《光纤工学》求取 ⇩

1章　概说1

1.1前言1

1.2 从烽火到光纤维通信1

1.2.1 利用视认的光通信1

1.2.2 电气通信技术的高周波化3

1.2.3　光传送路的摸索4

1.2.4　光纤维的问世6

1.3 光纤维的特色8

1.4 结语9

1.5 本书的目的与构成9

练习题10

2章基本概念11

2.1 前言11

2.2 波动光学的基础11

2.2.1 Maxwell的方程式11

2.2.2　波动方程式12

2.2.3 传播常数13

2.2.4 在Z方向前进的平面波14

2.2.5 导波路的分类（表面波的概念）15

2.2.6 传送功率17

2.2.8 k—β图表18

2.2.7 相位速度与群速度18

2.2.9　偏光（偏波）19

2.3 光纤维的种类与分散特性21

2.3.1 多模态光纤维与单一模态光纤维21

2.3.2 在光纤维的分散22

2.3.3 各种分散大小的比较24

2.3.4 不均匀芯光纤维24

2.3.5 在单一模态光纤维的材料分散与导波路分散的抵销26

2.3.6　纽旋单一模态光纤维26

2.3.7 单一偏波单一模态光纤维26

2.4.1　损失的原因27

2.4 光纤维的传送损失27

2.4.2 实际光纤维损失的波长特性28

2.5 光纤维的制造法28

2.5.1　制造法的种类29

2.5.2　二重坩埚法29

2.5.3 MCVD法30

2.5.4 VAD法30

练习题31

3.1 前言32

3章　以光线理论解析光纤维32

3.2以光线理论讨论均匀芯部光纤维33

3.2.1 均匀芯部光纤维中的光线种类33

3.2.2 子午光线的解析34

3.2.3　开口数35

3.2.4 子午光线的分散35

3.2.5 斜光线的解析36

3.2.6 Goos-Hanchen偏移37

3.3 光线理论的基本方程式38

3.3.1 不均匀媒质中的光线理论38

3.3.2 Eikonol方程式39

3.3.3 光线方程式41

3.4 以光线理论讨论不均匀芯部光纤维43

3.4.1 不均匀芯部光纤维中的光线种类43

3.4.2　基本方程式44

3.4.3　解的实例（Ⅰ）——子午光线45

3.4.4 与均匀芯部的场合比较48

3.4.5 解的实例（Ⅱ）——螺旋光线48

3.5 结语49

练习题50

4.2 基本方程式的导出51

4章　以波动论理解析均匀芯部光纤维51

4.1前言51

4.2.1 在直角座标系的波动方程式52

4.2.2 圆筒座标系的波动方程式53

4.3 slad光导波路中的波动54

4.3.1 均匀芯部光纤维与slad光导波路的对应54

4.3.2 波动方程式的一般解55

4.3.3　rocore及clad中之解（TE模态）56

4.3.4 传播特性58

4.3.5　依据光线理论的解析58

4.4.1 波动方程式的一般解60

4.3.6 波动理论与光线理论结果比较60

4.4 均匀芯部光纤维中的波动60

4.4.2 芯部及覆层中电磁场的解62

4.4.3　模态的分类64

4.4.4 固有方程式（严密解）65

4.4.5 固有方程式（弱导波近似解）67

4.4.6 固有方程式的统一形式68

4.5 均匀芯部光纤维的性质69

4.5.1 传播模态、放射模态、泄漏模态69

4.5.2 各模态传播特性的决定70

4.5.3 模态编号l的意义与遮断周波数71

4.5.4 LP模态72

4.5.5 分散曲线74

4.5.6 多模态光纤维与单一模态光纤维76

4.5.7　电磁场分布77

4.6 均匀芯部光纤维的分散特性81

4.6.1 分散的要因82

4.6.2 表示群迟延的式子82

4.6.4 波长分散84

4.6.3 多模态分散84

4.6.5 导波路分散85

4.6.6 材料分散86

4.6.7 偏波分散88

4.6.8 各种分散的大小比较88

4.7 结语89

练习题90

5章　以波动理论解析不均匀芯部光纤维91

5.1前言91

5.2.1 基本方程式的导出92

5.2 在不均匀芯部光纤维的基本方程式与模态的概念92

5.2.2 向量波动方程式与无向量波动方程式94

5.2.3 在圆筒座标系的无向量波动方程式95

5.2.4 对各模态的波动方程式与其解96

5.2.5 无向量波动方程式与LP模态的概念104

5.2.6 轴方向及横方向电磁场函数的关系104

5.2.7 边界条件106

5.2.8　无向量波解析107

5.3.1 基本概念108

5.3 以WKB法解析不均匀芯部光纤维108

5.2.9 向量波解析108

5.3.2 以WKB法解析传播模态111

5.3.3 WKB近似解的精度114

5.3.4 在转回点附近的解114

5.3.5 解的连接与固有方程式的导出116

5.3.6　以WKB法解析泄漏模态117

5.4 依据WKB法解析计算多模态光纤维的传播特性119

