光波技術(shù)基礎(chǔ)

第1章 緒論 1
1.1 光通信技術(shù)的發(fā)展 1
1.1.1 光通信器件的發(fā)展 2
1.1.2 光纖通信系統(tǒng)的演進(jìn) 3
1.2 光通信基礎(chǔ) 5
1.2.1 復(fù)接與分插 5
1.2.2 準(zhǔn)同步數(shù)字體系與同步數(shù)字體系 6
1.2.3 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 7
1.3 光通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn) 9
1.4 光通信技術(shù)未來(lái)展望 10
習(xí)題 11
第2章 光纖波導(dǎo)理論基礎(chǔ) 12
2.1 光纖的基本結(jié)構(gòu)與分類 12
2.1.1 光纖的基本結(jié)構(gòu)與導(dǎo)波原理 12
2.1.2 全反射相移、穿透深度和Goos-H?nchen位移 16
2.1.3 光纖折射率分布的類型 21
2.1.4 單模光纖與多模光纖 23
2.2 光波導(dǎo)的一般理論 24
2.2.1 光波導(dǎo)的一般理論與性質(zhì) 24
2.2.2 模式 27
2.3 階躍折射率光纖 32
2.3.1 概述 32
2.3.2 矢量模 34
2.3.3 標(biāo)量法與線偏振模 37
2.3.4 階躍折射率光纖的模式求解 40
2.4 單模光纖 63
2.4.1 概述 63
2.4.2 單模光纖的基本性質(zhì) 64
2.4.3 功率限制因子、模場(chǎng)直徑與有效面積 67
習(xí)題 72
第3章 光纖傳輸特性 75
3.1 光纖損耗 75
3.1.1 光纖損耗概述 75
3.1.2 光纖損耗的種類及特點(diǎn) 76
3.1.3 彎曲損耗 80
3.1.4 光纖損耗性能的改善技術(shù) 82
3.2 光纖色散 83
3.2.1 色散概述 83
3.2.2 光脈沖的色散展寬 89
3.2.3 單模光纖中的色散 97
3.2.4 光纖的分類與ITU ? T建議 101
3.3 光纖中的非線性效應(yīng) 105
3.3.1 非線性傳輸方程 106
3.3.2 自相位調(diào)制 113
3.3.3 交叉相位調(diào)制 117
3.3.4 四波混頻 122
3.3.5 受激非彈性散射 127
3.3.6 光纖中的光學(xué)孤立子 130
習(xí)題 133
第4章 光纖制造技術(shù)與特種光纖 135
4.1 光纖制造技術(shù)及光纜 135
4.1.1 光纖制造技術(shù) 135
4.1.2 光纜 139
4.2 特種光纖 141
4.2.1 特種光纖概述 141
4.2.2 保偏光纖 142
4.2.3 稀土摻雜光纖 144
4.2.4 色散補(bǔ)償光纖 146
4.2.5 光子晶體光纖 147
4.2.6 大模場(chǎng)面積光纖 150
4.2.7 多芯光纖與少模光纖 152
習(xí)題 157
第5章 無(wú)源光器件 158
5.1 概述 158
5.2 基本無(wú)源光器件 158
5.2.1 連接器 158
5.2.2 衰減器 161
5.2.3 隔離器 164
5.2.4 光環(huán)行器 167
5.2.5 波分復(fù)用器 168
5.3 光纖耦合器 170
5.3.1 X型（2 × 2）光纖耦合器的基本工作原理 171
5.3.2 X型（2 × 2）光纖耦合器制作方法 172
5.3.3 X型（2 × 2）光纖耦合器的指標(biāo) 172
5.3.4 光纖熔融拉錐耦合器的應(yīng)用實(shí)例 173
5.3.5 光纖熔融拉錐耦合器用于波分復(fù)用 174
5.3.6 光纖熔融拉錐耦合器用于構(gòu)成馬赫 ? 曾德爾干涉儀 176
5.4 PLC光耦合器 177
5.4.1 PLC 光耦合器的分類 178
5.4.2 1 × N PLC光分路器的工作原理 178
5.4.3 PLC 光分路器的制作工藝 180
5.4.4 PLC光分路器主要指標(biāo) 181
5.5 陣列波導(dǎo)光柵 182
5.5.1 AWG的發(fā)展現(xiàn)狀 182
5.5.2 AWG的基本工作原理 183
5.5.3 AWG的性能指標(biāo) 183
5.6 光開關(guān) 184
5.6.1 光開關(guān)的分類 185
5.6.2 光開關(guān)的特性參數(shù) 186
5.6.3 液晶光開關(guān) 187
5.6.4 MEMS光開關(guān) 188
習(xí)題 190
第6章 光纖光柵的研究與應(yīng)用 191
6.1　引言 191
6.1.1　光纖光柵的發(fā)展歷程 191
6.1.2　光纖光柵的主要應(yīng)用 193
6.2　光纖光柵的分類和工作原理 194
6.2.1　光纖光柵的分類 194
6.2.2　光纖光柵的工作原理 197
6.3　光纖光柵的制作方法 198
6.3.1　光纖光柵制作的基本條件 198
6.3.2　短周期光纖光柵的制作方法 199
6.3.3　長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法 202
6.3.4　逐點(diǎn)寫入法制作光纖光柵的意義和進(jìn)展 204
6.4　光纖光柵的特性 206
6.4.1　短周期光纖光柵的光譜特性 206
6.4.2　短周期光纖光柵的時(shí)延特性 210
6.4.3　長(zhǎng)周期光纖光柵的光譜特性 212
6.5　光纖光柵的應(yīng)用和展望 213
