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第1章 电磁场和电磁波1

1.0 引言1

1.1 麦克斯韦方程和边界条件1

1.2 能量密度和玻印亭矢量3

1.3 单色场和复函数体系4

1.4 波动方程和单色平面波7

1.5 色散和群速度10

1.6 偏振态及其表示（斯托克斯参数和邦加球）15

1.7 各向异性介质（晶体）中的电磁波传播25

1.8 平面光波在单轴各向异性介质中的相位延迟30

1.9 琼斯矩阵方法36

1.10 相干的基本理论46

习题49

参考文献57

第2章 光线和光束的传播58

2.0 引言58

2.1 光线矩阵58

2.2 偏折光线和重入光线63

2.3 在类透镜介质中的光线64

2.4 平方律折射率介质中的波动方程67

2.5 均匀介质中的高斯光束68

2.6 在类透镜介质中的基模高斯光束——ABCD定律72

2.7 在透镜波导中的高斯光束76

2.8 在均匀介质中的高斯光束高阶模76

2.9 在平方律折射率变化的介质中的高斯光束80

2.10 光波在二次型增益分布介质中的传播83

2.11 椭圆高斯光束84

2.12 光线传播和衍射积分88

习题93

参考文献96

第3章 电介质平板和光纤中的导波98

3.0 引言98

3.1 对称板波导中的TE和TM模98

3.2 非对称平板波导中的TE和TM模105

3.3 阶跃型圆柱状电介质波导（光纤中的线性偏振模）112

3.4 等效折射率理论122

3.5 光纤中的波导色散124

3.6 硅光纤中的损耗129

习题133

参考文献139

第4章 光学共振腔141

4.0 引言141

4.1 法布里-珀罗标准具144

4.2 用作光谱分析仪的法布里-珀罗标准具153

4.3 球面镜光学共振腔155

4.4 模的稳定性判据158

4.5 广义共振腔中的模式——自洽法159

4.6 光共振腔中的共振频率162

4.7 光学共振腔中的损耗164

4.8 环形共振腔165

4.9 多腔标准具174

4.10 模式耦合和耦合损耗183

习题185

参考文献188

第5章 辐射和原子系统的相互作用190

5.0 引言190

5.1 原子跃迁和电磁波190

5.2 原子极化和介电常数191

5.3 经典电子模型192

5.4 色散和复折射率194

5.5 线形函数——均匀增宽和非均匀增宽198

5.6 受激跃迁——吸收和放大201

5.7 均匀激光介质中的增益饱和206

5.8 非均匀激光介质中的增益饱和208

习题210

参考文献211

第6章 激光振荡理论和特殊激光系统213

6.0 引言213

6.1 法布里-珀罗激光器213

6.2 振荡频率217

6.3 三能级和四能级激光器219

6.4 激光振荡器的功率221

6.5 激光振荡器的最佳输出耦合223

6.6 多模激光振荡器和锁模226

6.7 在均匀增宽激光系统中的锁模237

6.8 脉冲宽度的测量和啁啾脉冲的收缩244

6.9 巨脉冲（调Q）激光器251

6.10 多普勒增宽气体激光器中的烧孔效应和兰姆凹陷256

6.11 一些特殊激光器系统259

6.12 频率谱和光频的计量270

习题274

参考文献277

第7章 光纤中的色散和偏振模色散280

7.0 引言280

7.1 光传输系统中的色散280

7.2 色散介质中的光脉冲传播283

7.3 光纤中的偏振效应288

7.4 偏振主态290

7.5 偏振模色散的矢量分析294

7.6 高阶PMD和色散补偿器308

习题311

参考文献316

第8章 非线性光学317

8.0 引言317

8.1 非线性极化的物理起源317

8.2 二阶非线性现象——一般方法318

8.3 电磁场方程和光学二次谐波产生321

8.4 其他二阶非线性光学过程331

8.5 准相位匹配338

8.6 三阶非线性过程341

8.7 受激布里渊散射347

8.8 四波混频和相位共轭351

8.9 参变振荡的频率调谐358

习题360

参考文献363

第9章 激光光束的电光调制365

9.0 引言365