5.4.1　传播模态数119

5.4.2 群迟延与α的最适值123

5.4.3 脉冲响应124

5.5.1 变换为变分问题127

5.5 以Rayleigh-Ritz法解析不均匀芯部光纤维127

5.5.2 固有方程式129

5.5.3 固有方程式的数值解析131

5.5.4　群迟延133

5.6 以幂级数展开法解析α次方分布光纤维135

5.6.1 概说135

5.6.2　沟形或阶形的α次方分布135

5.6.3 固有方程式的导出136

5.6.4　遮断条件138

5.6.6　传播特性的计算结果139

5.6.5　群迟延139

5.7 多模态光纤维最适折射率分布的启示144

5.7.1 α及ρ的最适值144

5.7.2 在芯部—覆层交界的折射率分布之沟形效果145

5.8 以有限要素法解析不均匀芯部光纤维147

5.8.1 概说147

5.8.2 往变分形式的定式化147

5.8.3 变分问题用有限要素法的解法149

5.8.4　无向量波近似152

5.8.5 无向量波近似法造成的误差153

5.9.2　基本方程式155

5.9 以阶段近似法解析不均匀芯部光纤维155

5.9.1 概说155

5.9.3　固有方程式158

5.9.4　电磁场成分的计算159

5.9.5　群迟延160

5.10 结语160

练习题160

6章　非轴对称光纤维的解析162

6.1前言163

6.2 单一偏波纤维的种类与特性163

6.2.1 单一直线偏波纤维164

6.2.2 单一圆偏波纤维166

6.3 椭圆芯部光纤维的解析167

6.3.1　各种解析法167

6.3.2　解析法的概观167

6.3.3　解析结果之例167

6.4 有非轴对称折射率分布的光纤维之有限要素法解析169

6.4.1 概说169

6.4.2 二次元有限要素法的定式化169

6.4.3　固有方程式171

6.4.4 数值计算例（计算精度的检讨）174

6.4.5 乱真模态176

6.4.6 非轴对称折射率分布的计算例177

6.5 有非轴对称内部应力分布的光纤维之有限要素法解析177

6.5.1 基本方程式177

6.5.2 非轴对称光纤维的模态复折射率179

6.5.3 椭圆芯部光纤维的导波构造复折射率与应力诱起复折射率180

6.5.4 side-pit光纤维的偏光特性与应力解析182

6.6 扭曲单一模态光纤维中的光波传播185

6.6.1 概说185

6.6.2　无扭曲的状态185

6.6.3 施加扭曲的状态（不计旋光性的定式化）186

6.6.4 考虑扭曲所致之旋光性的定式化188

6.6.5　表示偏波状态的解与计算结果188

6.7 结语192

练习题192

7章　多模态光纤维的特性与设计193

7.1前言193

7.2 α次方分布形多模态的群迟延194

7.2.1 对α次方折射率分布的群迟延194

7.2.2 α的最适值194

7.3 折射率分布与脉冲响应196

7.3.1 有任意折射率分布之多模态光纤维的脉冲响应197

7.3.2 理论与实测特性的比较199

7.3.3 折射率凹陷的影响201

7.3.4 脉理的影响201

7.4 最适折射率分布的合成204

7.4.1 束缚条件204

7.4.2 以变分法解析光纤维的传播特性205

7.4.3 多模态分散的指标207

7.4.4 以Newton-Raphson法修正折射率分散207

7.4.5 合成的结果209

7.5 广波长域低分散多模态光纤维的设计213

7.5.1 基本方程式213

7.5.2 GeO2-B2O3-SiO2系216

7.5.3 GeO2-P2O5-SiO2系219

7.6　结语221

练习题221

8章　单一模态光纤维的特性与设计222

8.1前言222

8.2 光纤维的单一模态条件224

8.2.1 一般式的导出224

8.2.2 规格化遮断周波数的近似式225

8.3 单一模态光纤维的分散227

8.3.1 材料分散与导波路分散227

8.3.2 零分散波长228

8.4 W形光纤维229

8.4.1 W形光纤维的观念229

8.4.2 固有方程式230

8.4.3 分散特性232

8.5 1.55μm带零分散单一模态光纤维233

8.5.1 构造参数与零分散波长233

8.5.2 考虑弯曲及连接损失的最适设计234

8.6 广波长域低分散单一模态光纤维235

8.6.1 设计用的基本方程式235

8.6.2 各种单一模态光纤维的导波路分散237

8.6.3 高折射率差均匀芯部形纤维238

8.6.4 Ω形光纤维239

8.6.5 Ω形光纤维的分散特性241

8.7 单一偏波纤维242

8.7.1 概说242

8.7.2 Side pit形纤维242

8.7.3 Side-tunnel形纤维245

8.7.4 内部应力形复折射纤维247

8.7.5 单一圆偏波纤维248