6.5.1　光纖光柵色散補(bǔ)償 213
6.5.2　基于光纖光柵的各類器件 214
6.5.3　光纖光柵傳感 214
6.5.4　光纖光柵主要新技術(shù)和發(fā)展前景 215
習(xí)題 216
第7章 激光器 217
7.1　激光的物理基礎(chǔ) 217
7.1.1　光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求 217
7.1.2　激光 218
7.1.3　激光器的工作原理 219
7.1.4 激光器的基本組成 226
7.2 半導(dǎo)體激光器 228
7.2.1 半導(dǎo)體材料的光電子學(xué)特性 229
7.2.2 F ? P腔半導(dǎo)體激光器 238
7.2.3 動(dòng)態(tài)單縱模激光器 247
7.2.4 發(fā)光二極管 253
7.3 光纖激光器 256
7.3.1 光纖激光器的主要特點(diǎn)和分類 257
7.3.2 光纖激光器的工作原理和基本結(jié)構(gòu) 261
7.3.3 稀土摻雜光纖激光器 264
7.3.4 光纖激光器的研究方向和應(yīng)用前景 269
習(xí)題 274
第8章 電光調(diào)制器與光探測(cè)器 275
8.1 電光調(diào)制器 275
8.1.1 單晶鈮酸鋰線性電光特性 276
8.1.2 電光相位調(diào)制器 278
8.1.3 馬赫 ? 曾德爾調(diào)制器 279
8.1.4 高速電光調(diào)制器的設(shè)計(jì) 286
8.2 光探測(cè)器 288
8.2.1 概述 289
8.2.2 光探測(cè)器的基礎(chǔ)理論 289
8.2.3 光探測(cè)器的材料體系 292
8.3 光電二極管的典型結(jié)構(gòu) 292
8.3.1 PIN光電二極管 292
8.3.2 MSM光探測(cè)器 294
8.3.3 APD光電二極管 295
8.4 高速光探測(cè)器 296
8.4.1 單行載流子光電二極管 296
8.4.2 邊入射及倏逝耦合波導(dǎo)光電二極管 297
8.4.3 行波光探測(cè)器 298
8.5 光探測(cè)器新材料 299
8.5.1 石墨烯光探測(cè)器 299
8.5.2 小結(jié) 303
習(xí)題 303
第9章 光纖放大器及其應(yīng)用 305
9.1 使用光纖放大器的必要性 305
9.2 半導(dǎo)體光放大器 306
9.2.1 半導(dǎo)體光放大器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 306
9.2.2 半導(dǎo)體光放大器的主要性能參數(shù) 309
9.2.3 半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用 313
9.3 摻鉺光纖放大器 317
9.3.1 摻鉺光纖放大器的發(fā)明和歷史意義 317
9.3.2 摻鉺光纖放大器的基本理論基礎(chǔ) 317
9.3.3 摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu) 320
9.3.4　摻鉺光纖放大器的主要特性參數(shù) 321
9.3.5 級(jí)聯(lián)放大器 324
9.4　拉曼光纖放大器 327
9.4.1　拉曼光纖放大器的發(fā)明和特點(diǎn) 327
9.4.2　拉曼光纖放大器的原理 328
9.4.3　拉曼光纖放大器的主要特性 329
9.4.4　拉曼光纖放大器的現(xiàn)狀 331
9.5　總結(jié)和展望 332
9.5.1　光放大器的問題與發(fā)展 332
9.5.2　全光再生的進(jìn)展 333
習(xí)題 334
第10章 光纖測(cè)量 336
10.1 光纖損耗測(cè)量 336
10.1.1 剪斷法 337
10.1.2 插入法 337
10.1.3 背向散射法 338
10.2 光纖色散測(cè)量 340
10.2.1 相移法 341
10.2.2 干涉法 342
10.2.3 脈沖時(shí)延法 343
10.3 光纖截止波長(zhǎng)測(cè)量 344
10.3.1 傳輸功率法 344
10.3.2 模場(chǎng)直徑法 345
10.4 光纖模場(chǎng)直徑測(cè)量 345
10.4.1 遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法 347
10.4.2 可變孔徑法 348
10.4.3 近場(chǎng)掃描法 349
10.5 光纖偏振模色散測(cè)量 350
10.5.1 斯托克斯參數(shù)評(píng)價(jià)法 350
10.5.2 偏振態(tài)法 351
10.5.3 干涉法 352
10.5.4 固定分析法 353
10.6 光纖折射率分布測(cè)量 354
10.7 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 355
10.7.1 OTDR測(cè)量光纖損耗實(shí)驗(yàn)報(bào)告 355
10.7.2 光纖通信軟件仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 355
習(xí)題 356
附錄A 模式正交性的證明 357
附錄B 正向模與反向模關(guān)系的證明 359
附錄C 矢量模場(chǎng)求解過程 360
附錄D 矢量模表達(dá)式 363
參考文獻(xiàn) 366