光波導原理與器件

本書在介紹導波光學產生和發展概況之後,從光的射線理論和電磁理論出發,系統、深入地闡述了光 在光波導中傳播時所遵循的基本規律,同時講述了光波導器件的原理、結構、製作技術和工藝。全書共分8 章: 緒論; 光波導原理與器件概述; 光波導的理論基礎; 光波導元器件和傳感器; 光波導的制備技術; 光 波導耦合理論與耦合器; 光調制和光波導調制器; 光纖和光纖技術。 本書厚基礎,重應用,在重點講述光波導基本原理、基本概念和基本知識的基礎上,全面、系統地講述 了光波導器件的結構、製作方法和相關應用。書中各節後面都有表格形式的要點知識總結,各章後面都有 本章重點內容小結,並附有與講述內容聯系緊密且實用性強的習題,便於讀者學以致用。 本書可作為高等院校光電信息科學與工程專業、應用物理學專業、電子科學與技術專業、通信工程專 業及光學工程專業本科生的專業基礎教材,也可供從事光學及相關領域學習和研究的科技人員參考。

目錄

第0章緒論

第1章光波導原理與器件概述

1.1導波光學的發展

1.1.1導波光學的基本概念

1.1.2導波光學的產生及發展過程

1.2導波光學系統構成及優點

1.2.1導波光學系統構成

1.2.2導波光學系統優點

1.3光波導器件的進展

1.3.1光波導寬帶光調制器

1.3.2光波導開關

1.3.3光波導頻譜分析器

1.3.4高密度信息讀取器

1.4光波導技術研究熱點和發展趨勢

1.4.1光波導技術的研究熱點

1.4.2光波導技術的發展趨勢

小結1

習題1

第2章光波導的理論基礎

2.1光波導種類

2.1.1按形狀分類

2.1.2按折射率分佈分類

2.2光波導的射線光學理論

2.2.1平面（板）光波導簡介

2.2.2射線光學模型

2.2.3光入射到介質界面處的基本定律

2.2.4全反射時的相移

2.2.5平面光波導中的導模

2.2.6模式本徵方程的圖解

2.2.7應用實例

2.3古斯漢欣線移和有效厚度原理

2.3.1古斯漢欣線移

2.3.2有效厚度

2.4光波導的波動光學理論

2.4.1電磁過程的基本方程

2.4.2平面光波導中的亥姆霍茲方程

2.5折射率突變光波導中電磁場的基本解

2.5.1TE導模的場分佈

2.5.2模式本徵方程

2.6折射率漸變光波導中電磁場的基本解

2.6.1平方律折射率分佈光波導

2.6.2指數律折射率分佈光波導

2.7條形介質光波導中電磁場的基本解

2.7.1馬卡提里近似

2.7.2Exm,n模式分析

2.7.3Eym,n模式分析

2.7.4有效折射率法

2.8圓柱形介質光波導中電磁場的基本解

2.8.1光纖導模的基本解

2.8.2導引模的截止條件

小結2

習題2

第3章光波導元器件和傳感器

3.1光路變換器

3.1.1光波導棱鏡

3.1.2端面反射鏡

3.1.3彎曲光波導

3.2功率分配器

3.2.1單模光波導型功率分配器

3.2.2多模光波導型功率分配器

3.3光波導偏振器

3.3.1金屬覆層偏振器

3.3.2各向異性晶體偏振器

3.4模分割器和模變換器

3.4.1方向耦合器型模分割器

3.4.2三層結構分支光波導

3.4.3Y形分支光波導模分割器

3.4.4模變換器

3.5光波導型透鏡

3.5.1模折射率透鏡

3.5.2短程透鏡

3.5.3菲涅耳透鏡

3.5.4微透鏡陣列

3.6光波導傳感器

3.6.1光波導溫度傳感器

3.6.2光波導壓力傳感器

3.6.3光波導微位移傳感器

3.6.4光波導振動傳感器

小結3

習題3

第4章光波導的制備技術

4.1光波導製作概述

4.1.1光波導導光薄膜材料

4.1.2光波導製作難點

4.1.3材料與製作技術

4.1.4光波導的結構、製作方法和特性

4.2光波導襯底材料及加工

4.2.1光波導襯底材料

4.2.2襯底材料的加工方法

4.3無源材料光波導的制備技術

4.3.1澱積技術

4.3.2置換技術

4.4有源材料光波導制備技術

4.4.1外延生長技術

4.4.2減少載流子濃度技術

