光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李淑凤，李成仁，宋昌烈 著

图书标签:

• 光波导
• 光纤通信
• 光电信息
• 光子学
• 集成光学
• 波导理论
• 通信工程
• 信息科学
• 物理学
• 教材

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121197147

版次：1

商品编码：11217207

包装：平装

丛书名： 光电信息科学与工程类专业规划教材

开本：16开

出版时间：2013-03-01

页数：192

字数：330000

正文语种：中文

内容简介

　　《光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程》以几何光学和波动光学理论为基础，系统阐述了介质光波导的分析方法和光传输特性。波导涉及阶跃式折射率分布和渐变式折射率分布的二维薄膜波导、三维条形波导及光纤，主要内容涵盖各种波导的解析与数值分析方法、模式分类与特征、模式场的分布与传输特性、模耦合理论等，并介绍了几种无源光波导器件和光波导放大器的工作原理及特性，同时对光子晶体波导也做了介绍。每章都附有一定数量的习题。

目录

第1章 电磁场理论
1.1 麦克斯韦方程
1.2 电磁场边界条件
1.3 单色平面电磁波
1.4 坡印亭矢量和传输功率
1.5 亥姆霍兹方程
1.6 平面电磁波的反射和折射
1.7 光的全反射与倏逝波
1.8 全反射相移与古斯-汉森位移
习题

第2章 几何光学
2.1 程函方程
2.2 光传播路径分析
2.2.1 光线方程
2.2.2 光线方程应用举例
2.3 费马原理
习题

第3章 光波导几何分析
3.1 均匀介质薄膜波导
3.2 折射率渐变薄膜波导中的光线
3.3 阶跃光纤中的光线
3.3.1 子午光线
3.3.2 偏斜光线
3.4 梯度光纤中的光线
3.4.1 柱坐标的光线方程
3.4.2 光线不变量
3.4.3 光线判据函数
3.4.4 光线分析
3.5 传播时延与色散特性
3.5.1 均匀介质波导的时延差
3.5.2 折射率渐变介质波导的时延差
3.5.3 光纤的色散
习题

第4章 薄膜波导模式理论
4.1 均匀薄膜波导特征方程
4.2 薄膜波导电磁场方程
4.3 TE模分析
4.4 TM模分析
4.5 导模特性
4.5.1 导模截止
4.5.2 导模定则
4.5.3 导模数量
4.5.4 单模传输
4.5.5 截止波长
4.5.6 归一化参量与薄膜波导色散曲线
4.6 导模光强和功率
4.6.1 导模光强
4.6.2 传输功率
习题

第5章 三维光波导
5.1 三维光波导结构
5.2 马卡提里近似法
5.3 场方程与形式解
5.4 模特征方程
5.5 模特征方程
5.6 模式特性
5.6.1 导模条件与模截止
5.6.2 单模传输
5.6.3 截止波长
5.6.4 矩形波导色散曲线与模场分布
5.7 有效折射率法
5.7.1 矩形波导
5.7.2 脊波导
5.7.3 条载波导及四层平板波导
习题

第6章 光纤模式理论
6.1 光纤的电磁场方程
6.2 阶跃光纤电磁场方程的矢量解法
6.2.1 芯区和包层的电磁场
6.2.2 导模特征方程
6.2.3 导模分类
6.2.4 导模截止条件与单模传输
6.2.5 模色散曲线
6.2.6 导模电磁场分布
6.3 光纤的线偏振模
6.3.1 场的直角分量与场方程的标量解法
6.3.2 线偏振模及简并度
6.3.3 LPmn模的矢量模组成
6.3.4 LP模光强和功率
6.3.5 阶跃多模光纤的导模数量
6.4 梯度光纤模场分析
6.4.1 梯度光纤场方程及标量解
6.4.2 传播常数
6.4.3 模式群和导模数量
习题

第7章 电磁场分析的有限元法
7.1 微分方程边值问题
7.1.1 边值问题
7.1.2 Ritz方法
7.1.3 Galerkin方法
7.1.4 本征值方程
7.2 有限元分析
7.2.1 区域离散和单元划分
7.2.2 线性插值函数与基函数
7.2.3 单元方程的扩展-全局方程的建立
7.2.4 二阶单元与基函数
7.3 光波导模式问题的应用举例
7.3.1 单元大小对计算结果的影响
7.3.2 脊波导模场的有限元计算
7.3.3 伪模
习题

