光纤光学与光纤应用技术 第二版

光纤光学与光纤应用技术 第二版
作者：迟泽英 主编
出版时间：2014年版
内容简介
　　本书系统、全面地介绍了光纤光学（纤维光学）的基础理论与光纤应用技术。全书内容除绪论外，分为两篇共十章。第一篇共6章，主要内容包括系统的光波导的基本理论、光纤特性以及无源与有源光器件的基础知识。书中应用光纤光学与波动光学两种方法系统地分析了阶跃多模、渐变多模与单模光纤的传输机理与规律，进行了基本的模式分析，阐述了光纤的传输特性以及光纤的材料、制造、分类与光缆，并较全面地介绍了多种类型的无源与有源光器件；第二篇共4章内容，较全面地介绍了光纤在通信、传感、传像以及传光照明与能量信号传输与控制等多方面的应用技术。本书在内容上重视基础理论体系的建立，强调基本物理概念，并重视全面反映现代光纤应用技术的各主要方面及自身的科研成果，力求内容丰富翔实、新颖实用、符合相关标准；表述方法力求理论联系实际，深入浅出，图文并茂，具有良好的可读性及参考价值。
目录
绪论
第一篇 光纤光学的基础理论与知识
第1章 光纤波导的电磁理论基础 6
1．1 麦克斯韦方程组与物质方程组 6
1．1．1 麦克斯韦方程组 6
1．1．2 物质方程组 7
1．1．3 各向同性、均匀、透明介质中的麦克斯韦方程组与物质方程组 8
1．2 波动方程 8
1．2．1 各向同性、非均匀（与r有关）、有源介质中的波动方程 8
1．2．2 各向同性、非均匀、无源介质中的波动方程 9
1．2．3 各向同性、渐变折射率光纤中的波动方程 9
1．2．4 各向同性、阶跃型折射率光纤中的波动方程 9
1．3 亥姆霍兹方程（正弦稳态波动方程） 10
1．4 各向同性、均匀介质圆柱光波导（阶跃光纤）中光波的传播 12
1．4．1 均匀介质圆柱光波导（阶跃光纤）芯中的光波传播 12
1．4．2 均匀光波导界面处全反射条件下的波场分析――表面波 13
习题与概念思考题1 15
第2章 光纤传输机理的光线理论分析 16
2．1 光在阶跃型圆柱光纤中的传播规律 16
2．1．1 光在理想阶跃型直圆柱光纤中的传播规律 16
2．1．2 圆柱阶跃光纤的形状偏差对子午光线传播规律的影响 22
2．2 光线理论的基本方程 24
2．2．1 非均匀介质中的光线理论――程函方程 24
2．2．2 光线微分方程（射线方程） 26
2．3 光在渐变折射率光纤中的传播规律 31
2．3．1 能实现子午光线自聚焦（消色散）的折射率分布规律的分析 31
2．3．2 空间光线在梯度折射率分布光纤中的传播规律 33
2．4 自聚焦光纤、透镜及其成像特性 34
2．4．1 平方律分布自聚焦光纤中的光线轨迹与特性分析 34
2．4．2 自聚焦透镜的成像特性――近轴成像 37
习题与概念思考题2 42
第3章 阶跃与渐变折射率光纤的波动理论分析 43
3．1 阶跃折射率光纤的波动理论分析与模式概念 43
3．1．1 阶跃光纤中基本波动方程的推导 43
3．1．2 阶跃光纤中波动方程的求解 48
3．1．3 阶跃光纤中的模式分析 55
3．1．4 弱波导条件下本征方程的近似解与线性极化（LP）模 63
3．1．5 阶跃光纤中各种模的电磁场与光功率分布、模数估算 70
3．1．6 单模光纤743．2渐变折射率光纤的标量近似理论分析 78
3．2．1 渐变折射率光纤的折射率分布 78
3．2．2 渐变折射率多模光纤的标量近似分析 78
习题与概念思考题3 82
第4章 光纤的特性 83
4．1 光纤的传输特性 83
4．1．1 光纤的损耗特性 83
4．1．2 光纤的色散特性 89
4．1．3 光纤的偏振特性 103
4．1．4 光纤的非线性效应 108
4．2 光纤的物理化学特性 111
