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1.1.1　光学元件的光学矩阵1

3.4.3　辐射场的色散与增益 （51

目录1

1.1 光学矩阵1

第1章　激光束传播的基础理论1

1.1.2　光学系统的光学矩阵4

1.1.3　光学系统的约束条件4

1.2　类透镜介质及其光学矩阵5

1.3　高斯光束的波动方程7

1.4　均匀介质中高斯光束的基本解9

1.5　ABCD定律13

1.6　均匀介质中的高阶模15

1.6.1　高阶模的表示15

1.6.2　高阶模的数学解16

1.7　类透镜介质中高斯光束的高阶模18

习题20

2.1　开式谐振腔22

第2章　光学谐振腔22

2.2　光学谐振腔的分类与计算24

2.2.1　平行平面腔24

2.2.2　球面腔26

2.3　光学谐振腔模式的稳定判据27

2.3.1　运用透镜波导的推导27

2.3.2　自洽场方法29

2.3.3　稳区图30

2.4　共振频率间隔30

2.4.1　纵模共振频率间隔30

2.4.2　横模共振频率间隔31

2.5　光学谐振腔的损耗32

2.5.1　光学谐振腔的损耗机理32

2.5.2　光学谐振腔损耗的表征参量34

习题36

第3章　光受激放大原理37

3.1　激活介质的能级结构37

3.2　光辐射的经典理论39

3.3　跃迁速率方程理论42

3.3.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收42

3.3.2　爱因斯坦关系式43

3.3.3　光增益系数44

3.4　半经典理论46

3.4.1 原子偶极矩的平均值47

3.4.2　介质在辐射场中的极化率50

3.5　全量子理论52

3.5.1　单个原子与辐射场单个模式间相互作用53

3.5.2　统计平均55

3.5.3　受激放大57

3.6　辐射谱线加宽58

3.6.1　加宽机制58

3.6.2　均匀加宽58

3.6.3　非均匀加宽61

3.7　增益饱和63

3.7.1 均匀加宽下的增益饱和63

3.7.2　非均匀加宽下的增益饱和64

习题66

4.1.2　阈值增益与阈值反转68

4.1.1 自再现要求68

第4章　激光振荡68

4.1　激光振荡条件68

4.1.3　激光振荡频率69

4.2　振荡条件的拉姆理论验证70

4.3　频率牵引、模式竞争和烧孔效应73

4.3.1　频率牵引效应73

4.3.2　模式竞争效应74

4.3.3　烧孔效应75

4.4　激光器的输出功率77

4.4.1　△n的宏观量表示77

4.4.2　最佳耦合下的输出功率78

4.5 自发辐射对输出的影响80

习题83

5.1.1　调Q物理过程85

5.1.2　调Q激光器的输出功率85

第5章　脉冲激射与弛豫振荡85

5.1　调Q激光器85

5.1.3　输出脉冲的时间特性88

5.2　Q突变技术92

5.2.1　转镜调Q92

5.2.2　声光调Q92

5.2.3　染料调Q93

5.2.4　电光调Q93

5.3　激光器的自调Q-弛豫振荡94

5.3.1　弛豫振荡过程94

5.3.2 自调Q的定量分析96

5.4.2　锁模激光器原理98

5.4.1　均匀与非均匀系统的振荡模式98

5.4　锁模激光器98

5.5　超短光脉冲的测量102

5.5.1　双光子荧光法102

5.5.2　二次谐波自相关法103

习题105

第6章　半导体光源108

6.1　半导体基础知识108

6.1.1　半导体单晶的晶格点阵108

6.1.2　半导体的能带结构110

6.1.3　费米-狄拉克能量分布律112

6.1.4　pn结113

6.1.5　多元半导体固溶体115

6.2.1　场致发光116

6.2　半导体激光器的基本原理116

6.2.2　LD的激光振荡条件117

6.2.3　LD的输出功率119

6.3　半导体激光器的特性120

6.3.1　LD性能的总体评价120

6.3.2　LD的模式特性121

6.3.3 LD的远场特性123

6.3.4 LD的热稳定性124

6.3.5 LD的退化与失效127

6.4 半导体光源的实用结构128

6.4.1　异质结（Heterojunction）128

6.4.2　掩埋条形（Buried Strip）130

6.4.3　波纹光栅-分布反馈131

6.4.4　量子阱、应变量子阱与超晶格132

6.4.5　复合波导结构135

6.4.6　发光二极管（LED）137

