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第0章 绪论1

第1章 光波导原理与器件概述3

1.1导波光学的发展4

1.1.1导波光学基本概念4

1.1.2导波光学产生及发展过程4

1.2导波光学系统构成及优点7

1.2.1导波光学系统构成8

1.2.2导波光学系统优点8

1.3光波导器件的进展9

1.3.1光波导宽带光调制器9

1.3.2光波导开关9

1.3.3光波导频谱分析器11

1.3.4高密度信息读取器12

1.4光波导技术研究热点和发展趋势14

1.4.1光波导技术的研究热点14

1.4.2光波导技术的发展趋势15

小结16

习题16

第2章 光波导的理论基础17

2.1光波导种类17

2.1.1按形状分18

2.1.2按折射率分布分18

2.2光波导的射线光学理论19

2.2.1平面（板）光波导简介19

2.2.2射线光学模型19

2.2.3光人射到介质界面处的基本定律20

2.2.4全反射时的相移21

2.2.5平面光波导的导模22

2.2.6模式本征方程的图解24

2.2.7应用实例26

2.3古斯-汉欣线移和有效厚度原理27

2.3.1古斯-汉欣线移28

2.3.2有效厚度29

2.4光波导的电磁理论29

2.4.1电磁过程的基本方程30

2.4.2平面光波导中的亥姆霍兹方程32

2.5折射率突变光波导的基本解36

2.5.1 TE导模的场分布37

2.5.2模式本征方程37

2.6折射率渐变光波导的基本解39

2.6.1平方律折射率分布39

2.6.2指数律折射率分布40

2.7条形介质光波导的基本解42

2.7.1马卡提里近似42

2.7.2 EXm.n模式分析43

2.7.3 Eym.n模式分析46

2.7.4有效折射律法47

2.8圆柱形介质光波导的基本解49

2.8.1光纤导模的基本解49

2.8.2导引模的截止条件51

小结52

习题52

第3章 光波导元器件和传感器55

3.1光路变换器55

3.1.1光波导棱镜56

3.1.2端面反射镜56

3.1.3弯曲光波导56

3.2功率分配器58

3.2.1单模光波导型功率分配器58

3.2.2多模光波导型功率分配器61

3.3光波导偏振器62

3.3.1金属包层63

3.3.2各向异性晶体63

3.4模分割器和模变换器64

3.4.1方向耦合器型模分割器64

3.4.2三层结构分支光波导65

3.4.3 Y形分支光波导模分割器66

3.4.4模变换器66

3.5光波导型透镜67

3.5.1模折射率透镜67

3.5.2短程透镜68

3.5.3费涅耳透镜70

3.5.4微透镜阵列71

3.6光波导传感器72

3.6.1光波导温度传感器72

3.6.2光波导压力传感器73

3.6.3光波导微位移传感器74

3.6.4光波导振动传感器74

小结75

习题75

第4章 光波导的制备技术76

4.1光波导制作概述76

4.1.1光波导导光薄膜材料76

4.1.2光波导制作难点77

4.1.3材料与制作技术77

4.1.4光波导的结构、制作方法和特性78

4.2光波导衬底材料及加工80

4.2.1光波导衬底材料80

4.2.2衬底材料的加工81

4.3无源材料光波导的制备技术82

4.3.1淀积技术83

4.3.2置换技术85

4.4有源材料光波导制备技术87

4.4.1外延生长技术87

4.4.2减少载流子浓度技术91

4.5光路几何图形的加工工艺93

4.5.1集成光路设计和加工工艺94

4.5.2光路几何图形设计和加工工艺94

4.6光刻技术95

4.6.1光致抗蚀剂95

4.6.2涂布抗蚀剂96

4.6.3曝光方式96

4.6.4显影和坚膜96

4.6.5脱膜和腐蚀97

4.7电子束扫描曝光法98

4.7.1电子束致抗蚀剂98

4.7.2电子束扫描曝光系统构成和特点98

4.8光波导加工技术99

4.8.1脱膜法99