第8章 模式耦合理论
8.1 模式的正交性与完备性
8.1.1 横场方程
8.1.2 模式的正交性及归一化
8.1.3 展开式的完备性
8.2 模耦合方程
8.2.1 理想正规模式展开的模耦合方程
8.2.2 本地正规模式展开的模耦合方程
8.3 模耦合方程的微扰解-双向模耦合
习题

第9章 无源光器件
9.1 光纤光栅
9.1.1 光纤光栅耦合方程
9.1.2 光纤光栅传输特性
9.1.3 光纤光栅滤波特性
9.2 平面波导光栅
9.3 双波导定向耦合器
9.4 波分复用/解复用器
9.4.1 角色散型
9.4.2 干涉型
9.4.3 F-P腔光滤波型
9.4.4 阵列波导光栅
9.5 光开关
习题

第10章 光波导放大器
10.1 概述
10.2 铒离子的光谱特性
10.2.1 Er3+能级结构
10.2.2 Er3+的光致发光机制
10.3 速率方程
10.3.1 光放大原理及光泵浦波长
10.3.2 镱-铒共掺系统的速率方程
10.3.3 铒离子荧光特性
10.3.4 粒子数反转
10.4 光波传输方程
10.5 放大器增益特性
习题

第11章 光子晶体波导
11.1 光子晶体理论
11.1.1 光子晶体结构与两种晶格
11.1.2 平面波展开法
11.1.3 二维光子晶体带隙结构
11.2 光子晶体波导
11.2.1 二维光子晶体波导
11.2.2 二维平板光子晶体波导
习题

第12章 光波导的制备
12.1 概述
12.2 光纤制造
12.3 薄膜制备
12.3.1 蒸发法
12.3.2 直流磁控溅射法
12.3.3 中频、射频磁控溅射法
12.3.4 脉冲激光沉积法
12.3.5 薄膜制备的化学方法
12.3.6 薄膜的退火
12.4 薄膜的表征
12.4.1 X射线衍射仪
12.4.2 扫描电镜
12.4.3 电子探针
12.5 三维光波导的制作
12.5.1 光刻技术
12.5.2 加工技术
习题

附录A Bessel方程与Bessel函数
A.1 Bessel方程与Bessel函数
A.2 各类Bessel函数的渐近展开式
A.3 Bessel函数的递推关系
附录B LPmn模特征方程与其组成的矢量模特征方程的等价性
附录C 自伴算符
C.1 二维散度定理
C.2 自伴算符
参考文献

前言/序言

　　21世纪人类已进入以光通信和信息网络为主要特征的信息时代，社会和科技领域对于获取信息、传输信息、处理信息和存储信息的要求越来越高。与信息有关的光通信、光电子、光传感、光集成、半导体激光等各种新技术，正以空前的速度和规模迅猛发展。随着光传输技术和半导体激光技术的发展而逐步建立起来的光波导理论是光通信与光电子技术的主要理论基础，一直受到科技人员的重视。掌握该理论对有关专业的研究工作者和技术人员理解新概念、掌握新方法、发现新现象和创造新技术都是十分必要和有益的。
　　目前国内外许多高校都为光学工程、光学、光电子、光通信等相关专业的研究生和高年级本科生开设了光波导理论课程。本书是作者在十余年讲授研究生课程“光波导理论基础”的基础上，结合课程讲义和作者的科研成果而完成的。
　　本书共12章，系统地介绍了分析光波导的几何光学理论和波动光学理论，所选择的内容都是光波导的基础理论部分，对光波导的场模式理论、传输理论、光无源器件、光有源器件等都做了详尽论述。为体现学科前沿成果，保证教材质量，在内容上充分吸收国内外相关研究成果，并融入编著者近年来在无源/有源光波导领域的部分研究成果，突出思想性、针对性、科学性和系统性。在教材的编写上，作者力求理论体系完整、物理概念清晰明确、内容简明扼要、数学推导简洁严整。
　　本书第1章～第8章、第11章由李淑凤、宋昌烈编写，第9章由李成仁和李淑凤编写，第10章、第12章由李成仁编写，李淑凤统编全稿。宋昌烈教授在编写课程讲义和详细教材大纲中付出了大量心血。研究生冯希会、杜雨洲和梁翠翠做了部分数值计算、习题编写和校对工作。赵明山教授认真审阅了全部书稿，并提出了许多宝贵建议。
　　本教材是在大连理工大学研究生院教改基金资助下完成的，同时得到了物理与光电工程学院以及光学工程学科的大力支持。
　　由于作者水平有限，书中难免有不妥和错误之处，恳请读者批评指正。
　　作者
　　于大连理工大学

