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第1章 光波导基础理论1

1.1概述1

1.2麦克斯韦方程组1

1.3亥姆霍兹波动方程3

1.4光波导电磁场求解的一般方法4

1.5射线光学基础7

1.6坡印廷矢量9

1.7平面光波在电介质表面的反射和折射10

1.7.1电矢量垂直入射面的平面波11

1.7.2电矢量平行入射面的平面波11

1.7.3反射率和透射率12

1.7.4全反射13

1.7.5倏逝波14

1.8小结15

习题15

第2章 光纤16

2.1光纤的结构和分类16

2.1.1光纤的基本结构16

2.1.2光纤的分类16

2.2光纤的射线理论分析17

2.2.1阶跃光纤的射线分析17

2.2.2渐变光纤射线分析21

2.3阶跃光纤波动理论分析24

2.3.1概述24

2.3.2阶跃光纤矢量解法25

2.3.3阶跃光纤标量近似解法39

2.4渐变光纤波动理论分析49

2.4.1概述49

2.4.2平方律折射率分布光纤标量近似解法49

2.5多包层光纤53

2.5.1概述53

2.5.2多包层光纤的结构和类型53

2.6小结56

习题56

第3章 光纤特性58

3.1概述58

3.2光纤损耗特性58

3.2.1光纤损耗的概念及其表示58

3.2.2光纤损耗产生的原因分析59

3.2.3光纤损耗对通信质量的影响62

3.3光纤色散64

3.3.1群时延65

3.3.2光纤色散类型及其表示65

3.3.3色散导致的脉冲展宽72

3.3.4色散对于传输带宽的影响78

3.3.5光纤色散对通信质量的影响79

3.3.6色散补偿80

3.4小结82

习题83

第4章 平面光波导84

4.1平面介质波导的光线模型84

4.1.1平面介质波导的结构84

4.1.2平板介质波导模式的几何模型85

4.1.3平面介质波导导模的特征方程85

4.1.4平面介质波导导模的传输特性和截止条件89

4.2平面介质波导的电磁理论——波动方程94

4.2.1平面介质波导中导模的电磁场的结构94

4.2.2场分布及特征方程98

4.3平面介质波导导模的传输功率113

4.4小结114

习题114

第5章 光波导的数值解析计算116

5.1时域有限差分法116

5.1.1 FDTD的发展历程及应用领域116

5.1.2时域有限差分法的基本原理120

5.1.3数值稳定性126

5.1.4数值色散127

5.1.5吸收边界条件128

5.1.6激励源的选择129

5.1.7基于时域有限差分法的软件130

5.1.8平面光波导的FDTD计算分析130

5.1.9平行介质波导耦合的计算仿真131

5.2光束传播法132

5.2.1 FD-BPM133

5.2.2二维光波导的TE模方程135

5.2.3二维光波导的TM模方程135

5.2.4 TE模FD-BPM模式136

5.2.5 TM模的FD-BPM模式137

5.2.6边界透明条件139

5.3有限元法142

5.3.1有限元法的分析过程143

5.3.2光波导有限元方法分析144

5.3.3基于有限元法的软件147

5.3.4利用COMSOL软件进行计算的一个实例149

习题160

附录1 矢量分析常用公式161

附录2 常用贝塞尔函数公式162

参考文献165