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| 編輯推薦： |
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本教材是作者在近十年光学工程相关教学工作经验的基础上，结合长期科研工作成果编著完成的。 本书在编写中突出基本概念，注重理论和实际应用的结合、基础知识与最新发展的结合、课 堂教学与课外实践的结合，力求反映最新成果，注重系统性与完整性。使读者在掌握扎实理 论基础的同时，了解最新的研究方法，掌握实际应用技术。
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| 內容簡介： |
以现代光纤应用需求为牵引，全面阐述光纤光学基础理论和关键技术/应用技术原理，具体内容包括光纤的光线理论、波动理论、耦合模理论以及非线性理论，阐明光纤的传输特性、模式特性以及损耗、色散、偏振和非线性特性，讲授光纤的连接和纤上操作方法，介绍特种光纤、光纤有源和无源器件原理和方法，以及最新的典型光纤应用系统。
本书可作为普通高校光学工程、光电子技术、光信息科学与工程、电子科学与技术、测控技术与仪器等相关专业的本科生和研究生教材，也可为从事光通信、光纤光源、光纤传感、光纤光学等领域的科技工作者提供参考。
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| 關於作者： |
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闫平，博士，清华大学精密仪器系长聘教授，博士研究生导师。毕业于北京理工大学光学工程专业，从事高功率光纤激光技术和全固态激光技术方面研究工作30余年，承担并主持了多项国家重点预研项目、高技术863项目和重大基础研究973项目、自然科学基金等项目，发表学术论文百余篇，获得中国授权发明专利数十项。获技术发明二等奖一项、自然科学二等奖一项、军队科技进步一等奖一项、中国专利优秀奖一项。曾参与编写教材《光电技术与实验》一部。主讲清华大学本科生专业限选课《光纤技术》、研究生专业课《激光工程》等课程。
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| 目錄：
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第1章光纤结构与基本表征
1.1引言
1.1.1光纤光学发展史
1.1.2光纤技术的应用
1.2光纤的基本结构及类型
1.2.1光纤的基本结构
1.2.2光纤的典型分类
1.3光纤的特征参数
1.4光纤制备
1.5总结
思考题与习题1
参考文献
第2章光纤传输的基本理论与分析
2.1光波导的一般理论
2.1.1麦克斯韦方程组
2.1.2电矢量与磁矢量分离： 波动方程
2.1.3时间和空间坐标分离： 亥姆霍兹方程
课后拓展
2.2均匀折射率光纤的光线理论与特性
2.2.1子午光线的传播
2.2.2斜光线的传播
2.2.3光纤的弯曲
2.2.4光纤端面的倾斜效应
2.2.5圆锥形光纤
课后拓展
2.3变折射率光纤的光线理论与轨迹
2.3.1程函方程和光线方程
2.3.2变折射率光纤中的光线理论与特性
2.4均匀折射率光纤的波动理论与模场特性
2.4.1模式及模式场
2.4.2阶跃型折射率光纤的模式分析
2.4.3均匀折射率单模光纤分析
课后拓展
2.5变折射率光纤的波动理论
2.5.1波导场方程
2.5.2平方律光纤的解析解
2.5.3WKB分析法
2.5.4级数近似法
2.5.5变折射率单模光纤分析
课后拓展
2.6非正规光波导的模耦合理论
2.6.1非正规光波导
2.6.2非正规光波导的模耦合方程
2.6.3双向模耦合方程的微扰解
课后拓展
2.7总结
课程实践
思考题与习题2
参考文献
第3章光纤的特性
3.1光纤的损耗
3.1.1吸收损耗
3.1.2散射损耗
3.1.3弯曲损耗
3.2光纤的色散
3.2.1概述
