光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李淑鳳，李成仁，宋昌烈 著

圖書標籤:

• 光波導
• 光縴通信
• 光電信息
• 光子學
• 集成光學
• 波導理論
• 通信工程
• 信息科學
• 物理學
• 教材

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121197147

版次：1

商品編碼：11217207

包裝：平裝

叢書名： 光電信息科學與工程類專業規劃教材

開本：16開

齣版時間：2013-03-01

頁數：192

字數：330000

正文語種：中文

內容簡介

　　《光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程》以幾何光學和波動光學理論為基礎，係統闡述瞭介質光波導的分析方法和光傳輸特性。波導涉及階躍式摺射率分布和漸變式摺射率分布的二維薄膜波導、三維條形波導及光縴，主要內容涵蓋各種波導的解析與數值分析方法、模式分類與特徵、模式場的分布與傳輸特性、模耦閤理論等，並介紹瞭幾種無源光波導器件和光波導放大器的工作原理及特性，同時對光子晶體波導也做瞭介紹。每章都附有一定數量的習題。

目錄

第1章 電磁場理論
1.1 麥剋斯韋方程
1.2 電磁場邊界條件
1.3 單色平麵電磁波
1.4 坡印亭矢量和傳輸功率
1.5 亥姆霍茲方程
1.6 平麵電磁波的反射和摺射
1.7 光的全反射與倏逝波
1.8 全反射相移與古斯-漢森位移
習題

第2章 幾何光學
2.1 程函方程
2.2 光傳播路徑分析
2.2.1 光綫方程
2.2.2 光綫方程應用舉例
2.3 費馬原理
習題

第3章 光波導幾何分析
3.1 均勻介質薄膜波導
3.2 摺射率漸變薄膜波導中的光綫
3.3 階躍光縴中的光綫
3.3.1 子午光綫
3.3.2 偏斜光綫
3.4 梯度光縴中的光綫
3.4.1 柱坐標的光綫方程
3.4.2 光綫不變量
3.4.3 光綫判據函數
3.4.4 光綫分析
3.5 傳播時延與色散特性
3.5.1 均勻介質波導的時延差
3.5.2 摺射率漸變介質波導的時延差
3.5.3 光縴的色散
習題

第4章 薄膜波導模式理論
4.1 均勻薄膜波導特徵方程
4.2 薄膜波導電磁場方程
4.3 TE模分析
4.4 TM模分析
4.5 導模特性
4.5.1 導模截止
4.5.2 導模定則
4.5.3 導模數量
4.5.4 單模傳輸
4.5.5 截止波長
4.5.6 歸一化參量與薄膜波導色散麯綫
4.6 導模光強和功率
4.6.1 導模光強
4.6.2 傳輸功率
習題

第5章 三維光波導
5.1 三維光波導結構
5.2 馬卡提裏近似法
5.3 場方程與形式解
5.4 模特徵方程
5.5 模特徵方程
5.6 模式特性
5.6.1 導模條件與模截止
5.6.2 單模傳輸
5.6.3 截止波長
5.6.4 矩形波導色散麯綫與模場分布
5.7 有效摺射率法
5.7.1 矩形波導
5.7.2 脊波導
5.7.3 條載波導及四層平闆波導
習題

第6章 光縴模式理論
6.1 光縴的電磁場方程
6.2 階躍光縴電磁場方程的矢量解法
6.2.1 芯區和包層的電磁場
6.2.2 導模特徵方程
6.2.3 導模分類
6.2.4 導模截止條件與單模傳輸
6.2.5 模色散麯綫
6.2.6 導模電磁場分布
6.3 光縴的綫偏振模
6.3.1 場的直角分量與場方程的標量解法
6.3.2 綫偏振模及簡並度
6.3.3 LPmn模的矢量模組成
6.3.4 LP模光強和功率
6.3.5 階躍多模光縴的導模數量
6.4 梯度光縴模場分析
6.4.1 梯度光縴場方程及標量解
6.4.2 傳播常數
6.4.3 模式群和導模數量
習題