光波导理论基础教程：穿越光之迷宫的导航指南 欢迎踏入光波导的奇妙世界！在这本《光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程》中，我们将一同深入探索塑造现代通信、计算乃至感知技术的基石——光波导的奥秘。本书旨在为光电信息科学与工程领域的学子们提供一套系统、深入且易于理解的光波导理论基础。我们不仅仅满足于展示抽象的数学模型，更着力于勾勒出光波导在实际应用中的深远影响，帮助您构建起扎实的理论根基，为未来的科研与工程实践打下坚实基础。 为何要学习光波导？ 在信息爆炸的时代，我们对信息传输速度和容量的需求正以前所未有的速度增长。传统的电信号传输正逐渐面临带宽瓶颈和信号损耗的严峻挑战。光信号，以其近乎无限的带宽、极低的损耗以及高抗干扰能力，正成为未来信息时代的“信息高速公路”。而光波导，正是控制和引导这些光信号在微观世界中高效传输的关键技术。从连接全球的光纤网络，到集成电路中的光互连，再到精密测量和传感设备，光波导的身影无处不在，它已成为现代科技不可或缺的组成部分。 本书的学习将帮助您理解： 信息传输的物理极限： 认识光速的优势，理解光信号如何克服电信号的局限性。 微纳尺度下的光操控： 掌握如何在微米甚至纳米尺度下精确引导光传播的原理。 未来信息技术的驱动力： 洞察光波导在光通信、光计算、生物传感、激光雷达等前沿领域的核心作用。 解决工程问题的能力： 培养运用理论知识分析和设计光波导器件的实践能力。 本书内容概述：循序渐进，融会贯通 《光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程》将带领您从最基础的光学概念出发，逐步深入到复杂的波导理论和应用。我们的内容设计遵循循序渐进的原则，确保每一位读者都能在掌握前置知识的基础上，轻松理解后续内容。 第一部分：光的基础与波动成像 在正式进入光波导的殿堂之前，我们首先需要回顾和巩固一些基本的光学概念。这一部分将为您构建起理解光波导行为的必要基础。 光的基本性质： 我们将从光的本质出发，回顾光的电磁波理论，理解光的频率、波长、相位等基本属性。您将了解到光不仅仅是能量的传递，更是一种具有波动性的现象。 光的传播与几何光学： 简要回顾反射、折射等基本几何光学定律，这些定律是理解光线在不同介质中路径变化的基础，虽然光波导主要依赖波动光学，但几何光学依然为理解光线路径提供了直观的视角。 波动光学入门： 这一部分将是本书的核心奠基。我们将重点介绍光的干涉和衍射现象，这是理解光波在空间中如何叠加、分散，进而形成特定模式的根本原因。您将学习到惠更斯原理，理解波阵面的演化，以及单缝、双缝衍射等经典实验，为后续理解光在波导中的行为打下坚实的基础。 光的偏振： 了解光的偏振状态，即光波电场振动方向的特性。我们将探讨线偏振、圆偏振、椭圆偏振等，并简要介绍偏振在某些光波导应用中的作用。 第二部分：波导理论的核心 这是本书的核心内容，我们将聚焦于光波导的物理原理、数学模型以及关键特性。 导波的基本概念： 什么是导波？我们将明确导波的定义，即在特定约束下，电磁波（在此为光波）能够被引导沿特定路径传播的现象。我们将引入“模式”的概念，理解光波在波导中传播并非单一的直线传播，而是以一系列离散的“模式”存在的。 平面波导的分析： 我们将从最简单的二维平面波导模型开始，介绍其结构（例如，芯层和包层），并推导出描述光波在其中传播的波动方程。通过求解这些方程，我们将得到不同模式的传播常数和电场分布，理解全内反射在光波导中的作用。 圆形光纤的导波理论： 现实中最常见的波导形式是圆形光纤。我们将深入分析圆形光纤的结构，并推导出描述其模式场的数学方程。您将学习到HE、EH、TE、TM等不同模式的特性，理解它们在传播常数、损耗和场分布上的差异。 单模光纤与多模光纤： 区分单模光纤和多模光纤的原理和特性。单模光纤由于只允许一种模式传播，具有更高的带宽和更低的色散，是长距离通信的首选。多模光纤则能传输多种模式，但在高带宽应用中会面临模式色散问题。 波导中的损耗机制： 任何实际的波导都会存在损耗。我们将详细介绍导致光波损耗的各种机制，包括吸收损耗（材料对光的吸收）、散射损耗（材料不均匀性引起的光散射）以及弯曲损耗（光纤弯曲时引起的光能量泄漏）。理解这些损耗对于设计高性能的光波导器件至关重要。 色散效应： 色散是限制光信号传输速率的关键因素。我们将深入分析两种主要的色散：一是材料色散，即介质的折射率随波长的变化；二是波导色散，即光波在波导中传播的有效折射率随波长的变化。我们将探讨如何通过优化波导设计来减小色散。 第三部分：光波导的实际应用与发展 在掌握了光波导的基本理论后，本书将引导您了解光波导在现实世界中的广泛应用，并展望其未来的发展趋势。 光纤通信系统： 这是光波导最广泛的应用领域。我们将简要介绍光纤通信系统的基本组成，包括光源、调制器、光纤、光放大器和接收器，并强调光波导在其中扮演的核心角色。 集成光波导器件： 随着技术的发展，我们将光波导“微型化”，将其集成到芯片上，形成各种功能器件。您将了解到诸如分束器、合束器、光开关、马赫-曾德尔干涉仪等基本集成光波导器件的原理和设计。 光电子器件中的光波导： 光波导与光电探测器、激光器等器件的结合，催生了许多高性能的光电子器件。我们将探讨光波导如何耦合光信号到探测器，或者如何将激光束引导出去。 新兴应用领域： 除了传统的通信领域，光波导在生物传感、医疗诊断、精密测量、激光雷达（LiDAR）、以及未来光计算等领域展现出巨大的潜力。我们将对这些新兴应用进行概述，激发您的探索兴趣。 光波导的未来展望： 随着新材料、新工艺的不断涌现，光波导技术仍在飞速发展。我们将探讨诸如超材料光波导、非线性光学波导、以及量子光波导等前沿研究方向，为您揭示光波导技术的无限可能。 本书的特色与优势 体系化与系统性： 本书从基础概念到核心理论，再到实际应用，构建了完整的光波导理论体系，帮助您建立起清晰的学习脉络。 理论与实践并重： 我们不仅深入讲解理论，更注重联系实际应用，使您能够理解理论知识的实际意义和价值。 数学工具的应用： 本书将适度引入必要的数学工具，如波动方程、微分方程求解等，但会以清晰的讲解和直观的推导，降低理解门槛，帮助您掌握解决问题的数学方法。 图文并茂： 大量精心绘制的示意图和仿真结果图，将帮助您更直观地理解抽象的光波现象和波导结构。 面向未来： 本书紧跟学科前沿，介绍了新兴的光波导技术和应用，为您的进一步学习和研究指明方向。 结语 光波导理论是光电信息科学与工程领域的核心知识体系之一。掌握这门技术，您将能够深刻理解现代信息社会的运行机制，并有可能在未来的科技创新中扮演关键角色。我们希望，《光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程》能够成为您探索光之迷宫的得力导航，助您在光电信息科学的道路上，自信前行，有所建树！让我们一同开启这段激动人心的光波导探索之旅吧！

