光通信中的电磁场与波基础

本书共分12章，第1章绪论主要介绍无线电波的三种通信传播方式和有线光纤通信系统。第2~7章结合光的电磁特性讲解电磁场与波的基础知识，包括电磁场的基本规律、电磁波的基本特性、电磁波的损耗和色散、电磁波的反射与透射、导波系统的电磁场分析、光谐振器件。第8~12章是电磁场与波的基础知识在光纤通信中的推广应用，包括光纤的导光原理、耦合模理论及其应用、多层介质的转移矩阵法、光学非线性效应、数值计算方法。

第1章 绪论
1.1 电磁频谱
1.2 电磁辐射
1.2.1 时变电磁场激发
1.2.2 电偶极子的辐射场
1.2.3 天线的方向性
1.3 无线电波传播
1.3.1 地面波传播
1.3.2 天波传播
1.3.3 视线传播
1.4 光纤通信
1.4.1 光学理论体系
1.4.2 通信系统组成
1.4.3 数字光纤通信系统
1.4.4 光纤通信关键技术
1.5 本书内容安排

第2章 电磁场的基本规律
2.1 电磁场的基本定律
2.1.1 电荷守恒定律
2.1.2 库仑定律
2.1.3 安培定律
2.1.4 法拉第电磁感应定律
2.2 媒质的电磁特性
2.2.1 电介质的极化
2.2.2 磁介质的磁化
2.2.3 导电媒质的传导特性
2.3 麦克斯韦方程组
2.3.1 矢量场的亥姆霍兹定理
2.3.2 积分形式
2.3.3 微分形式
2.3.4 两种形式之间的转换
2.4 电磁场的边界条件
2.4.1 边界条件的一般形式
2.4.2 理想导体的边界条件
2.4.3 理想介质的边界条件
2.4.4 导电媒质的边界条件
2.5 静态电磁场特性
2.5.1 静电场
2.5.2 恒定电场
2.5.3 恒定磁场
2.6 电磁场的唯一性定理
2.6.1 静态场的唯一性定理
2.6.2 时变场的唯一性定理
2.7 典型例题分析

第3章 电磁波的基本特性
3.1 电磁波的波动方程
3.1.1 各向同性介质情形
3.1.2 电极化微扰情形
3.2 电磁能量守恒定理
3.3 时谐电磁场的复数表示
3.4 均匀平面电磁波
3.5 电磁波的极化特性
3.5.1 极化的概念
3.5.2 光偏振态的琼斯矢量表示
3.5.3 斯托克斯参量与邦加球
3.6 典型例题分析

第4章 电磁波的损耗和色散
4.1 电磁波的损耗特性
4.1.1 媒质损耗的分类
4.1.2 平均坡印亭矢量定理
4.1.3 导电媒质中的均匀平面波
4.2 电磁波的色散特性
4.3 光纤的损耗和色散
4.3.1 光纤损耗谱曲线
4.3.2 光纤的色散类型
4.4 典型例题分析

第5章 电磁波的反射与透射
5.1 反射与透射的一般规律
5.1.1 反射定律与折射定律
5.1.2 斜入射情形的菲涅尔公式
5.1.3 半波损失、全反射和全透射
5.2 垂直入射到分界面的情形
5.2.1 导电媒质分界面
5.2.2 理想导体分界面
5.2.3 理想介质分界面
5.2.4 三层介质分界面
5.3 晶体的双折射
5.3.1 折射率椭球
5.3.2 双折射现象
5.3.3 各向异性传播特性
5.4 典型例题分析

第6章 导波系统的电磁场分析
6.1 均匀导波系统
6.1.1 导波系统分类
6.1.2 导行电磁波的波形
6.2 矩形金属波导管
6.2.1 电磁场的模式分布
6.2.2 导波传播特性
6.2.3 模式的截止特性
6.2.4 矩形波导的传输功率
6.3 平板介质波导
6.3.1 TE波的色散方程和场解
6.3.2TM波的色散方程和场解
6.3.3 光导模的截止厚度
6.3.4 本征模式的正交归一化
6.4 矩形介质波导
6.5 等效折射率方法
6.5.1 色散方程的几何光学分析
6.5.2 等效折射率方法的处理步骤
6.6 典型例题分析

第7章 光谐振器件
7.1 谐振腔的Q值
7.2 光学谐振腔
7.3F-P腔光滤波器
7.3.1 光滤波器透射特性
7.3.2 光时钟提取功能
7.4 环形谐振器
7.4.1 环形谐振腔结构
7.4.2 环形谐振器的串联
7.5 典型例题分析

第8章 光纤的导光原理
8.1 光纤的结构
8.2ITU-T标准光纤
8.3 光纤的电磁场分析
8.3.1 光纤中的导波光场
8.3.2 光纤特征方程与模式
8.3.3 弱导近似下的LP模
8.3.4 单模传输条件
8.4 多模光纤的几何光学分析
8.4.1 阶跃型多模光纤
8.4.-2渐变型多模光纤

第9章 耦合模理论及其应用
9.1 耦合模微扰方程
9.1.1 频域微扰波动方程
9.1.2 导波光的耦合模方程
9.2 光纤耦合器
9.3 光纤光栅
9.3.1 光纤光栅分类与制作
9.3.2 光纤光栅的耦合模分析
9.3.3 两种光纤光栅的比较
9.4 电光调制器
9.4.1 线性电光效应
9.4.2 铌酸锂光调制器
9.5 磁光器件
9.5.1 磁光效应的介电系数张量
9.5.2 磁光耦合模方程
9.5.3 光隔离器工作原理

第10章 多层介质的转移矩阵法
10.1 导波光的横向场量表示
10.2 介质层的转移矩阵
10.2.1 非磁性介质层
10.2.2 磁光介质层
10.2.3 转移矩阵的归一化表示
10.3 反射率和透射率的计算

第11章 光学非线性效应
11.1 光纤的非线性极化
11.2 克尔非线性薛定谔方程
11.3 光纤的非线性效应
11.3.1 自相位调制
11.3.2 交叉相位调制
11.3.3 四波混频参量过程
11.3.4 受激拉曼散射
11.3.5 受激布里渊散射
11.4 多种效应作用下的耦合模方程
11.4.1 通用形式的耦合模方程
11.4.2 硅波导的非线性效应

第12章 数值计算方法
12.1 时域有限差分法
12.1.1 常用的差分格式
12.1.2 低维波导中的麦克斯韦方程
12.1.3 时域有限差分方程及其求解
12.1.4 数值求解的稳定性
12.1.5 吸收边界条件
12.2 光束传播法
12.2.1 非均匀介质中的亥姆霍兹方程
12.2.2 慢变包络近似下的BPM公式
12.2.3BPM的数值计算模型
12.2.4 透明边界条件
12.3 对称分步傅里叶变换法
参考文献