4．2．1 光纤的机械性能 111
4．2．2 光纤的热性能 112
4．2．3 光纤的耐电压性能 113
习题与概念思考题4 113
第5章 光纤的材料与制造/光纤的分类/光缆 114
5．1 光纤的材料与制造 114
5．1．1 玻璃光纤（多组分玻璃光纤） 114
5．1．2 熔石英光纤（石英系光纤） 116
5．1．3 塑料光纤 123
5．2 光纤的分类 125
5．2．1 传光与传像光纤 126
5．2．2 通信光纤 128
5．2．3 特种光纤 136
5．3 光缆 140
5．3．1 光纤成缆的必要性与设计制造要求 141
5．3．2 构成光缆的结构要素 142
5．3．3 常用光缆的典型结构 143
5．3．4 光缆型号的命名方法与举例 146
习题与概念思考题5 147
第6章 无源与有源光器件 148
6．1 光纤连接器 148
6．1．1 光纤的连接损耗及影响因素 149
6．1．2 光纤连接器的结构类型 152
6．2 光纤耦合器 155
6．2．1 光耦合器的概念与主要类型 155
6．2．2 光纤定向耦合器 158
6．3 光隔离器、光环行器、光衰减器 162
6．3．1 光隔离器 162
6．3．2 光环行器 165
6．3．3 光衰减器166
6．4 光纤光栅 166
6．4．1 光纤光栅的功能与机理 166
6．4．2 光纤光栅的主要应用 168
6．5 光滤波器 170
6．5．1 干涉滤波器 171
6．5．2 F-P腔型窄带光滤波器 172
6．5．3 声光可调谐滤波器（AOTF） 174
6．5．4 均衡滤波器 175
6．6 光波分复用器 176
6．6．1 光波分复用技术 176
6．6．2 光波分复用器 179
6．7 光开关器件 184
6．8 光放大器 187
6．8．1 光放大器的基本原理 187
6．8．2 光放大器的特性参数 190
6．8．3 光放大器的应用 191
习题与概念思考题6 191
第二篇 光纤技术应用
第7章 光纤在传光照明、能量信号传输与控制方面的应用 193
7．1 玻璃光纤在照明、能量与信号传输方面的应用 193
7．1．1 玻璃光纤传光束 193
7．1．2 导光棒196
7．2 石英光纤在照明、能量传输等方面的应用196
7．2．1 大芯径石英光纤 196
7．2．2 石英光纤束 197
7．2．3 石英导光棒 197
7．3 液芯光纤及其应用 197
7．4 塑料光纤在照明、装饰中的应用 198
7．4．1 端面发光POF的应用 198
7．4．2 侧面发光POF的应用 200
7．5 日光采集、光纤传输照明系统 201
7．6 光纤在光信号及能量传输控制与传感领域中的应用 202
7．6．1 光纤连接线、光纤跳线、工控光纤 202
7．6．2 光纤中光信号能量传输与控制在高压直流输电系统中的应用 203
7．6．3 双向自主控制的光纤闭路视／音频信息传输系统 205
习题与概念思考题7 209
第8章 光纤传像器件、系统与应用 210
8．1 无源光纤传像器件与光纤传像系统 210
8．1．1 光纤传像器件（光纤传像束，光纤面板以及微通道板） 210
8．1．2 光纤传像系统（光纤望远系统，光纤内窥镜） 226
8．2 光纤传像系统的像质优化技术 234
8．2．1 动态扫描法优化像质的方案 235
8．2．2 波分复用优化像质的方案 236
8．3 光纤编码传像 239
8．3．1 线阵光纤束的波长编码传像原理 239
8．3．2 时间编码的方案实现 240
8．3．3 线阵光纤束λ-t编码复用实验系统与二维图像的传输效果 240
习题与概念思考题8 241
第9章 光纤通信技术 242
9．1 概述 242
