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光波導理論基礎（第2版）

為了解決波導色散的問題，作者李淑鳳李成仁 這樣論述：

本書以幾何光學和電磁場理論為基礎，系統闡述了介質光波導的分析方法和光傳輸特性。光波導涉及階躍式折射率分佈和漸變式折射率分佈的二維薄膜波導、三維平面波導、光纖以及光子晶體波導。   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、模式場的分佈與傳輸特性、模式耦合理論等。詳細介紹了多種無源和有源光器件的結構、基本原理及工作特性，關於波導的製備和表徵也做了介紹。每章都附有一定數量的習題。   本書可作為高等學校光學工程、光電子、光通信等專業的研究生及高年級本科生的教材，也可供相關專業的教師和科研人員參考。 李淑鳳，博士，副教授，大連理工大學物理與光電工程學院，主要講授《光

波導理論基礎》研究生課程，以及本科生的《大學物理》。 第1章  電磁場理論 （1） 1.1  麥克斯韋方程 （1） 1.2  電磁場邊界條件 （2） 1.3　單色平面電磁波 （3） 1.4  坡印亭向量和傳輸功率 （4） 1.5  亥姆霍茲方程 （5） 1.6  平面電磁波的反射和折射 （6） 1.7  光的全反射與倏逝波 （7） 1.8　全反射相移與古斯-漢森位移 （8） 習題 （10） 第2章  幾何光學 （11） 2.1　程函方程 （11） 2.2  光傳播路徑分析 （12） 2.2.1  光線方程 （12） 2.2.2  光線方程應用舉例 （12） 2.3  費馬原

理 （13） 習題 （14） 第3章  光波導幾何分析 （15） 3.1　均勻介質薄膜波導 （15） 3.2　折射率漸變薄膜波導中的光線 （16） 3.3　階躍光纖中的光線 （17） 3.3.1  子午光線 （18） 3.3.2  偏斜光線 （19） 3.4　梯度光纖中的光線 （20） 3.4.1  柱座標的光線方程 （20） 3.4.2  光線不變數 （21） 3.4.3  光線判據函數 （21） 3.4.4  光線分析 （22） 3.5  傳播時延與色散 （24） 3.5.1  均勻介質波導的時延差 （25） 3.5.2  折射率漸變介質波導的時延差 （25） 3.5.3  光纖的色散

（27） 習題 （28） 第4章  薄膜波導模式理論 （30） 4.1　均勻薄膜波導特徵方程 （30） 4.2  薄膜波導電磁場方程 （31） 4.3　TE模分析 （33） 4.4　TM模分析 （35） 4.5　導模特性 （36） 4.5.1  導模截止 （36） 4.5.2  導模定則 （37） 4.5.3  導模數量 （38） 4.5.4  單模傳輸 （39） 4.5.5  截止波長 （39） 4.5.6  歸一化參量與薄膜波導色散曲線 （40） 4.6　導模光強和功率 （41） 4.6.1  導模光強 （41） 4.6.2  傳輸功率 （42） 4.7　折射率漸變薄膜波導?WKB法 （

43） 4.7.1  場的近似表示式 （43） 4.7.2  轉捩點附近的近似解 （44） 4.7.3  漸變薄膜波導特徵方程 （45） 習題 （46） 第5章  三維光波導 （48） 5.1　三維光波導結構 （48） 5.2　馬卡提裡近似法 （49） 5.3　場方程與形式解 （50） 5.4　 模特征方程 （51） 5.5　 模特征方程 （53） 5.6  模式特性 （54） 5.6.1  導模條件與模截止 （54） 5.6.2  單模傳輸 （56） 5.6.3  截止波長 （56） 5.6.4  矩形波導色散曲線與模場分佈 （57） 5.7  有效折射率法 （58） 5.7.1  矩形波

導 （58） 5.7.2  脊波導 （59） 5.7.3  條載波導及四層平板波導 （60） 習題 （62） 第6章  光纖模式理論 （63） 6.1  光纖的電磁場方程 （63） 6.2  階躍光纖電磁場方程的向量解法 （65） 6.2.1  芯區和包層的電磁場 （65） 6.2.2  導模特征方程 （68） 6.2.3  導模分類 （68） 6.2.4  導模截止條件與單模傳輸 （70） 6.2.5  模色散曲線 （75） 6.2.6  導模電磁場分佈 （76） 6.3  光纖的線偏振模 （79） 6.3.1  場的直角分量與場方程的標量解法 （79） 6.3.2  線偏振模及簡並度 （

