光波導原理與器件（簡體書）

《高等院校光信息科學與技術專業系列教材:光波導原理與器件》在介紹導波光學產生和發展概況之後,從光的電磁理論出發,系統、深入地論述了光在光波導中傳播時發生的基本現象和遵循的基本規律,同時闡述了光波導器件的原理、結構、制作技術和工藝。全書內容共分7章: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。
本著厚基礎,重應用,使讀者學以致用的理念,《高等院校光信息科學與技術專業系列教材:光波導原理與器件》在重點講述基本原理、基本概念和基本知識的基礎上,全面、系統地講述了光波導原理以及光波導器件的結構、功能、制作方法和相關應用。
《高等院校光信息科學與技術專業系列教材:光波導原理與器件》可作為高等院校光信息科學與技術專業、應用物理學專業、電子科學與技術專業、光電子技術科學專業以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師生和科技人員參考。

《高等院校光信息科學與技術專業系列教材:光波導原理與器件》由清華大學出版社出版。

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 導波光學基本概念
1.1.2 導波光學產生及發展過程
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
2.1.2 按折射率分布分
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
2.5.1 te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
2.7.2 exm,n模式分析
2.7.3 eym,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 金屬包層
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
3.4.3 y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 涂布抗蝕劑
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
4.11.1 ti擴散linbo3光波導
4.11.2 質子交換linbo3光波導
4.11.3 linbo3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 光波導調制器
6.5.1 基本機理
6.5.2 電光波導調制器
6.5.3 聲光波導調制器
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 光纖涂覆
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 光纖傳感器的種類
7.9 光纖通信技術
7.9.1 光通信技術的基本原理
7.9.2 光纖通信的特點
小結
習題
附錄a 常用術語
附錄b 習題參考答案
參考文獻

導波光學系統一般由光源、耦合器、光波導器件、光調制器和光探測器等組成。與傳統的、非集成的離散光學元件系統相比，導波光學系統具有體積小、重量輕、結構緊湊和性能穩定等特點。
離散光學系統是將有一定幾何尺寸的光學元器件固定在大型的光學平臺或光具座上所構成的光路系統。系統的大小約是幾平方米的數量級，光束的粗細約為5-10mm的范圍。光束一般通過空氣在各個光學元器件之間進行傳輸。由于受到介質對光的吸收、色散和散射等因素的影響，系統光能損耗較大，組裝、調整也比較困難。
導波光學系統是在同一塊襯底上盡量制作多個微型的光學元器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，不僅可以保持光學元器件相對位置不變，而且對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。另外，由于各個光學元件用襯底內部或表面上形成的光波導連接起來，因此，光波容易控制和保持其能量。
1.2.2 導波光學系統優點
導波光學系統具有體積小、性能穩定可靠、效率高、功耗低、使用方便等優點。首先，集成光路與光纖一樣，信號的載體是光波，光波的頻率比電子手段產生的電磁振蕩高得多，因而可能加載頻帶度極寬的信號，而且避免了電路的導線固有的電容和電感導致的頻率限制效應。這樣，集成光路的光信號的傳輸帶寬及與此相應的傳輸信息量，比電子電路系統的電信號的傳輸帶寬和信息量多若干數量級。