目錄
第1章 緒論 1
1.1 電磁頻譜 1
1.2 電磁輻射 2
1.2.1 時(shí)變電磁場激發(fā) 2
1.2.2 電偶極子的輻射場 4
1.2.3 天線的方向性 5
1.3 無線電波傳播 7
1.3.1 地面波傳播 8
1.3.2 天波傳播 8
1.3.3 視線傳播 10
1.4 光纖通信 11
1.4.1 光學(xué)理論體系 11
1.4.2 通信系統(tǒng)組成 11
1.4.3 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 13
1.4.4 光纖通信關(guān)鍵技術(shù) 14
1.5 本書內(nèi)容安排 16
第2章 電磁場的基本規(guī)律 19
2.1 電磁場的基本定律 19
2.1.1 電荷守恒定律 19
2.1.2 庫侖定律 20
2.1.3 安培定律 21
2.1.4 法拉第電磁感應(yīng)定律 22
2.2 媒質(zhì)的電磁特性 23
2.2.1 電介質(zhì)的極化 23
2.2.2 磁介質(zhì)的磁化 24
2.2.3 導(dǎo)電媒質(zhì)的傳導(dǎo)特性 26
2.3 麥克斯韋方程組 26
2.3.1 矢量場的亥姆霍茲定理 27
2.3.2 積分形式 27
2.3.3 微分形式 28
2.3.4 兩種形式之間的轉(zhuǎn)換 28
2.4 電磁場的邊界條件 29
2.4.1 邊界條件的一般形式 29
2.4.2 理想導(dǎo)體的邊界條件 30
2.4.3 理想介質(zhì)的邊界條件 30
2.4.4 導(dǎo)電媒質(zhì)的邊界條件 31
2.5 靜態(tài)電磁場特性 31
2.5.1 靜電場 31
2.5.2 恒定電場 34
2.5.3 恒定磁場 35
2.6 電磁場的唯一性定理 36
2.6.1 靜態(tài)場的唯一性定理 36
2.6.2 時(shí)變場的唯一性定理 37
2.7 典型例題分析 37
第3章 電磁波的基本特性 42
3.1 電磁波的波動(dòng)方程 42
3.1.1 各向同性介質(zhì)情形 42
3.1.2 電極化微擾情形 43
3.2 電磁能量守恒定理 43
3.3 時(shí)諧電磁場的復(fù)數(shù)表示 44
3.4 均勻平面電磁波 45
3.5 電磁波的極化特性 46
3.5.1 極化的概念 46
3.5.2 光偏振態(tài)的瓊斯矢量表示 50
3.5.3 斯托克斯參量與邦加球 51
3.6 典型例題分析 52
第4章 電磁波的損耗和色散 54
4.1 電磁波的損耗特性 54
4.1.1 媒質(zhì)損耗的分類 54
4.1.2 平均坡印亭矢量定理 55
4.1.3 導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波 55
4.2 電磁波的色散特性 57
4.3 光纖的損耗和色散 59
4.3.1 光纖損耗譜曲線 60
4.3.2 光纖的色散類型 61
4.4 典型例題分析 64
第5章 電磁波的反射與透射 68
5.1 反射與透射的一般規(guī)律 68
5.1.1 反射定律與折射定律 68
5.1.2 斜入射情形的菲涅爾公式 69
5.1.3 半波損失、全反射和全透射 70
5.2 垂直入射到分界面的情形 72
5.2.1 導(dǎo)電媒質(zhì)分界面 73
5.2.2 理想導(dǎo)體分界面 73
5.2.3 理想介質(zhì)分界面 74
5.2.4 三層介質(zhì)分界面 75
5.3 晶體的雙折射 77
5.3.1 折射率橢球 77
5.3.2 雙折射現(xiàn)象 77
5.3.3 各向異性傳播特性 79
5.4 典型例題分析 80
第6章 導(dǎo)波系統(tǒng)的電磁場分析 83
6.1 均勻?qū)Рㄏ到y(tǒng) 83
6.1.1 導(dǎo)波系統(tǒng)分類 83
6.1.2 導(dǎo)行電磁波的波形 84
6.2 矩形金屬波導(dǎo)管 87
6.2.1 電磁場的模式分布 87
6.2.2 導(dǎo)波傳播特性 90
6.2.3 模式的截止特性 91
6.2.4 矩形波導(dǎo)的傳輸功率 93