81） 6.3.3  LPmn模的向量模組成 （82） 6.3.4  LP模光強和功率 （83） 6.3.5  階躍多模光纖的導模數量 （86） 6.4  梯度光纖模場分析 （86） 6.4.1  梯度光纖場方程及標量解 （87） 6.4.2  傳播常數 （89） 6.4.3  模式群和導模數量 （90） 習題 （90） 第7章  電磁場分析的有限元法 （92） 7.1  微分方程邊值問題 （92） 7.1.1  邊值問題 （92） 7.1.2  Ritz方法 （93） 7.1.3  Galerkin方法 （94） 7.1.4  本征值方程 （95） 7.2　有限元分析 （95） 7.2.1

  區域離散和單元劃分 （96） 7.2.2  線性插值函數與基函數 （96） 7.2.3  單元方程的擴展—全域方程的建立 （97） 7.2.4  二階單元與基函數 （99） 7.3  光波導模式問題的應用舉例 （99） 7.3.1  單元大小對計算結果的影響 （99） 7.3.2  脊波導模場的有限元計算 （100） 7.3.3　偽模 （102） 習題 （102） 第8章  模式耦合理論 （103） 8.1  模式的正交性與完備性 （103） 8.1.1  橫場方程 （103） 8.1.2  模式的正交性及歸一化 （104） 8.1.3  展開式的完備性 （106） 8.2　模耦合方程

（106） 8.2.1  理想正規模式展開的模耦合方程 （106） 8.2.2  本地正規模式展開的模耦合方程 （108） 8.3  模耦合方程的微擾解—雙向模耦合 （109） 習題 （110） 第9章  無源光器件 （111） 9.1  光纖光柵 （111） 9.1.1　光纖光柵耦合方程 （112） 9.1.2　光纖光柵傳輸特性 （114） 9.1.3　光纖光柵濾波特性 （115） 9.2  平面波導光柵 （117） 9.3  雙波導定向耦合器 （120） 9.4  波分複用/解複用器 （122） 9.4.1  角色散型 （123） 9.4.2  干涉型 （125） 9.4.3  F-P腔

光濾波型 （127） 9.4.4  陣列波導光柵 （128） 9.5  光開關 （129） 9.6  光波導感測器 （132） 9.6.1  光波導感測器的特點 （132） 9.6.2  典型光波導感測器結構和原理 （133） 9.7  波導微環諧振器 （135） 9.7.1  波導微環諧振器的特點 （135） 9.7.2  波導微環諧振器的基本結構和製備工藝 （135） 9.7.3  波導微環諧振器的基本原理 （137） 習題 （140） 第10章  有源光器件 （142） 10.1  光波導放大器 （142） 10.1.1  概述 （142） 10.1.2  鉺離子的光譜特性 （144）

10.1.3  速率方程 （147） 10.1.4  光波傳輸方程 （152） 10.1.5  放大器增益特性 （153） 10.2  光波導調製器 （157） 10.2.1  光調製器 （157） 10.2.2  晶體的電光效應 （157） 10.2.3  光波導調製器 （159） 習題 （161） 第11章  光子晶體波導 （162） 11.1  光子晶體理論 （162） 11.1.1  光子晶體結構與兩種晶格 （162） 11.1.2  平面波展開法 （165） 11.1.3  二維光子晶體帶隙結構 （167） 11.2  光子晶體波導 （169） 11.2.1  二維光子晶體波導

（169） 11.2.2  二維平板光子晶體波導 （170） 習題 （172） 第12章  光波導的製備 （173） 12.1  概述 （173） 12.2  光纖製造 （174） 12.3  薄膜製備 （174） 12.3.1  蒸發法 （175） 12.3.2  直流磁控濺射法 （175） 12.3.3  中頻、射頻磁控濺射法 （176） 12.3.4  脈衝鐳射沉積法 （176） 12.3.5  薄膜製備的化學方法 （177） 12.3.6  薄膜的退火 （178） 12.4  薄膜的表徵 （179） 12.4.1  X射線衍射儀 （179） 12.4.2  掃描電鏡 （180） 12

.4.3  電子探針 （181） 12.5  三維光波導的製作 （182） 12.5.1  光刻技術 （182） 12.5.2  加工技術 （183） 習題 （185） 附錄A  Bessel函數 （186） A.1  Bessel方程與Bessel函數 （186） A.2  各類Bessel函數的漸近展開式 （187） A.3  Bessel函數的遞推關係 （187） 附錄B  LPmn模特征方程與其組成的向量模特征方程的等價性 （189） 附錄C  二維散度定理和自伴算符 （190） C.1  二維散度定理 （190） C.2  自伴算符 （190） 參考文獻 （191）