3.2.2材料色散
3.2.3波导色散
3.2.4模式色散
3.2.5偏振色散
3.2.6典型单模光纤特性及其折射率分布
3.2.7光脉冲在光纤中的传输及色散补偿
课后拓展
3.3光纤中的双折射
3.3.1纤芯的椭圆度引起的双折射
3.3.2应力引起的双折射
3.3.3弯曲引起的双折射
3.3.4扭曲引起的双折射
3.3.5外场引起的双折射
3.3.6减小双折射影响的特殊措施
3.4光纤中的非线性效应
3.4.1基本概念及传输方程
3.4.2几种常见的非线性效应
3.4.3光纤中的光孤子
3.4.4光纤中非线性效应的应用
课后拓展
3.5总结
课程实践
思考题与习题3
参考文献
第4章光纤系统的连接与纤上工艺
4.1光纤和光纤的直接耦合
4.1.1多模光纤和多模光纤直接耦合损耗
4.1.2单模光纤和单模光纤直接耦合损耗
4.1.3模场匹配器
4.2光纤和光纤的连接方法
4.2.1固定连接
4.2.2活动头连接
4.3光纤和光纤之间的光学耦合
4.3.1光束变换准则
4.3.2透镜耦合
课后拓展
4.4光纤和光源的耦合
4.4.1半导体激光器和光纤的耦合
4.4.2发光二极管和光纤的耦合
4.4.3固体激光器和光纤的耦合
课后拓展
4.5光纤纤上工艺
4.5.1光纤熔接
4.5.2光纤拉锥
4.5.3光纤腐蚀
4.6总结
课程实践
思考题与习题4
参考文献
第5章特种光纤
5.1聚合物光纤
5.1.1聚合物光纤种类和材料
5.1.2聚合物光纤特性及应用
5.2红外光纤与紫外光纤
5.2.1红外光纤
5.2.2紫外光纤
5.3光子晶体光纤
5.3.1光子晶体光纤原理
5.3.2光子晶体光纤特性
5.3.3光子晶体光纤应用
课后拓展
5.4微纳光纤
5.4.1微纳光纤的特性
5.4.2微纳光纤的制备技术
5.4.3微纳光纤的应用
5.5双包层光纤
5.6增敏和去敏光纤
5.6.1对辐射增敏和去敏光纤
5.6.2磁敏光纤
5.7稀土掺杂光纤
5.8其他特种光纤
5.9总结
课程实践
思考题与习题5
参考文献
第6章光纤无源器件
6.1光纤自聚焦透镜
6.1.1自聚焦透镜的成像特性
6.1.2自聚焦透镜的典型应用
6.2光纤耦合器
6.2.1横向模式耦合理论
6.2.2光纤耦合器特性
6.3光纤隔离器与光纤环形器
6.3.1光纤隔离器
课后拓展
6.3.2光纤环形器
6.4光纤滤波器
6.4.1马赫曾德尔光纤滤波器
6.4.2单OC(耦合器)光纤环形腔滤波器
6.4.3法里布珀罗光纤滤波器
6.5光纤调制器
6.6光纤光栅
6.6.1引言
6.6.2光纤光栅的分类
6.6.3光纤布拉格光栅的模式耦合理论和反射谱分析
6.6.4光纤光栅的主要应用
6.7总结
课程实践
思考题与习题6
参考文献
第7章光纤激光器
7.1光纤激光基本原理
7.1.1光纤激光器组成与激光产生原理
7.1.2光纤型光学谐振腔及输出模式
7.1.3光纤激光器的泵浦方式
7.1.4横向及纵向模式控制方法
7.2掺铒光纤激光器
7.2.1掺铒光纤振荡器
7.2.2掺铒光纤放大器
7.3掺镱光纤激光器
7.3.1掺镱光纤激光器及其功率提升
7.3.2双包层掺镱光纤激光器性能分析
7.4超快脉冲光纤激光器
课后拓展
7.5其他类型光纤激光器
7.6总结
课程实践
思考题与习题7
参考文献
第8章现代典型光纤系统
8.1光纤通信系统
8.1.1光纤通信系统组成
8.1.2光源与光放大技术
8.1.3光纤光缆和信道复用技术
8.1.4光接收技术
8.1.5光纤通信系统发展方向
8.2光纤传感系统
8.2.1干涉型光纤传感系统
8.2.2光纤陀螺
8.2.3分布式光纤传感器
8.2.4光纤成像系统
课后拓展
8.2.5微纳光纤传感器
8.3高功率光纤激光光源
8.3.1高功率光纤激光技术及光源系统
8.3.2在智能制造中的应用
8.3.3在国防中的应用
8.3.4其他领域应用
8.4总结
思考题与习题8
参考文献
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| 內容試閱：