第7章 電磁場分析的有限元法
7.1 微分方程邊值問題
7.1.1 邊值問題
7.1.2 Ritz方法
7.1.3 Galerkin方法
7.1.4 本徵值方程
7.2 有限元分析
7.2.1 區域離散和單元劃分
7.2.2 綫性插值函數與基函數
7.2.3 單元方程的擴展-全局方程的建立
7.2.4 二階單元與基函數
7.3 光波導模式問題的應用舉例
7.3.1 單元大小對計算結果的影響
7.3.2 脊波導模場的有限元計算
7.3.3 僞模
習題

第8章 模式耦閤理論
8.1 模式的正交性與完備性
8.1.1 橫場方程
8.1.2 模式的正交性及歸一化
8.1.3 展開式的完備性
8.2 模耦閤方程
8.2.1 理想正規模式展開的模耦閤方程
8.2.2 本地正規模式展開的模耦閤方程
8.3 模耦閤方程的微擾解-雙嚮模耦閤
習題

第9章 無源光器件
9.1 光縴光柵
9.1.1 光縴光柵耦閤方程
9.1.2 光縴光柵傳輸特性
9.1.3 光縴光柵濾波特性
9.2 平麵波導光柵
9.3 雙波導定嚮耦閤器
9.4 波分復用/解復用器
9.4.1 角色散型
9.4.2 乾涉型
9.4.3 F-P腔光濾波型
9.4.4 陣列波導光柵
9.5 光開關
習題

第10章 光波導放大器
10.1 概述
10.2 鉺離子的光譜特性
10.2.1 Er3+能級結構
10.2.2 Er3+的光緻發光機製
10.3 速率方程
10.3.1 光放大原理及光泵浦波長
10.3.2 鐿-鉺共摻係統的速率方程
10.3.3 鉺離子熒光特性
10.3.4 粒子數反轉
10.4 光波傳輸方程
10.5 放大器增益特性
習題

第11章 光子晶體波導
11.1 光子晶體理論
11.1.1 光子晶體結構與兩種晶格
11.1.2 平麵波展開法
11.1.3 二維光子晶體帶隙結構
11.2 光子晶體波導
11.2.1 二維光子晶體波導
11.2.2 二維平闆光子晶體波導
習題

第12章 光波導的製備
12.1 概述
12.2 光縴製造
12.3 薄膜製備
12.3.1 蒸發法
12.3.2 直流磁控濺射法
12.3.3 中頻、射頻磁控濺射法
12.3.4 脈衝激光沉積法
12.3.5 薄膜製備的化學方法
12.3.6 薄膜的退火
12.4 薄膜的錶徵
12.4.1 X射綫衍射儀
12.4.2 掃描電鏡
12.4.3 電子探針
12.5 三維光波導的製作
12.5.1 光刻技術
12.5.2 加工技術
習題

附錄A Bessel方程與Bessel函數
A.1 Bessel方程與Bessel函數
A.2 各類Bessel函數的漸近展開式
A.3 Bessel函數的遞推關係
附錄B LPmn模特徵方程與其組成的矢量模特徵方程的等價性
附錄C 自伴算符
C.1 二維散度定理
C.2 自伴算符
參考文獻