8.7.6 单一直线偏波纤维与单一圆偏波纤维的优劣比较248

8.8 结语249

练习题250

9章　有不均匀性的光纤维之理论251

9.1前言251

9.2 电力结合方程式252

9.3.1 基本式254

9.3 两个模态间的模态变换254

9.3.2 对单一偏波光纤维的要求255

9.4 藉多模态光纤维中的模态变换改应分散特性256

9.4.1　藉模态变换改善分散特性256

9.4.2　模态的缩退257

9.4.3　结合方程式258

9.4.4　脉冲响应261

9.4.5　脉冲的迟延与脉冲宽度264

9.5 结语266

练习题266

10.1 前言268

10.2 多模态光纤维的折射率分布测定法268

10章　光纤维折射率分布的测定法268

10.2.1纵方向干涉法270

10.2.2 横方向干涉法273

10.2.3 开口数扫瞄法276

10.2.4 端面反射法278

10.2.5 集束法280

10.3 单一模态光纤维的折射率分布测定法282

10.3.1 散射图形法283

10.3.2 远方出射图形表287

10.4 预成形体的折射率分布测定法289

10.4.1 空间滤光法290

10.4.2 横方向干涉法的应用292

10.5 二次元折射率分布测定法295

10.5.1 用三角mask法测定预成形体的二次元折射率分布296

10.5.2 用开口数扫瞄法测定预成形体的二次元折射率分布298

10.5.3 用散射图形法测定单一模态光纤维的二次元折射率分布299

10.6 结语301

练习题301

11.1 前言303

11.1.1 分散的种类303

11章　光纤维分散特性的测定303

11.1.2分散大小的表示法304

11.2 分散特性测定法的分类304

11.3 脉冲法307

11.3.1 测定系的构成307

11.3.2 impulse响应的表示307

11.3.3 impulse响应的简单表示308

11.3.4 impulse响应的正确计算法—Fourier变换法309

11.3.5 多模态分散分离测定法309

11.3.6　梭脉冲法311

11.3.7 依模态群别测定多模态分散的方法313

11.4 拂掠调变法316

11.4.1 测定系的构成316

11.4.2 全分散测定的实例317

11.4.3 多模态分离测定法318

11.5 光谱分析法318

11.6 用纤维Raman雷射的分散测定法319

11.6.1 测定系的构成320

11.6.2 多模态光纤维传送带域的波长依存性测定法321

11.7 单一模态光纤维的分散测定法322

11.7.1 波长拂掠测定法322

11.7.2 用差分法测定分散特性323

11.7.3 单一偏波纤维的传播常数差△β测定法325

11.7.4 单一偏波纤维的偏波模态分散测定法327

11.8 结语330

练习题330

12章　光纤维传送损失的测定法与关连测定技术331

12.1前言331

12.2 光纤维传送损失的测定法332

12.2.1 损失特性测定法的分类332

12.2.2 分光特性测定法334

12.2.3 1／λ4线图表示法335

12.3 光纤维的单一模态条件测定法337

12.3.1 测定法的原理与分类337

12.3.2　弯曲损失法338

12.4 光纤维的障碍点及损失分布的测定法340

12.4.1 利用反射光的障碍点及损失分布测定的原理340

12.4.2 Fresnel反射与後方Rayleigh散射的强度342

12.4.3 SN比的改善法与测定例344

12.4.4 距离能的改善法与测定例345

12.5 结语348

练习题348

练习题略解350

附录363

附录3A.1式（3.12）的导出363

附录3A.2 式（3.56）的导出364

附录3A.3 式（3.78）的导出366

附录4A.1 圆筒座标系波动方程式的导出366

附录4A.2 Bessel函数各公式367

附录5A.1 基本方程式（5.7）～（5.12）的导出368

附录5A.2 式（5.23）的导出373

附录5A.3 Airy函数Ai(x),Bi（x）的定义与公式375

附录5A.4 式（5.136）～（5.139）的导出（常数A～G,？及β1的决定）376

附录5A.5 式（5.198）的导出379

附录5A.6 正规化遮断周波数的严密值380

附录5A.7 泛函数［式（5.242）］妥当性的证明383

附录5A.8　证明式（5.258）为无向量波动方程式384

附录6A.1 式（6.56）及式（6.58）的导出386

附录6A.2 式（6.63）的导出387

附录9A.1 平方分布光纤维模态的缩退（9.4.2项）388

附录9A.2 式（9.36）的导出389

附录9A.3 式（9.39）的稳定解390

附录10A.1　在韩克尔变换的标本化定理（10.3.1项）391