6.4.7　光发送模块137

习题138

第7章　光载波调制141

7.1　光载波调制综述141

7.1.1　光载波调制的特点141

7.1.2　相干光通信的困难142

7.2　直接光强调制（内调制）145

7.2.1 内调制光发送机145

7.2.2　内调制的消光比及其规范147

7.3　频率啁啾（chirp）效应148

7.3.1 频率啁啾及其观测148

7.3.2　频率啁啾的定量分析151

7.4　电光调制器154

7.4.1 电光效应154

7.4.2　电光振幅调制162

7.4.3　电光相位调制165

7.4.4　电光调制的频率特性166

7.5　MZI和EA外调制器171

7.5.1　MZI光调制器171

7.5.2　EA光调制器177

习题181

第8章　光信号放大183

8.1　半导体光放大器综述183

8.2 SOA的特性185

8.2.1 小信号增益和增益带宽185

8.2.2　增益饱和186

8.2.3 SOA对信号偏振态的敏感性188

8.2.4 SOA的噪声191

8.3 SOA的新结构194

8.3.1　锥形有源区194

8.3.2　非均匀量子阱195

8.3.3 薄型MQW195

8.4　光纤放大器综述197

8.4.1　拉曼光纤放大器（FRA）197

8.4.2　布里渊光纤放大器（FBA）198

8.4.3　掺质光纤放大器（FDA）199

8.5　掺铒光纤放大器200

8.5.1　EDFA的泵浦与Er3＋的能级结构200

8.5.2　EDFA的增益与增益带宽201

8.5.3 EDFA的功率饱和及噪声特性202

8.5.4　F基、Te基和Bi基EDFA203

8.5.5　EDFA的应用207

8.6 1.3 μm和S波段FOA210

8.6.1 PDFA211

8.6.2 TDFA214

8.7 拉曼光纤放大器215

8.7.1 从FRA到D-RAT215

8.7.2 DRA的组成与特性216

8.7.3 DRA与EDFA联合使用218

习题220

第9章 光电检测222

9.1 光电检测器的性能参数222

9.1.1 半导体光-电转换机理222

9.1.2 光电检测器的性能参数223

9.2　光电检测器的噪声理论228

9.2.1　PD的噪声源228

9.2.2　卡森定理230

9.2.3　热噪声231

9.2.4　产生-复合噪声233

9.2.5　散粒噪声234

9.3　光电导236

9.3.1　光电导的直接检测原理236

9.3.2　相干检测原理239

9.4　p-i-n光电检测器242

9.4.1　pin-PD的结构与性能242

9.4.2　pin光接收机的灵敏度244

9.5.1　APD的倍增247

9.5　APD光电检测器247

9.5.2　雪崩噪声251

9.5.3　APD的管芯结构256

9.5.4　APD光接收机的灵敏度261

习题263

第10章　光纤传输265

10.1　光纤的结构、分类和特性参数265

10.1.1　光纤的结构265

10.1.2　光纤的分类266

10.1.3　光纤的传输特性267

10.2　光纤的模场理论269

10.2.1　传输模式的几何光学描述269

10.2.2　SI光纤的场解271

10.2.3　特征方程与模式截止条件275

10.2.4　模式的命名和模场图279

10.3　光纤的色散理论284

10.3.1　色散机理284

10.3.2　光纤色散特性的定量描述285

10.3.3　色散补偿技术292

10.4　光纤的非线性296

10.4.1　非线性概念296

10.4.2　SBS、SRS与XPM的产生门限和抑制方法297

10.4.3 四波混频原理299

10.4.4 自相位调制原理及其色散补偿能力301

10.5　塑料光纤305

10.5.1　塑料光纤的研究现状与应用前景305

10.5.2　塑料光纤的制作技术307

10.5.3　POF的损耗机理309

习题312

第11章　光孤子314

11.1　孤子概述314

11.2　光孤子形成的机理315

11.3　光纤光孤子传输方程与光孤子特征318

11.3.1　光孤子传输方程318

11.3.2　基态孤子和高阶孤子的基本特征323

11.4　光孤子产生的条件及能量的损耗与补充327

11.5　光孤子的应用329

习题332

附录A　密度矩阵333

附录B　辐射场量子化337

附录C　本书使用的英语缩写341

参考文献344