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿光电技术充满热情的研究生，我一直致力于寻找能够帮助我深入理解光波导核心理论的优质教材。《光波导理论基础教程》这本书的名字便深深吸引了我。在我看来，扎实的理论基础是进行创新性研究的基石，而光波导作为许多光电器件的关键组成部分，其理论的深入理解至关重要。我非常期待书中能够对光波导的数学模型进行严谨的推导，例如使用有限元法、传输矩阵法等分析复杂波导结构。同时，我也希望书中能够详细介绍不同传播模式（如基模、高次模）的特性，以及它们在波导中的行为。更重要的是，我希望书中能够探讨光波导的耦合理论，例如不同波导之间的耦合效率、耦合长度以及如何实现高效的定向耦合，这对于光集成器件的设计至关重要。此外，如果书中还能涉及一些更高级的概念，例如周期性波导、光子晶体波导等，那将极大地开阔我的研究视野。我相信，通过对这本书的学习，我能够建立起更为深刻和全面的光波导理论认知，为我在光波导相关的研究方向上取得突破提供坚实的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

我对光波导的研究一直有着浓厚的兴趣，尤其是在光学信息传输和处理方面。在我的认知中，光波导是实现这些功能的核心器件，但其背后的理论原理却常常让我感到难以捉摸。阅读《光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程》的介绍，我被其内容概括深深吸引。它不仅涵盖了电磁波在介质中的传播规律，还详细介绍了如何构建和分析光波导结构。特别是其中关于光在不同介质界面反射和折射的讨论，以及由此衍生的全反射原理，是我一直想要深入理解的部分。这本书似乎能将这些抽象的概念通过清晰的数学推导和物理模型展现出来，让我能够更直观地理解光波导的工作机制。我期待书中能够详细讲解不同类型波导的特性，例如平面波导、条形波导、光纤等，以及它们在不同应用场景下的优势和劣势。此外，如果书中还能包含一些关于波导损耗的分析，比如散射损耗、吸收损耗等，以及如何通过材料选择和结构设计来减小损耗，那将对我非常有帮助。我希望通过这本书的学习，能够掌握分析和设计光波导器件的基本方法，为我未来的科研工作提供有力的理论支持。