9.1 线性电光效应365

9.2 电光调制——相位和振幅376

9.3 高频调制的考虑384

9.4 电吸收和电吸收调制器387

9.5 液晶中的电光效率390

9.6 声光效应（光弹性效应）395

9.7 声波对光的散射401

9.8 布拉格衍射——耦合波分析404

9.9 布拉格盒和光束偏转器411

习题414

参考文献417

第10章 光产生和光探测中的噪声418

10.0 引言418

10.1 噪声功率引起的限制418

10.2 噪声——基本定义和定理421

10.3 一列随机发生的事件的谱密度函数423

10.4 散粒噪声425

10.5 热噪声（约翰孙噪声）426

10.6 激光振荡器中的自发辐射噪声430

10.7 激光线宽的相矢量推导434

10.8 相干与干涉441

10.9 二进制脉码调制系统中的误码率446

习题448

参考文献449

第11章 光辐射的探测450

11.0 引言450

11.1 光激励跃迁速率450

11.2 光电倍增管451

11.3 电倍增管中的噪声机制453

11.4 光电倍增管的外差探测455

11.5 光电导探测器458

11.6 p-n结463

11.7 半导体光电二极管466

11.8 雪崩光电二极管473

11.9 激光器的功率涨落噪声476

习题480

参考文献481

第12章 周期性媒质中波的传播483

12.0 引言483

12.1 周期性媒质483

12.2 周期性分层媒质——布洛赫波488

12.3 布拉格反射器497

12.4 耦合波分析501

12.5 周期性波导513

12.6 滤波器和光纤布拉格光栅522

12.7 啁啾折射率光栅和锥形折射率光栅526

12.8 二维和三维周期性媒质（光子晶体）532

习题538

参考文献539

第13章 波导耦合541

13.0 导言541

13.1 模式的一般特性541

13.2 介质微扰理论和模式耦合546

13.3 两个平行波导的耦合-定向耦合器549

13.4 N个平行相同波导间的耦合——超模555

13.5 相位匹配和频率选择性耦合——复用559

13.6 模式转换器562

习题565

参考文献569

第14章 光纤中的非线性光学效应570

14.0 引言570

14.1 克尔效应和自相位调制570

14.2 交叉相位调制——极化574

14.3 非简并四波混频577

14.4 部分简并四波混频588

14.5 光孤子597

习题603

参考文献605

第15章 半导体激光器——理论及应用607

15.0 引言607

15.1 半导体物理基础知识607

15.2 半导体（激光器）介质内的增益和吸收613

15.3 GaAs/Ga1-xAlxAs激光器618

15.4 一些实际的激光器结构623

15.5 半导体激光器的直流调制627

15.6 电流调制半导体激光器中的增益抑制和频率啁啾631

15.7 集成光电子学639

习题641

参考文献642

第16章 先进半导体激光器645

16.0 引言645

16.1 量子阱内的载流子（高级选题）645

16.2 量子阱激光器的增益650

16.3 分布反馈激光器655

16.4 垂直腔表面发射半导体激光器666

习题672

参考文献673

第17章 光放大器675

17.0 引言675

17.1 半导体光放大器675

17.2 掺铒光纤放大器678

17.3 放大自发辐射681

17.4 光纤链路中的光放大685

17.5 拉曼光放大器691

习题697

参考文献700

第18章 量子噪声和压缩态的经典处理702

18.0 引言702

18.1 不确定性原理与量子噪声702

18.2 光场的压缩态710

习题717

参考文献719

附录A 柱面坐标下的波动函数和贝塞尔函数720

附录B 阶跃型圆形波导的精确解725

附录C 克拉默斯·克勒尼希（Kramers-Kroning）关系734

附录D 利用薄透镜实现相干电磁场的变换738

附录E 费米能级和其温度相关性741

附录F 立方？3m晶体中的电光效应744

附录G 功率单位与衰减单位的转换关系747

索引748