前言/序言

　　21世紀人類已進入以光通信和信息網絡為主要特徵的信息時代，社會和科技領域對於獲取信息、傳輸信息、處理信息和存儲信息的要求越來越高。與信息有關的光通信、光電子、光傳感、光集成、半導體激光等各種新技術，正以空前的速度和規模迅猛發展。隨著光傳輸技術和半導體激光技術的發展而逐步建立起來的光波導理論是光通信與光電子技術的主要理論基礎，一直受到科技人員的重視。掌握該理論對有關專業的研究工作者和技術人員理解新概念、掌握新方法、發現新現象和創造新技術都是十分必要和有益的。
　　目前國內外許多高校都為光學工程、光學、光電子、光通信等相關專業的研究生和高年級本科生開設瞭光波導理論課程。本書是作者在十餘年講授研究生課程“光波導理論基礎”的基礎上，結閤課程講義和作者的科研成果而完成的。
　　本書共12章，係統地介紹瞭分析光波導的幾何光學理論和波動光學理論，所選擇的內容都是光波導的基礎理論部分，對光波導的場模式理論、傳輸理論、光無源器件、光有源器件等都做瞭詳盡論述。為體現學科前沿成果，保證教材質量，在內容上充分吸收國內外相關研究成果，並融入編著者近年來在無源/有源光波導領域的部分研究成果，突齣思想性、針對性、科學性和係統性。在教材的編寫上，作者力求理論體係完整、物理概念清晰明確、內容簡明扼要、數學推導簡潔嚴整。
　　本書第1章～第8章、第11章由李淑鳳、宋昌烈編寫，第9章由李成仁和李淑鳳編寫，第10章、第12章由李成仁編寫，李淑鳳統編全稿。宋昌烈教授在編寫課程講義和詳細教材大綱中付齣瞭大量心血。研究生馮希會、杜雨洲和梁翠翠做瞭部分數值計算、習題編寫和校對工作。趙明山教授認真審閱瞭全部書稿，並提齣瞭許多寶貴建議。
　　本教材是在大連理工大學研究生院教改基金資助下完成的，同時得到瞭物理與光電工程學院以及光學工程學科的大力支持。
　　由於作者水平有限，書中難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。
　　作者
　　於大連理工大學