波導色散進入發燒排行的影片

嵌入式和表面安裝之聚合物光纖傳感器於結構損傷監測

為了解決波導色散的問題，作者林于翔 這樣論述：

現今的建築物除了改建加固外，結構體健康檢測(Structural Health Monitoring, SHM)也極為重要。光纖傳感器的體積小而且在應變、應力、溫度測量的高敏感度及準確性，使他們被廣泛地運用於各式各樣的工程結構中，像是橋墩、大壩、隧道的剪切破壞以及結構牆的剪切破裂監測。因此本研究將光導纖維傳感器系統結合纖維增強基質運用於結構物裂縫的連續監測。本研究回顧了分佈式光纖傳感器技術。簡要介紹光時域反射儀(Optical Time Domain Reflectometer, ODTR)性質特點、重要參數，以及其相關操作和用途，並運用光學傳感技術成功地連結了變形量與OTDR軌跡中光脈衝的

能量損失。透過實驗的方式了解結構物裂縫寬度、彎曲程度與曲線相對關係，並設法準確識讀事件發生位置處及了解該事件對於結構之破壞程度及損壞模式。本研究中多個事件於OTDR的軌跡中，主要考慮剪切破壞模式。使用纖維增強基質(CFRP、GFRP及玄武岩纖維)補強於磚牆及混凝土，改善力學性質與破壞模式，並透過OTDR的訊號進行光纖傳感。

光波導原理與器件（第2版）

為了解決波導色散的問題，作者宋貴才等 這樣論述：

在介紹導波光學產生和發展概況之后，從光的電磁理論出發，系統、深入地闡述光在光波導中傳播時發生的基本現象和遵循的基本規律，在此基礎上，講述光波導器件的原理、結構、制作技術和工藝流程。同時，也講述了光波導器件的相關應用。全書內容共分7章，包括光導波原理及器件概論、光波導的理論基礎、光波導元器件和光波導傳感器、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。宋貴才，教授、博士生導師。1987年畢業於長春光學精密機械學院光學物理系激光技術專業，畢業后留校任教。之后獲光學專業碩士學位和光學工程專業博士學位。2001年起，在長春理工大學（原長春光學精密機械學院）理學院工作，

曾擔任電子科學與技術系系主任。主要從事電子科學與技術、光電信息科學與工程專業本科生和物理電子學專業研究生的教學和科研工作，研究方向涉及激光、紅外和光電子技術等領域。現為國家精品資源共享課「紅外物理」課程負責人、長春理工大學校教學督導組副組長。 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 習題 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按折射率分布分類 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平面光波導的導模 2.2.6模式本征方程的圖解 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光波導的電磁理論 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折射率突變光波導的基本解 2.5.1TE導模的場分布 2.5.2模式本征方程 2.6折射率漸變光波導的基本解 2.6.1平方律折射率分布 2.6.2指數律折射率分布 2.7條形介質光波導的基本解 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有效折射律法 2.8圓柱形介質光波導的基本解 2.8.1光纖導模的基本解 2.8.2導引模的截止條件 小結 習題 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 3.3.2各向異性晶體 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費涅耳透鏡 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 習題 第4章光波導的制備技術 4.1光波導制作概述 4.1.1光波導導光薄膜材料 4.1.2光波導制作難點 4.1.3材料

與制作技術 4.1.4光波導的結構、制作方法和特性 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 4.3無源材料光波導的制備技術 4.3.1淀積技術 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條形光波導的制作方法 4.9.1條形光波導的結構及制作方法 4.9.2埋入型條形光波導的制作工藝流程 4.9.3脊型條形光波導的制作工藝流程 4.9.4加載型條形光波導的制作工藝流程 4.10條形玻璃光波導的制作 4.10.1埋入型條形玻璃光波導 4.10.2脊型玻璃光波導 4.10.3加載型玻璃光波導 4.11條形LiNbO3光波導的制作 4.11.1Ti擴散LiNbO3光波導 4.11.2質子交換LiNbO3光波導 4.11.3LiNbO3光波導電極的制作 小結 習題 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 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光柵的制作方法 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 習題 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 習題 第7章光纖和光纖技術 7.1光纖產生及應用 7.1.1光纖初始階段 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光纖的制作技術 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 習題 附錄A常用術語 附錄B習題參考答案 參考文獻

近零平坦化色散之亞波長通道波導設計與應用

為了解決波導色散的問題，作者賴昱廷 這樣論述：

我們提出了一種具有亞波長結構的新型通道波導設計，且我們完善了該設計方法，從而在silicon on insulator（SOI）製程上實現以1550為中心波長通信波段的極低且平坦色散的波導（D=-6ps / nm / km; 200ps帶寬內0