6.3 平板介質(zhì)波導(dǎo) 93
6.3.1 TE波的色散方程和場解 94
6.3.2 TM波的色散方程和場解 96
6.3.3 光導(dǎo)模的截止厚度 97
6.3.4 本征模式的正交歸一化 97
6.4 矩形介質(zhì)波導(dǎo) 99
6.5 等效折射率方法 101
6.5.1 色散方程的幾何光學(xué)分析 101
6.5.2 等效折射率方法的處理步驟 102
6.6 典型例題分析 103
第7章 光諧振器件 105
7.1 諧振腔的Q值 105
7.2 光學(xué)諧振腔 108
7.3 F-P腔光濾波器 110
7.3.1 光濾波器透射特性 110
7.3.2 光時(shí)鐘提取功能 111
7.4 環(huán)形諧振器 113
7.4.1 環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu) 113
7.4.2 環(huán)形諧振器的串聯(lián) 115
7.5 典型例題分析 117
第8章 光纖的導(dǎo)光原理 119
8.1 光纖的結(jié)構(gòu) 119
8.2 ITU-T標(biāo)準(zhǔn)光纖 121
8.3 光纖的電磁場分析 121
8.3.1 光纖中的導(dǎo)波光場 121
8.3.2 光纖特征方程與模式 124
8.3.3 弱導(dǎo)近似下的LP模 125
8.3.4 單模傳輸條件 126
8.4 多模光纖的幾何光學(xué)分析 127
8.4.1 階躍型多模光纖 128
8.4.2 漸變型多模光纖 129
第9章 耦合模理論及其應(yīng)用 132
9.1 耦合模微擾方程 132
9.1.1 頻域微擾波動(dòng)方程 132
9.1.2 導(dǎo)波光的耦合模方程 134
9.2 光纖耦合器 137
9.3 光纖光柵 138
9.3.1 光纖光柵分類與制作 139
9.3.2 光纖光柵的耦合模分析 142
9.3.3 兩種光纖光柵的比較 144
9.4 電光調(diào)制器 145
9.4.1 線性電光效應(yīng) 145
9.4.2 鈮酸鋰光調(diào)制器 147
9.5 磁光器件 148
9.5.1 磁光效應(yīng)的介電系數(shù)張量 148
9.5.2 磁光耦合模方程 150
9.5.3 光隔離器工作原理 151
第10章 多層介質(zhì)的轉(zhuǎn)移矩陣法 154
10.1 導(dǎo)波光的橫向場量表示 154
10.2 介質(zhì)層的轉(zhuǎn)移矩陣 156
10.2.1 非磁性介質(zhì)層 156
10.2.2 磁光介質(zhì)層 158
10.2.3 轉(zhuǎn)移矩陣的歸一化表示 159
10.3 反射率和透射率的計(jì)算 160
第11章 光學(xué)非線性效應(yīng) 163
11.1 光纖的非線性極化 163
11.2 克爾非線性薛定諤方程 164
11.3 光纖的非線性效應(yīng) 165
11.3.1 自相位調(diào)制 165
11.3.2 交叉相位調(diào)制 166
11.3.3 四波混頻參量過程 167
11.3.4 受激拉曼散射 169
11.3.5 受激布里淵散射 171
11.4 多種效應(yīng)作用下的耦合模方程 172
11.4.1 通用形式的耦合模方程 172
11.4.2 硅波導(dǎo)的非線性效應(yīng) 173
第12章 數(shù)值計(jì)算方法 175
12.1 時(shí)域有限差分法 175
12.1.1 常用的差分格式 176
12.1.2 低維波導(dǎo)中的麥克斯韋方程 177
12.1.3 時(shí)域有限差分方程及其求解 178
12.1.4 數(shù)值求解的穩(wěn)定性 180
12.1.5 吸收邊界條件 181
12.2 光束傳播法 182
12.2.1 非均勻介質(zhì)中的亥姆霍茲方程 183
12.2.2 慢變包絡(luò)近似下的BPM公式 183
12.2.3 BPM的數(shù)值計(jì)算模型 185
12.2.4 透明邊界條件 187
12.3 對稱分步傅里葉變換法 188
參考文獻(xiàn) 191