4.5集成光路幾何圖形的加工工藝

4.5.1集成光路設計和加工工藝

4.5.2光路幾何圖形設計和加工工藝

4.6光刻技術

4.6.1光致抗蝕劑

4.6.2塗布抗蝕劑

4.6.3曝光方式

4.6.4顯影和堅膜

4.6.5脫膜和腐蝕

4.7電子束掃描曝光法

4.7.1電子束致抗蝕劑

4.7.2電子束掃描曝光系統構成和特點

4.8光波導加工技術

4.8.1脫膜法

4.8.2腐蝕法

4.9條形光波導的製作方法

4.9.1條形光波導的結構及製作方法

4.9.2埋入型條形光波導的製作工藝流程

4.9.3脊型條形光波導的製作工藝流程

4.9.4加載型條形光波導的製作工藝流程

4.10條形玻璃光波導的製作

4.10.1埋入型條形玻璃光波導的製作

4.10.2脊型條形玻璃光波導的製作

4.10.3加載型條形玻璃光波導的製作

4.11條形LiNbO3光波導的製作

4.11.1Ti擴散LiNbO3光波導的製作

4.11.2質子交換LiNbO3光波導的製作

4.11.3LiNbO3光波導電極的製作

小結4

習題4

第5章光波導耦合理論與耦合器

5.1光波導耦合的基本理論

5.1.1模式耦合方程

5.1.2光波導耦合的微擾理論

5.2導模與輻射模之間的耦合

5.2.1導模與輻射模耦合分析

5.2.2輸出耦合

5.2.3輸入耦合

5.3棱鏡耦合器

5.3.1棱鏡耦合器的工作原理

5.3.2棱鏡耦合實驗裝置及特點

5.4光柵耦合器

5.4.1光柵耦合器的工作原理

5.4.2光柵耦合形成導波的條件

5.4.3光柵的製作方法

5.5楔形光波導耦合器

5.5.1楔形光波導耦合器的工作原理

5.5.2楔形耦合模型

5.6光波導耦合的其他方法

5.6.1直接聚焦耦合

5.6.2直接對接耦合

小結5

習題5

第6章光調制和光波導調制器

6.1光波導調制技術概述

6.1.1光調制的幾個基本概念

6.1.2光調制的評價指標

6.2調制光的光譜分析

6.2.1調幅光頻信號頻譜

6.2.2頻率調制的頻譜

6.2.3相位調制的頻譜

6.2.4強度調制的頻譜

6.2.5脈沖調制的頻譜

6.3電光調制技術

6.3.1電光調制的幾個基本概念

6.3.2線性電光效應

6.3.3電光相位調制

6.3.4電光強度調制

6.3.5電光高頻調制

6.3.6行波電光調制

6.3.7電光偏轉

6.4聲光調制技術

6.4.1聲光調制的幾個基本概念

6.4.2拉曼奈斯衍射

6.4.3布拉格衍射

6.4.4聲光調制器

6.4.5聲光偏轉

6.5磁光調制技術

6.5.1磁光效應

6.5.2磁光體調制器

6.6光波導調制器

6.6.1光波導調制基本機理

6.6.2電光波導調制器

6.6.3聲光波導調制器

6.6.4磁光波導調制器

小結6

習題6

第7章光纖和光纖技術

7.1光纖的產生及應用

7.1.1光纖探索階段

7.1.2光纖實用階段

7.2光纖的種類和結構

7.2.1光纖的種類

7.2.2光纖的結構

7.3光纖的製作技術

7.3.1光纖材料

7.3.2光纖預制棒制備

7.3.3光纖拉絲

7.3.4光纖塗覆

7.4折射率突變光纖的光線理論分析

7.4.1光纖中的光線

7.4.2光纖的數值孔徑

7.4.3子午光線的時延差

7.5折射率漸變光纖的光線理論分析

7.5.1平方律光纖(自聚焦光纖)

7.5.2光線在光纖中的傳播軌跡

7.6光纖的損耗

7.6.1吸收損耗

7.6.2散射損耗

7.7光纖的色散

7.7.1光纖色散的種類

7.7.2光波導色散

7.7.3多模色散

7.7.4材料色散

7.8光纖傳感技術

7.8.1光纖傳感器的基本原理

7.8.2光纖傳感器的優點

7.8.3光纖傳感器的類型

7.9光纖通信技術

7.9.1光纖通信技術的基本原理

7.9.2光纖通信的特點

7.10光纖激光器

7.10.1光纖激光器的工作原理

7.10.2光纖激光器的特點

7.10.3典型光纖激光器

小結7

習題7

附錄A常用術語

參考文獻