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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 导波光学的基本概念4

1.1.2 导波光学的产生及发展过程6

1.2 导波光学系统构成及优点9

1.2.1 导波光学系统构成10

1.2.2 导波光学系统优点10

1.3 光波导器件的进展11

1.3.1 光波导宽带光调制器11

1.3.2 光波导开关11

1.3.3 光波导频谱分析器13

1.3.4 高密度信息读取器14

1.4 光波导技术研究热点和发展趋势15

1.4.1 光波导技术的研究热点16

1.4.2 光波导技术的发展趋势16

小结17

习题17

第2章 光波导的理论基础19

2.1 光波导种类19

2.1.1 按形状分类20

2.1.2 按折射率分布分类20

2.2 光波导的射线光学理论21

2.2.1 平面（板）光波导简介21

2.2.2 射线光学模型21

2.2.3 光入射到介质界面处的基本定律21

2.2.4 全反射时的相移23

2.2.5 平面光波导的导模24

2.2.6 模式本征方程的图解26

2.2.7 应用实例27

2.3 古斯-汉欣线移和有效厚度原理29

2.3.1 古斯-汉欣线移29

2.3.2 有效厚度30

2.4 光波导的电磁理论31

2.4.1 电磁过程的基本方程31

2.4.2 平面光波导中的亥姆霍兹方程33

2.5 折射率突变光波导的基本解38

2.5.1 TE导模的场分布38

2.5.2 模式本征方程39

2.6 折射率渐变光波导的基本解40

2.6.1 平方律折射率分布40

2.6.2 指数律折射率分布41

2.7 条形介质光波导的基本解43

2.7.1 马卡提里近似43

2.7.2 Ex m，n模式分析44

2.7.3 Ey m，n模式分析47

2.7.4 有效折射律法48

2.8 圆柱形介质光波导的基本解50

2.8.1 光纤导模的基本解51

2.8.2 导引模的截止条件52

小结53

习题53

第3章 光波导元器件和传感器56

3.1 光路变换器56

3.1.1 光波导棱镜57

3.1.2 端面反射镜57

3.1.3 弯曲光波导57

3.2 功率分配器59

3.2.1 单模光波导型功率分配器59

3.2.2 多模光波导型功率分配器62

3.3 光波导偏振器63

3.3.1 金属覆层63

3.3.2 各向异性晶体63

3.4 模分割器和模变换器65

3.4.1 方向耦合器型模分割器65

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67

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79

4.2.1 光波导衬底材料79

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82

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90

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93

4.5.2 光路几何图形设计和加工工艺93

4.6 光刻技术94

4.6.1 光致抗蚀剂94

4.6.2 涂布抗蚀剂95

4.6.3 曝光方式95

4.6.4 显影和坚膜95

4.6.5 脱膜和腐蚀96

4.7 电子束扫描曝光法97

4.7.1 电子束致抗蚀剂97

4.7.2 电子束扫描曝光系统构成和特点97

4.8 光波导加工技术98

4.8.1 脱膜法98

4.8.2 腐蚀法99

4.9 条形光波导的制作方法103

4.9.1 条形光波导的结构及制作方法103

4.9.2 埋入型条形光波导的制作工艺流程103

4.9.3 脊型条形光波导的制作工艺流程104

4.9.4 加载型条形光波导的制作工艺流程105

4.10 条形玻璃光波导的制作106

4.10.1 埋入型条形玻璃光波导106

4.10.2 脊型玻璃光波导108

4.10.3 加载型玻璃光波导108

4.11 条形LiNbO3光波导的制作110

4.11.1 Ti扩散LiNbO3光波导110

4.11.2 质子交换LiNbO3光波导111

4.11.3 LiNbO3光波导电极的制作112

小结114

习题115

第5章 光波导耦合理论与耦合器116

5.1 光波导耦合的基本理论116

5.1.1 模式耦合方程117

5.1.2 光波导耦合的微扰理论117

5.2 导模与辐射模的耦合123

5.2.1 导模与辐射模耦合分析123

5.2.2 输出耦合124

5.2.3 输入耦合124

5.3 棱镜耦合器125

5.3.1 棱镜耦合器的工作原理125

5.3.2 棱镜耦合实验127

5.4 光栅耦合器129

5.4.1 光栅耦合器的工作原理129

5.4.2 光栅耦合形成导波的条件131

5.4.3 光栅的制作方法133

5.5 楔形光波导耦合器136

5.5.1 楔形光波导耦合器的工作原理136

5.5.2 楔形耦合模型137

5.6 光波导耦合的其他方法138

5.6.1 直接聚焦耦合138

5.6.2 直接对接耦合138

小结139

习题140

第6章 光调制和光波导调制器141

6.1 光波导调制技术概述141

6.1.1 几个基本概念141

6.1.2 光调制的评价指标142

6.2 调制光的光谱分析143

6.2.1 调幅光频信号频谱144

6.2.2 频率调制的频谱144

6.2.3 相位调制的频谱146

6.2.4 强度调制的频谱146

6.2.5 脉冲调制的频谱147

6.3 电光调制技术148

6.3.1 几个基本概念149

6.3.2 线性电光效应149

6.3.3 电光相位调制152

6.3.4 电光强度调制153

6.3.5 电光高频调制154

6.3.6 行波电光调制155

6.3.7 电光偏转156

6.4 声光调制技术159

6.4.1 几个基本概念159

6.4.2 拉曼-奈斯衍射160

6.4.3 布拉格衍射161

6.4.4 声光调制器164

6.4.5 声光偏转164

6.5 磁光调制技术166

6.5.1 磁光效应166

6.5.2 磁光体调制器168

6.6 光波导调制器169

6.6.1 基本机理169

6.6.2 电光波导调制器170

6.6.3 声光波导调制器172

6.6.4 磁光波导调制器175

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182

7.3.1 光纤材料182

7.3.2 光纤预制棒制备183

7.3.3 光纤拉丝185

7.3.4 光纤涂覆189

7.4 折射率突变光纤的光线理论分析191

7.4.1 光纤中的光线192

7.4.2 光纤的数值孔径192

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194

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195

7.6 光纤的损耗197

7.6.1 吸收损耗197

7.6.2 散射损耗198

7.7 光纤的色散199

7.7.1 光纤色散的种类199

7.7.2 光波导色散200

7.7.3 多模色散201

7.7.4 材料色散201

7.8 光纤传感技术202

7.8.1 光纤传感器的基本原理202

7.8.2 光纤传感器的优点203

7.8.3 光纤传感器的类型203

7.9 光纤通信技术204

7.9.1 光纤通信技术的基本原理204

7.9.2 光纤通信的特点205

7.10 光纤激光器207

7.10.1 光纤激光器的工作原理207

7.10.2 光纤激光器的特点209

7.10.3 典型光纤激光器211

小结213

习题213

附录A 常用术语215

附录B 习题参考答案223

参考文献225