光波導理論基礎教程：穿越光之迷宮的導航指南 歡迎踏入光波導的奇妙世界！在這本《光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程》中，我們將一同深入探索塑造現代通信、計算乃至感知技術的基石——光波導的奧秘。本書旨在為光電信息科學與工程領域的學子們提供一套係統、深入且易於理解的光波導理論基礎。我們不僅僅滿足於展示抽象的數學模型，更著力於勾勒齣光波導在實際應用中的深遠影響，幫助您構建起紮實的理論根基，為未來的科研與工程實踐打下堅實基礎。 為何要學習光波導？ 在信息爆炸的時代，我們對信息傳輸速度和容量的需求正以前所未有的速度增長。傳統的電信號傳輸正逐漸麵臨帶寬瓶頸和信號損耗的嚴峻挑戰。光信號，以其近乎無限的帶寬、極低的損耗以及高抗乾擾能力，正成為未來信息時代的“信息高速公路”。而光波導，正是控製和引導這些光信號在微觀世界中高效傳輸的關鍵技術。從連接全球的光縴網絡，到集成電路中的光互連，再到精密測量和傳感設備，光波導的身影無處不在，它已成為現代科技不可或缺的組成部分。 本書的學習將幫助您理解： 信息傳輸的物理極限： 認識光速的優勢，理解光信號如何剋服電信號的局限性。 微納尺度下的光操控： 掌握如何在微米甚至納米尺度下精確引導光傳播的原理。 未來信息技術的驅動力： 洞察光波導在光通信、光計算、生物傳感、激光雷達等前沿領域的核心作用。 解決工程問題的能力： 培養運用理論知識分析和設計光波導器件的實踐能力。 本書內容概述：循序漸進，融會貫通 《光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程》將帶領您從最基礎的光學概念齣發，逐步深入到復雜的波導理論和應用。我們的內容設計遵循循序漸進的原則，確保每一位讀者都能在掌握前置知識的基礎上，輕鬆理解後續內容。 第一部分：光的基礎與波動成像 在正式進入光波導的殿堂之前，我們首先需要迴顧和鞏固一些基本的光學概念。這一部分將為您構建起理解光波導行為的必要基礎。 光的基本性質： 我們將從光的本質齣發，迴顧光的電磁波理論，理解光的頻率、波長、相位等基本屬性。您將瞭解到光不僅僅是能量的傳遞，更是一種具有波動性的現象。 光的傳播與幾何光學： 簡要迴顧反射、摺射等基本幾何光學定律，這些定律是理解光綫在不同介質中路徑變化的基礎，雖然光波導主要依賴波動光學，但幾何光學依然為理解光綫路徑提供瞭直觀的視角。 波動光學入門： 這一部分將是本書的核心奠基。我們將重點介紹光的乾涉和衍射現象，這是理解光波在空間中如何疊加、分散，進而形成特定模式的根本原因。您將學習到惠更斯原理，理解波陣麵的演化，以及單縫、雙縫衍射等經典實驗，為後續理解光在波導中的行為打下堅實的基礎。 光的偏振： 瞭解光的偏振狀態，即光波電場振動方嚮的特性。我們將探討綫偏振、圓偏振、橢圓偏振等，並簡要介紹偏振在某些光波導應用中的作用。 第二部分：波導理論的核心 這是本書的核心內容，我們將聚焦於光波導的物理原理、數學模型以及關鍵特性。 導波的基本概念： 什麼是導波？我們將明確導波的定義，即在特定約束下，電磁波（在此為光波）能夠被引導沿特定路徑傳播的現象。我們將引入“模式”的概念，理解光波在波導中傳播並非單一的直綫傳播，而是以一係列離散的“模式”存在的。 平麵波導的分析： 我們將從最簡單的二維平麵波導模型開始，介紹其結構（例如，芯層和包層），並推導齣描述光波在其中傳播的波動方程。通過求解這些方程，我們將得到不同模式的傳播常數和電場分布，理解全內反射在光波導中的作用。 圓形光縴的導波理論： 現實中最常見的波導形式是圓形光縴。我們將深入分析圓形光縴的結構，並推導齣描述其模式場的數學方程。您將學習到HE、EH、TE、TM等不同模式的特性，理解它們在傳播常數、損耗和場分布上的差異。 單模光縴與多模光縴： 區分單模光縴和多模光縴的原理和特性。單模光縴由於隻允許一種模式傳播，具有更高的帶寬和更低的色散，是長距離通信的首選。多模光縴則能傳輸多種模式，但在高帶寬應用中會麵臨模式色散問題。 波導中的損耗機製： 任何實際的波導都會存在損耗。我們將詳細介紹導緻光波損耗的各種機製，包括吸收損耗（材料對光的吸收）、散射損耗（材料不均勻性引起的光散射）以及彎麯損耗（光縴彎麯時引起的光能量泄漏）。理解這些損耗對於設計高性能的光波導器件至關重要。 色散效應： 色散是限製光信號傳輸速率的關鍵因素。我們將深入分析兩種主要的色散：一是材料色散，即介質的摺射率隨波長的變化；二是波導色散，即光波在波導中傳播的有效摺射率隨波長的變化。我們將探討如何通過優化波導設計來減小色散。 第三部分：光波導的實際應用與發展 在掌握瞭光波導的基本理論後，本書將引導您瞭解光波導在現實世界中的廣泛應用，並展望其未來的發展趨勢。 光縴通信係統： 這是光波導最廣泛的應用領域。我們將簡要介紹光縴通信係統的基本組成，包括光源、調製器、光縴、光放大器和接收器，並強調光波導在其中扮演的核心角色。 集成光波導器件： 隨著技術的發展，我們將光波導“微型化”，將其集成到芯片上，形成各種功能器件。您將瞭解到諸如分束器、閤束器、光開關、馬赫-曾德爾乾涉儀等基本集成光波導器件的原理和設計。 光電子器件中的光波導： 光波導與光電探測器、激光器等器件的結閤，催生瞭許多高性能的光電子器件。我們將探討光波導如何耦閤光信號到探測器，或者如何將激光束引導齣去。 新興應用領域： 除瞭傳統的通信領域，光波導在生物傳感、醫療診斷、精密測量、激光雷達（LiDAR）、以及未來光計算等領域展現齣巨大的潛力。我們將對這些新興應用進行概述，激發您的探索興趣。 光波導的未來展望： 隨著新材料、新工藝的不斷湧現，光波導技術仍在飛速發展。我們將探討諸如超材料光波導、非綫性光學波導、以及量子光波導等前沿研究方嚮，為您揭示光波導技術的無限可能。 本書的特色與優勢 體係化與係統性： 本書從基礎概念到核心理論，再到實際應用，構建瞭完整的光波導理論體係，幫助您建立起清晰的學習脈絡。 理論與實踐並重： 我們不僅深入講解理論，更注重聯係實際應用，使您能夠理解理論知識的實際意義和價值。 數學工具的應用： 本書將適度引入必要的數學工具，如波動方程、微分方程求解等，但會以清晰的講解和直觀的推導，降低理解門檻，幫助您掌握解決問題的數學方法。 圖文並茂： 大量精心繪製的示意圖和仿真結果圖，將幫助您更直觀地理解抽象的光波現象和波導結構。 麵嚮未來： 本書緊跟學科前沿，介紹瞭新興的光波導技術和應用，為您的進一步學習和研究指明方嚮。 結語 光波導理論是光電信息科學與工程領域的核心知識體係之一。掌握這門技術，您將能夠深刻理解現代信息社會的運行機製，並有可能在未來的科技創新中扮演關鍵角色。我們希望，《光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程》能夠成為您探索光之迷宮的得力導航，助您在光電信息科學的道路上，自信前行，有所建樹！讓我們一同開啓這段激動人心的光波導探索之旅吧！

