35

小结39

思考与习题40

第3章 光纤的光线理论分析41

3.1 引言41

3.2 均匀光纤的光线理论分析42

3.2.1 均匀光纤中的光线种类42

3.2.2 子午光线的传输分析43

3.2.3 偏斜光线的传输分析46

3.2.4 弯曲光纤的光线传输分析47

3.2.5 斜端面光纤的光线传输分析51

3.2.6 圆锥形光纤的光线传输分析53

3.3 渐变光纤的光线理论分析55

3.3.1 渐变光纤中的光线种类55

3.3.2 渐变光纤的光线方程56

3.3.3 渐变光纤的子午光线分析57

3.3.4 渐变光纤的螺旋光线分析58

小结59

思考与习题60

第4章 光纤的波动理论分析62

4.1 引言62

4.2 均匀光纤的波动理论分析62

4.2.1 径向场方程形式62

4.2.2 本征解的选取63

4.2.3 模式及其分类67

4.2.4 模式本征值68

4.2.5 色散曲线与单模条件72

4.2.6 弱导光纤与线偏振模73

4.2.7 均匀光纤电磁场分布图77

4.3 渐变光纤的波动理论分析81

4.3.1 基本方程82

4.3.2 平方律光纤解析法82

4.3.3 WKB分析法84

4.3.4 级数近似法86

小结89

思考与习题90

第5章 单模光纤的性质及分析91

5.1 引言91

5.2 均匀单模光纤分析92

5.2.1 模场精确分析92

5.2.2 模场近似分析98

5.2.3 功率分布分析101

5.3 渐变单模光纤分析103

5.3.1 等效阶跃型光纤法103

5.3.2 等效平方律光纤法108

5.4 单模光纤的双折射110

5.4.1 光纤双折射类型111

5.4.2 典型本征双折射112

5.4.3 典型感应双折射113

小结115

思考与习题116

第6章 光纤无源和有源器件117

6.1 引言117

6.2 光纤无源器件分析118

6.2.1 光纤耦合器118

6.2.2 光纤偏振器128

6.2.3 光纤滤波器133

6.2.4 光纤隔离器136

6.2.5 光纤衰减器137

6.2.6 光纤连接器137

6.3 光纤有源器件分析139

6.3.1 光纤激光器139

6.3.2 光纤放大器142

6.4 光纤器件发展分析146

6.4.1 光纤无源器件发展分析146

6.4.2 光纤有源器件发展分析148

6.4.3 光纤器件技术研究方向150

小结151

思考与习题152

第7章 光纤技术及其应用154

7.1 引言154

7.2 光纤通信技术154

7.2.1 光纤通信原理154

7.2.2 光纤通信系统155

7.2.3 多信道复用技术162

7.2.4 光纤通信系统实例164

7.3 光纤传感技术168

7.3.1 光纤传感原理168

7.3.2 光纤传感器169

7.3.3 传感器建模171

7.4 典型光纤传感器175

7.4.1 强度型光纤传感器175

7.4.2 干涉型光纤传感器186

7.4.3 微结构光纤传感器194

7.5 特种光纤及其应用200

7.5.1 掺杂光纤及其应用200

7.5.2 塑料光纤及其应用201

7.5.3 红外光纤及其应用202

7.5.4 紫外光纤及其应用203

7.5.5 敏化光纤及其应用204

小结205

思考与习题206

第8章 光纤光栅及其应用207

8.1 引言207

8.2 光纤光栅基础207

8.2.1 光纤光栅基本类型208

8.2.2 折射率分布与反射谱210

8.2.3 光纤光栅制作技术214

8.3 光纤光栅理论218

8.3.1 光纤光栅典型理论219

8.3.2 光纤光栅基本性质223

8.3.3 传感解调关联理论226

8.4 光纤光栅的应用235

8.4.1 光纤光栅在通信领域的应用235

8.4.2 光纤光栅在传感领域的应用238

8.4.3 光纤光栅及器件的研究方向253

小结255

思考与习题256

第9章 光纤特征参数的测量258

9.1 引言258

9.2 光纤测量常用仪器260

9.2.1 光源260

9.2.2 光纤熔接机263

9.2.3 光谱分析仪265

9.2.4 光功率计266

9.2.5 光波长计267

9.2.6 光时域反射计269

9.3 光纤几何参数测量271

9.3.1 几何特征参数271

9.3.2 测量注入条件272

9.3.3 典型测量方法274

9.4 光纤折射率分布测量276

9.4.1 折射近场法276

9.4.2 近场扫描法278

9.5 光纤数值孔径测量280

9.5.1 有效数值孔径280

9.5.2 典型测量方法281

9.6 光纤衰减测量283

9.6.1 光纤衰减机理283

9.6.2 典型测量方法284

9.7 光纤色散测量287

9.7.1 光纤色散机理287

9.7.2 典型测量方法287

9.8 光纤模场直径测量290

9.8.1 模场直径定义290

9.8.2 典型测量方法291

9.9 高双折射光纤拍长测量293

9.9.1 光纤拍长定义293

9.9.2 典型测量方法294

小结302

思考与习题302

第10章 光纤非线性效应及其应用304

10.1 引言304

10.2 光纤非线性效应305

10.2.1 光纤中的非线性效率305

10.2.2 光纤的非线性特性306

10.3 光脉冲传输方程315

10.3.1 非线性介质中的波动方程315

10.3.2 分析法推导光脉冲传输方程317

10.3.3 杂凑法推导光脉冲传输方程323

10.3.4 光脉冲传输方程的简化形式326

10.4 光纤光孤子及其应用327

10.4.1 光纤中的光孤子327

10.4.2 光纤中光孤子的传输333

10.4.3 光孤子通信关键技术337

10.4.4 光孤子通信应用展望340

小结345

思考与习题346

主要参考文献347

英文缩略语349