導波光學(第2版)（簡體書）

本書以經典電磁波理論和近代光學理論為基礎，系統論述了光波導的基本概念、基本理論和各種典型的分析方法，全面講述了平面光波導、金屬包層平板介質波導、矩形介質波導和圓光波導的基本原理。在此基礎上，對光波導的橫向耦合、縱向耦合以及新型波導結構的原理和應用進行了討論。 本書適合作為光電信息科學與工程、應用物理等專業的教材，也可作為從事光信息及相關領域的科學技術人員的參考用書。

王健 博士，北京交通大學理學院教授。多年來一直從事光波導理論、光纖傳感和全光信號處理的教學和研究工作，曾獲得北京交通大學“我最敬愛的老師”榮譽稱號，先後主持和參與多項*和省部科研項目，在國內外學術期刊發表論文逾40篇，其中SCI和EI收錄30餘篇。

教學資源：
教學課件 配書教案（PPT）可到清華大學出版社網站本書頁面下載。
教學大綱 配書教學大綱可到清華大學出版社網站本書頁面下載。
本書特色：
本教材在總結作者豐富教學經驗的基礎上，從經典電磁場理論和近代光學理論的角度出發，闡述光波導的基本概念、基本理論和各種典型的光波導分析方法。培養學生建立起“模式”的概念，使學生用電磁場理論和近代光學理論的方法，再結合“模式”的概念去觀察、分析、解決光在各類波導中傳播的基本特性。力爭從科學前沿的高度，培養學生的創新思維能力，提高學生用所學知識分析、解決光學工程中實際問題的能力。
（1） 易教易學 系統闡述理論的同時，注重內容的實用性和可讀性。把理論繁雜的數學推導放在了附錄，並給出了MATLAB語言編寫的求解典型波導傳播常數和繪製模式場分佈的程式，便於理解和運用。
（2）層次分明 在闡述運用近代光學理論分析光波導方法的基礎上，對各類波導按照由淺入深、循序漸進的方式進行分析，環環相扣，前後呼應。
（3） 技術前沿 介紹了集成光器件領域中光波導的新進展，激發學習興趣，啟迪創新思想。

第1章緒論

第2章導波光學的理論基礎

2.1電磁場的基本方程

2.1.1麥克斯韋方程組、物質方程、邊值關係

2.1.2亥姆霍茲方程

2.1.3正規光波導中模式場的亥姆霍茲方程及模式的概念

2.1.4電磁場和模式場的橫向分量與縱向分量的關係

2.1.5模式的正交性與模式展開

2.2光線在介質中的傳播特性

2.2.1反射定律、折射定律與全反射

2.2.2古斯漢欣（GoosHaerchen）位移

2.2.3射線光學基礎

習題

第3章平面光波導

3.1三層均勻平面波導的射線分析法

3.2三層均勻平面波導的電磁場分析法

3.2.1一般平面波導中模式的種類

3.2.2三層均勻平面波導中模式場的場分佈與本征值方程

3.2.3模截止及波導中的傳輸模式數

3.2.4歸一化參量

3.3非均勻平面波導的射線分析法

3.3.1光線在非均勻平面波導中的軌跡

3.3.2非均勻平面波導中的本征值方程

3.4平方律分佈漸變型折射率平板波導

3.4.1TE導模

3.4.2TM導模

3.5WKB近似法

3.6變分法

3.6.1傳播常數的積分運算式和變分法

3.6.2變分法的應用

3.7有限元法簡介

3.7.1基於變分思想的有限元法

3.7.2基於加權餘量法思想的有限元法

3.8多層分割法

習題

第4章金屬包層平板介質波導

4.1金屬的光頻特性

4.1.1金屬中的亥姆霍茲方程和複相對電容率

4.1.2金屬光頻特性的初等電子論

4.2等離子體表面波(SPW)

4.2.1介質與金屬分接口上的等離子體表面波

4.2.2長程等離子體表面波

4.3非對稱金屬包層介質波導

4.3.1模式的本征方程

4.3.2傳播常數與模式特性

4.4對稱金屬包層介質波導

習題

第5章矩形介質波導

5.1馬卡梯裡近似解法

5.1.1馬卡梯裡近似

5.1.2矩形波導中導模的場分佈及其本征值方程

5.1.3傳播常數和模場場分佈的計算實例

5.1.4求解本征值（傳播常數）的近似公式

5.2有效折射率法

5.3微擾法

5.4變分法

習題

第6章圓光波導

6.1階躍光纖的射線分析法

6.1.1光纖中的光線種類

6.1.2數值孔徑

6.1.3子午光線的色散和時延差

6.2二層階躍光纖向量模的分析方法

6.2.1向量模的分析方法

6.2.2向量模模式場各分量的解

6.2.3特徵方程

6.2.4對特徵方程的討論

6.3二層階躍光纖標量模的分析方法

6.3.1標量模的分析方法

6.3.2標量模的場分佈

6.3.3特徵方程

6.3.4截止條件

6.3.5遠離截止的條件

6.3.6向量模與標量之間的關係

6.4漸變折射率光纖的分析——高斯近似法

6.5光纖的傳輸特性——色散

6.5.1基本傳輸方程

6.5.2群時延

6.5.3脈衝展寬

6.5.4色散

6.5.5二層階躍光纖的色散

6.6光纖的損耗

6.6.1吸收損耗

6.6.2散射損耗

6.6.3彎曲損耗

習題

第7章光波導的橫向耦合

7.1光波導的橫向模耦合

7.1.1模耦合方程

7.1.2模耦合方程的解

7.2平板定向耦合器

7.3棱鏡耦合器

7.3.1棱鏡耦合器的工作原理

7.3.2輸出耦合器

7.3.3輸入耦合器

習題

第8章非正規光波導

8.1概述

8.2非正規光波導的模耦合方程

8.2.1耦合方程的一般形式

8.2.2弱導情況下耦合方程的形式

8.2.3考慮正、反向模情況下耦合方程的形式

8.3光纖光柵

8.4光纖的對接——突變光波導

習題

第9章新型波導結構

9.1Y分支波導

9.2多模幹涉耦合器

9.3微環諧振器

9.3.1微環諧振器結構

9.3.2微環諧振器參數

9.3.3微環諧振器頻譜響應

9.3.4微環諧振器的應用

附錄Ⅰ模式場的縱向分量與橫向分量之間關係的推導

附錄Ⅱ古斯漢欣位移的推導

附錄Ⅲ平面波導傳播常數和場分佈的計算程式

附錄Ⅳ矩形波導中的導模模式

附錄Ⅴ矩形波導傳播常數和場分佈的計算程式

附錄Ⅵ脈衝信號基本傳輸方程的推導

參考文獻