評分☆☆☆☆☆

作為一名光電信息科學與工程專業的學生，我一直對光波導領域充滿瞭好奇，也深知其在現代通信、傳感等技術中的重要性。在尋找一本能夠係統學習光波導基礎知識的教材時，我翻閱瞭不少書籍，但總是覺得不夠深入或者過於晦澀。直到我無意中看到瞭《光波導理論基礎教程》這本書，盡管我還沒來得及深入閱讀，但從目錄和前言的介紹來看，它似乎填補瞭我一直以來在這方麵的知識空白。書的編排邏輯清晰，從最基本的光的傳播性質講起，逐步深入到介質波導、光縴波導等核心內容，這一點讓我非常滿意。我尤其期待書中對於不同類型光波導的物理機製、傳播模式、損耗機理以及耦閤過程的詳細闡述。我相信，通過這本書的學習，我能夠構建起紮實的光波導理論基礎，為後續更深入的研究打下堅實的基礎。同時，我也希望書中能夠包含一些實際應用的案例，比如在光通信係統中的應用，或者在光集成器件中的設計原理，這樣能夠更好地將理論與實踐相結閤，提升學習的趣味性和實用性。我堅信，這本教材的齣現，將為我們光電信息科學與工程專業的學生提供一個極佳的學習平颱，幫助我們在光波導領域取得更大的進步。

評分☆☆☆☆☆

作為一名初學者，我對光波導這一領域感到既好奇又有些畏懼。市麵上很多相關的書籍要麼過於理論化，難以理解，要麼過於工程化，缺乏基礎。而《光波導理論基礎教程》這本書的定位——“理論基礎教程”，讓我看到瞭希望。它不僅僅是一本枯燥的理論書籍，更是為我們這些初學者量身打造的學習指南。我尤其看重書中對光波導基本概念的梳理，例如光傳播的邊界條件、模式分析、有效摺射率法等等。這些都是理解更復雜的光波導現象和設計的基石。我希望書中能夠通過豐富的圖示和實例，將這些概念形象化，幫助我建立起直觀的認識。同時，我也期待書中能夠對不同類型的光波導進行比較和分析，比如介質波導、金屬波導等，並介紹它們各自的適用範圍和特點。另外，如果書中能夠觸及一些光波導的耦閤理論，例如模式耦閤、定嚮耦閤器等，那將極大地擴展我的視野，讓我能夠更好地理解光信號如何在不同的光波導之間進行傳輸和轉換。我相信，通過這本書的學習，我能夠逐步剋服對光波導的恐懼，建立起堅實的基礎，為我未來的學習和研究打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我對光波導的研究一直有著濃厚的興趣，尤其是在光學信息傳輸和處理方麵。在我的認知中，光波導是實現這些功能的核心器件，但其背後的理論原理卻常常讓我感到難以捉摸。閱讀《光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程》的介紹，我被其內容概括深深吸引。它不僅涵蓋瞭電磁波在介質中的傳播規律，還詳細介紹瞭如何構建和分析光波導結構。特彆是其中關於光在不同介質界麵反射和摺射的討論，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。這本書似乎能將這些抽象的概念通過清晰的數學推導和物理模型展現齣來，讓我能夠更直觀地理解光波導的工作機製。我期待書中能夠詳細講解不同類型波導的特性，例如平麵波導、條形波導、光縴等，以及它們在不同應用場景下的優勢和劣勢。此外，如果書中還能包含一些關於波導損耗的分析，比如散射損耗、吸收損耗等，以及如何通過材料選擇和結構設計來減小損耗，那將對我非常有幫助。我希望通過這本書的學習，能夠掌握分析和設計光波導器件的基本方法，為我未來的科研工作提供有力的理論支持。

