光波技術基礎

第1章 緒論 1
1.1 光通信技術的發(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 3
1.2 光通信基礎 5
1.2.1 復接與分插 5
1.2.2 準同步數(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 光通信技術優(yōu)勢和特點 9
1.4 光通信技術未來展望 10
習題 11
第2章 光纖波導理論基礎 12
2.1 光纖的基本結構與分類 12
2.1.1 光纖的基本結構與導波原理 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 光波導的一般理論 24
2.2.1 光波導的一般理論與性質 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 64
2.4.3 功率限制因子、模場直徑與有效面積 67
習題 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 76
3.1.3 彎曲損耗 80
3.1.4 光纖損耗性能的改善技術 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 105
3.3.1 非線性傳輸方程 106
3.3.2 自相位調制 113
3.3.3 交叉相位調制 117
3.3.4 四波混頻 122
3.3.5 受激非彈性散射 127
3.3.6 光纖中的光學孤立子 130
習題 133
第4章 光纖制造技術與特種光纖 135
4.1 光纖制造技術及光纜 135
4.1.1 光纖制造技術 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 色散補償光纖 146
4.2.5 光子晶體光纖 147
4.2.6 大模場面積光纖 150
4.2.7 多芯光纖與少模光纖 152
習題 157
第5章 無源光器件 158
5.1 概述 158
5.2 基本無源光器件 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 172
5.3.4 光纖熔融拉錐耦合器的應用實例 173
5.3.5 光纖熔融拉錐耦合器用于波分復用 174
5.3.6 光纖熔融拉錐耦合器用于構成馬赫 ? 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 181
5.5 陣列波導光柵 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 183
5.6 光開關 184
5.6.1 光開關的分類 185
5.6.2 光開關的特性參數(shù) 186
5.6.3 液晶光開關 187
5.6.4 MEMS光開關 188
習題 190
第6章 光纖光柵的研究與應用 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　長周期光纖光柵的制作方法 202
6.3.4　逐點寫入法制作光纖光柵的意義和進展 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延特性 210
6.4.3　長周期光纖光柵的光譜特性 212
6.5　光纖光柵的應用和展望 213
6.5.1　光纖光柵色散補償 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和發(fā)展前景 215
習題 216
第7章 激光器 217
7.1　激光的物理基礎 217
7.1.1　光纖通信系統(tǒng)對光源的要求 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 半導體激光器 228
7.2.1 半導體材料的光電子學特性 229
7.2.2 F ? P腔半導體激光器 238
7.2.3 動態(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和分類 257
7.3.2 光纖激光器的工作原理和基本結構 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用前景 269
習題 274
第8章 電光調制器與光探測器 275
8.1 電光調制器 275
8.1.1 單晶鈮酸鋰線性電光特性 276
8.1.2 電光相位調制器 278
8.1.3 馬赫 ? 曾德爾調制器 279
8.1.4 高速電光調制器的設計 286
8.2 光探測器 288
8.2.1 概述 289
8.2.2 光探測器的基礎理論 289
8.2.3 光探測器的材料體系 292
8.3 光電二極管的典型結構 292
8.3.1 PIN光電二極管 292
8.3.2 MSM光探測器 294
8.3.3 APD光電二極管 295
8.4 高速光探測器 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光電二極管 297
8.4.3 行波光探測器 298
8.5 光探測器新材料 299
8.5.1 石墨烯光探測器 299
8.5.2 小結 303
習題 303
第9章 光纖放大器及其應用 305
9.1 使用光纖放大器的必要性 305
9.2 半導體光放大器 306
9.2.1 半導體光放大器的結構和特點 306
9.2.2 半導體光放大器的主要性能參數(shù) 309
9.2.3 半導體光放大器的應用 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 317
9.3.3 摻鉺光纖放大器的基本結構 320
9.3.4　摻鉺光纖放大器的主要特性參數(shù) 321
9.3.5 級聯(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 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　全光再生的進展 333
習題 334
第10章 光纖測量 336
10.1 光纖損耗測量 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 光纖色散測量 340
10.2.1 相移法 341
10.2.2 干涉法 342
10.2.3 脈沖時延法 343
10.3 光纖截止波長測量 344
10.3.1 傳輸功率法 344
10.3.2 模場直徑法 345
10.4 光纖模場直徑測量 345
10.4.1 遠場掃描法 347
10.4.2 可變孔徑法 348
10.4.3 近場掃描法 349
10.5 光纖偏振模色散測量 350
10.5.1 斯托克斯參數(shù)評價法 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 光纖折射率分布測量 354
10.7 實驗報告 355
10.7.1 OTDR測量光纖損耗實驗報告 355
10.7.2 光纖通信軟件仿真實驗報告 355
習題 356
附錄A 模式正交性的證明 357
附錄B 正向模與反向模關系的證明 359
附錄C 矢量模場求解過程 360
附錄D 矢量模表達式 363
參考文獻 366