9．1．1 光纤通信的发展史 242
9．1．2 光纤通信的特点 243
9．1．3 光纤通信系统简介 244
9．1．4 光纤通信关键技术 245
9．1．5 光纤通信的类型与应用 247
9．2 光源与光发送机 248
9．2．1 光纤通信对光源器件的要求 248
9．2．2 发光二极管（LED） 249
9．2．3 半导体激光器（LD） 253
9．2．4 光发送机 259
9．2．5 光发送机的主要技术指标 268
9．3 光检测器与光接收机 269
9．3．1 光接收机组成概述 269
9．3．2 光检测器 270
9．3．3 光接收机 277
9．3．4 光接收机的主要技术指标 281
9．3．5 线路编码 282
9．4 光中继器 285
9．5 光纤通信系统 286
9．5．1 模拟光纤通信系统 287
9．5．2 数字光纤通信系统 290
9．5．3 数字光纤通信系统设计 298
9．6 光纤通信网络 303
9．6．1 SDH传送网 304
9．6．2 波分复用光网络 306
9．6．3 光接入网 307
9．6．4 光分组交换网 316
9．6．5 光传送网 317
9．6．6 智能光网络 318
9．6．7 光突发交换网络 319
9．7 相干光通信 319
9．7．1 相干检测原理 319
9．7．2 相干光通信系统的优点和关键技术 321
9．8 光孤子通信 321
9．8．1 光孤子概念 321
9．8．2 光孤子通信系统的组成和工作原理 322
9．9 光纤通信技术在军事中的应用 323
9．9．1 光纤通信技术在军事中的应用概述 323
9．9．2 光纤制导系统 326
9．9．3 光纤制导双向传输系统 327
习题与概念思考题9 329
第10章 光纤传感技术 331
10．1 光纤传感技术概述 331
10．1．1 光纤传感器基本工作原理 331
10．1．2 光纤传感器的组成 332
10．1．3 光纤传感器的分类 333
10．1．4 光纤传感器的特点 334
10．2 光强调制型光纤传感器 335
10．2．1 非功能型光强调制 335
10．2．2 功能型光强调制 339
10．2．3 天然气水合物相变测试用光纤传感器 341
10．3 光相位调制型光纤传感器 342
10．3．1 光相位调制原理 342
10．3．2 光纤干涉仪 344
10．3．3 相位调制型光纤传感器 345
10．4 光偏振调制型光纤传感器 349
10．4．1 光偏振调制原理 349
10．4．2 光偏振态的检测 351
10．4．3 偏振调制型光纤传感器应用 352
10．5 光波长调制型光纤传感器 354
10．5．1 光纤光栅光波长调制原理 354
10．5．2 波长调制的解调方法 355
10．5．3 光纤光栅传感器 356
10．6 光频率调制型光纤传感器 358
10．6．1 光学多普勒效应 358
10．6．2 频率检测 359
10．6．3 频率调制光纤传感器应用 360
10．7 分布式光纤传感器 361
10．7．1 分布式光纤温度传感器 362
10．7．2 分布式光纤应力传感器 363
10．7．3 分布式微弯光纤传感器 363
10．7．4 分布式Sagnac光纤应力传感器 364
10．8 光纤传感技术在物联网中的应用 365
10．8．1 物联网的基本原理 366
10．8．2 “三纤合一”的光纤物联网络 366
10．8．3 基于光纤物联网技术的智能电网输配电设备监测系统 367
10．8．4 基于光纤物联网技术的智能周界入侵防范系统 369
10．8．5 基于光纤物联网的桥梁健康监控系统 371
习题与概念思考题10 372
参考文献 373