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光纤光学与物理光学、几何光学、信息光学一起构成了光学学科的四大分支，是光学理论体系的重要组成部分。光纤光学是研究光导纤维的光学特性及其应用的一门学科。光纤光学这一名称出现于20世纪50年代，随着激光技术、半导体技术、微电子技术、光纤制作技术的迅速发展，尤其是光纤通信、光纤传感和激光应用的牵引，光纤光学得到了迅速发展，内涵越来越丰富，相应的光纤技术更是日新月异，精彩纷呈。光纤光学在通信、医疗、军事、科学研究等诸多领域有着广泛的应用并不断发挥着巨大的作用。
本书详细介绍了光纤光学的基础知识和先进技术，帮助读者建立完善的光纤光学知识体系，为全面掌握光纤光学及其技术打下坚实的基础。我们期待本书能够对读者学习和研究光纤光学产生积极的影响，并希望读者能够在本书的帮助下探索光纤光学的奥秘，拓展光纤光学的应用。
本教材是作者在近十年教学工作经验的基础上，结合长期科研工作成果编著完成的。本书在编写中突出基本概念，注重理论和实际应用的结合、基础知识与最新发展的结合、课堂教学与课外实践的结合，力求反映最新成果，确保系统性与完整性。使读者在掌握扎实理论基础的同时，了解最新的研究方法和实际应用技术。本书具有如下特色：
(1) 重视基础，内容完备。注重全书的逻辑性和严谨性，物理概念和物理过程阐述准确、清晰、透彻； 系统介绍光纤理论、方法、技术、应用四方面的内容，涵盖不同范围的拓展知识单元，满足多层面教学的需求。
(2) 吐故纳新、与时俱进。紧跟光电子技术和适应性教学改革的发展，注重反映本学科领域的最新成果和研究方向，引入前沿技术、高端/高精技术以及应用技术等近期发展的新内容。
(3) 拓宽专业基础，加强实践环节。适当拓宽专业基础知识的范围，以增强教学的适应性； 注重实践环节的设置，以促进学生的实际动手能力和创新能力的发展，增强收获感。
(4) 注重立体化建设。内容深入浅出，章节后不仅配以习题，还设置了课程实践、课后拓展等环节，其中课程实践安排了软件分析、光纤器件和系统设计以及光纤参数测试实验等特色内容，这使教材更加易学，从而提升学生的学习热情和兴趣。
全书共分8章，第1章简要介绍了光纤的结构、基本表征和制备方法； 第2章系统阐述了光纤传输的基本理论和特点，从几何光学和波动光学理论出发，建立了光纤的光线方程和波导场方程以及非正规光波导的模耦合方程，揭示了阶跃型折射率光纤和变折射率光纤的光线传输特性和波导模式特性； 第3章对光纤的四大特性——光纤的损耗、色散和双折射以及非线性效应的成因和规律进行了说明。前三章是光纤光学的核心内容，为了让读者更好地理解其中的物理图像，而不必过于拘泥于数学推导过程，本书对公式的数学推导过程从略处理，以突出物理意义的阐述。第4章介绍了光纤系统的连接与纤上工艺； 第5章介绍了常用的特种光纤性能及其发展趋势； 第6章介绍了各种光纤无源器件； 第7章介绍了光纤激光器基础和基本设计方法。第4~7章是光纤技术的核心内容，全面介绍了光纤系统中核心无源和有源光纤器件的原理和性能，特种光纤性能和纤上工艺，使读者具备开展光纤系统研究的能力。第8章以光纤通信、光纤传感和高功率光纤激光光源三种典型系统应用为背景，介绍了光纤光学与技术在通信、传感以及智能制造领域中的应用原理和行业发展水平，展现了国民经济各行各业对光纤光学与技术的旺盛需求，以及光纤光学核心技术发展的可观前景。
在本书的编写过程中，许多教师及研究生提出了宝贵意见。在此特别感谢华中科技大学武汉光电国家研究中心邢颍滨副研究员对第1章和第5章进行的修改和审核、北京理工大学光电学院冯泽心副教授对第4章光束变换进行的修改和审核，感谢清华大学精密仪器系光纤技术团队巩马理教授、李丹副研究员以及博士研究生吴与伦、符国浩、王乐乐、何田田、阳优司和蔡越轩等对教材编写工作的大力帮助和支持。
由于作者水平有限，书中难免存在疏漏之处，热切欢迎读者批评指正。
编著者
2024年2月于清华园
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