4.8.2腐蚀法100

4.9条形光波导的制作方法104

4.9.1条形光波导的结构及制作方法104

4.9.2埋人型条形光波导的制作工艺流程105

4.9.3脊型条形光波导的制作工艺流程105

4.9.4加载型条形光波导的制作工艺流程106

4.10条形玻璃光波导的制作107

4.10.1埋人型条形玻璃光波导107

4.10.2脊型玻璃光波导109

4.10.3加载型玻璃光波导110

4.11条形LiNbO3光波导的制作111

4.11.1 Ti扩散LiNbO3光波导111

4.11.2质子交换LiNbO3光波导113

4.11.3 LiNbO3光波导电极的制作113

小结116

习题116

第5章 光波导耦合理论与耦合器118

5.1光波导耦合的基本理论118

5.1.1模式耦合方程119

5.1.2光波导耦合的微扰理论119

5.2导模与辐射模的耦合125

5.2.1导模与辐射模耦合分析125

5.2.2输出耦合126

5.2.3输人耦合126

5.3棱镜耦合器127

5.3.1棱镜耦合器的工作原理127

5.3.2棱镜耦合实验130

5.4光栅耦合器132

5.4.1光栅耦合器的工作原理132

5.4.2光栅耦合形成导波的条件133

5.4.3光栅的制作方法136

5.5楔形光波导耦合器138

5.5.1楔形光波导耦合器的工作原理138

5.5.2楔形耦合模型139

5.6光波导耦合的其他方法140

5.6.1直接聚焦耦合140

5.6.2直接对接耦合141

小结142

习题142

第6章 光调制和光波导调制器144

6.1光波导调制技术概述144

6.1.1几个基本概念144

6.1.2光调制的评价指标145

6.2调制光的光谱分析147

6.2.1调幅光频信号频谱147

6.2.2频率调制的频谱148

6.2.3相位调制的频谱149

6.2.4强度调制的频谱150

6.2.5脉冲调制的频谱151

6.3电光调制技术152

6.3.1几个基本概念152

6.3.2线性电光效应153

6.3.3电光相位调制156

6.3.4电光强度调制157

6.3.5电光高频调制158

6.3.6行波电光调制159

6.3.7电光偏转160

6.4声光调制技术162

6.4.1几个基本概念162

6.4.2拉曼-奈斯衍射163

6.4.3布拉格衍射165

6.4.4声光调制器167

6.4.5声光偏转168

6.5光波导调制器169

6.5.1基本机理170

6.5.2电光波导调制器170

6.5.3声光波导调制器173

小结176

习题176

第7章 光纤和光纤技术178

7.1光纤产生及应用178

7.1.1光纤初始阶段179

7.1.2光纤实用阶段179

7.2光纤的种类和结构180

7.2.1光纤的种类180

7.2.2光纤的结构182

7.3光纤的制作技术183

7.3.1光纤材料183

7.3.2光纤预制棒制备183

7.3.3光纤拉丝186

7.3.4光纤涂覆189

7.4折射率突变光纤的光线理论分析192

7.4.1光纤中的光线192

7.4.2光纤的数值孔径193

7.4.3子午光线的时延差194

7.5折射率渐变光纤的光线理论分析195

7.5.1平方律光纤（自聚焦光纤）195

7.5.2光线在光纤中的传播轨迹196

7.6光纤的损耗198

7.6.1吸收损耗198

7.6.2散射损耗199

7.7光纤的色散200

7.7.1光纤色散的种类200

7.7.2光波导色散201

7.7.3多模色散202

7.7.4材料色散202

7.8光纤传感技术203

7.8.1光纤传感器的基本原理203

7.8.2光纤传感器的优点204

7.8.3光纤传感器的种类204

7.9光纤通信技术205

7.9.1光通信技术的基本原理206

7.9.2光纤通信的特点207

小结209

习题209

附录A常用术语211

附录B习题参考答案219

参考文献221