评分☆☆☆☆☆

我对光波导技术在现代光通信和光计算中的应用前景充满期待，也一直想深入了解其背后的科学原理。在我的求学过程中，接触过不少关于光学和光电子学的书籍，但专门针对光波导理论进行系统性讲解的教材却不多见。《光电信息科学与工程类专业规划教材：光波导理论基础教程》的出现，恰好满足了我的这一需求。我非常欣赏书中从基础的波动光学出发，逐步深入到光波导的形成和传播机理的讲解方式。特别是关于麦克斯韦方程在有界介质中的求解，以及由此推导出的光波导传播方程，是我一直想要透彻理解的部分。我期望书中能够详细阐述不同光波导的横向模分布、纵向传播常数以及截止条件等关键参数的计算方法。此外，我也希望书中能够包含对光波导损耗的深入分析，例如界面散射、体散射、吸收等，以及如何优化波导结构和选择合适的材料来降低损耗。如果书中还能涉及到光波导中的非线性效应，例如光克尔效应在光纤通信中的应用，那将更让我兴奋。我期待这本书能够成为我深入理解光波导理论、进行相关器件设计和系统优化的重要参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初学者，我对光波导这一领域感到既好奇又有些畏惧。市面上很多相关的书籍要么过于理论化，难以理解，要么过于工程化，缺乏基础。而《光波导理论基础教程》这本书的定位——“理论基础教程”，让我看到了希望。它不仅仅是一本枯燥的理论书籍，更是为我们这些初学者量身打造的学习指南。我尤其看重书中对光波导基本概念的梳理，例如光传播的边界条件、模式分析、有效折射率法等等。这些都是理解更复杂的光波导现象和设计的基石。我希望书中能够通过丰富的图示和实例，将这些概念形象化，帮助我建立起直观的认识。同时，我也期待书中能够对不同类型的光波导进行比较和分析，比如介质波导、金属波导等，并介绍它们各自的适用范围和特点。另外，如果书中能够触及一些光波导的耦合理论，例如模式耦合、定向耦合器等，那将极大地扩展我的视野，让我能够更好地理解光信号如何在不同的光波导之间进行传输和转换。我相信，通过这本书的学习，我能够逐步克服对光波导的恐惧，建立起坚实的基础，为我未来的学习和研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名光电信息科学与工程专业的学生，我一直对光波导领域充满了好奇，也深知其在现代通信、传感等技术中的重要性。在寻找一本能够系统学习光波导基础知识的教材时，我翻阅了不少书籍，但总是觉得不够深入或者过于晦涩。直到我无意中看到了《光波导理论基础教程》这本书，尽管我还没来得及深入阅读，但从目录和前言的介绍来看，它似乎填补了我一直以来在这方面的知识空白。书的编排逻辑清晰，从最基本的光的传播性质讲起，逐步深入到介质波导、光纤波导等核心内容，这一点让我非常满意。我尤其期待书中对于不同类型光波导的物理机制、传播模式、损耗机理以及耦合过程的详细阐述。我相信，通过这本书的学习，我能够构建起扎实的光波导理论基础，为后续更深入的研究打下坚实的基础。同时，我也希望书中能够包含一些实际应用的案例，比如在光通信系统中的应用，或者在光集成器件中的设计原理，这样能够更好地将理论与实践相结合，提升学习的趣味性和实用性。我坚信，这本教材的出现，将为我们光电信息科学与工程专业的学生提供一个极佳的学习平台，帮助我们在光波导领域取得更大的进步。

评分☆☆☆☆☆

好

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正在研读中，感觉还不错

评分☆☆☆☆☆

有难度哦，需很多物理和数学知识的！

评分☆☆☆☆☆

这书还真是系统，不适合做本科教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书很不错，很适合我，赞一个

评分☆☆☆☆☆

还行，就是书被压卷了

评分☆☆☆☆☆

是挺不错的书

评分☆☆☆☆☆

反对阿迪斯的飞洒第三方

评分☆☆☆☆☆

还好