評分☆☆☆☆☆

我對光波導技術在現代光通信和光計算中的應用前景充滿期待，也一直想深入瞭解其背後的科學原理。在我的求學過程中，接觸過不少關於光學和光電子學的書籍，但專門針對光波導理論進行係統性講解的教材卻不多見。《光電信息科學與工程類專業規劃教材：光波導理論基礎教程》的齣現，恰好滿足瞭我的這一需求。我非常欣賞書中從基礎的波動光學齣發，逐步深入到光波導的形成和傳播機理的講解方式。特彆是關於麥剋斯韋方程在有界介質中的求解，以及由此推導齣的光波導傳播方程，是我一直想要透徹理解的部分。我期望書中能夠詳細闡述不同光波導的橫嚮模分布、縱嚮傳播常數以及截止條件等關鍵參數的計算方法。此外，我也希望書中能夠包含對光波導損耗的深入分析，例如界麵散射、體散射、吸收等，以及如何優化波導結構和選擇閤適的材料來降低損耗。如果書中還能涉及到光波導中的非綫性效應，例如光剋爾效應在光縴通信中的應用，那將更讓我興奮。我期待這本書能夠成為我深入理解光波導理論、進行相關器件設計和係統優化的重要參考。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿光電技術充滿熱情的研究生，我一直緻力於尋找能夠幫助我深入理解光波導核心理論的優質教材。《光波導理論基礎教程》這本書的名字便深深吸引瞭我。在我看來，紮實的理論基礎是進行創新性研究的基石，而光波導作為許多光電器件的關鍵組成部分，其理論的深入理解至關重要。我非常期待書中能夠對光波導的數學模型進行嚴謹的推導，例如使用有限元法、傳輸矩陣法等分析復雜波導結構。同時，我也希望書中能夠詳細介紹不同傳播模式（如基模、高次模）的特性，以及它們在波導中的行為。更重要的是，我希望書中能夠探討光波導的耦閤理論，例如不同波導之間的耦閤效率、耦閤長度以及如何實現高效的定嚮耦閤，這對於光集成器件的設計至關重要。此外，如果書中還能涉及一些更高級的概念，例如周期性波導、光子晶體波導等，那將極大地開闊我的研究視野。我相信，通過對這本書的學習，我能夠建立起更為深刻和全麵的光波導理論認知，為我在光波導相關的研究方嚮上取得突破提供堅實的理論支撐。

評分☆☆☆☆☆

是一本理論解釋很詳細的書籍！

評分☆☆☆☆☆

這書還真是係統，不適閤做本科教材。

評分☆☆☆☆☆

買來還沒細讀，草草翻閱瞭，還可以

評分☆☆☆☆☆

感覺可以，印刷業沒問題。

評分☆☆☆☆☆

是一本理論解釋很詳細的書籍！

評分☆☆☆☆☆

還行，就是書被壓捲瞭

評分☆☆☆☆☆

特彆好的教材

評分☆☆☆☆☆

感覺可以，印刷業沒問題。

評分☆☆☆☆☆

這書還真是係統，不適閤做本科教材。