高等光学仿真MATLAB版光波导激光第三版第3版欧攀北京航空航天

基本信息

书    名

  高等光学仿真 MATLAB版——光波导激光 第3版

外文书名

出版社

  北京航空航天大学出版社

作    者

  欧攀 

定    价

  69.00元

出版时间

  2019.12

I S B N

  9787512430518

套装书

  否

重    量

  KG

装    帧

  平装

版    次

  3

字    数

  621000

页    数

  373

开      本

  16开

内容简介

本书介绍如何利用MATLAB来仿真高等光学中举足轻重的两个研究方向——光波导和激光中的一系列理论模型。读者通过这些仿真过程和结果能够进一步加深对光波导和激光的理解和应用。
本书介绍如何利用MATLAB来仿真高等光学中举足轻重的两个研究方向——光波导和激光中的一系列理论模型。读者通过这些仿真过程和结果能够进一步加深对光波导和激光的理解和应用。

本书可作为高等院校光学、光学工程、光信息科学技术、电子科学技术等有关专业本科生和研究生的教材,也可供相应专业的教师和科技工作者参考。

目    录

第1 章光的电磁理论基础1
1.1 麦克斯韦电磁理论1
1.1.1 麦克斯韦方程组1
1.1.2 边界条件3
1.1.3 时谐电磁场4
1.1.4 电磁场的波动方程5
1.2 平面波和叠加原理5
1.2.1 平面波5
1.2.2 叠加原理6
1.3 微分算子7
1.3.1 时间微分算子7
1.3.2 空间微分算子7
1.4 平面光波在电介质表面的反射和折射8
1.4.1 电矢量平行入射面8
1.4.2 电矢量垂直入射面10
1.4.3 菲涅耳公式11
1.4.4 反射率和透射率12
1.5 光波由光疏介质进入光密介质14
1.5.1 反射率、透射率变化14
1.5.2 布鲁斯特角17
1.5.3 相位变化18
1.6 光波由光密介质进入光疏介质18
1.6.1 反射率、透射率变化18
1.6.2 全反射20
1.6.3 相位变化21
1.6.4 倏逝波22
1.7 MATLAB 预备技能与技巧24
1.7.1 向量及其操作24
1.7.2 MATLAB 基本作图30
1.8 习题39
第2 章光的干涉和衍射40
2.1 光的干涉原理40
2.1.1 干涉的条件41
2.1.2 双光束干涉42
2.2 波前分割干涉44
2.2.1 杨氏双缝干涉44
2.3 波幅分割干涉46
2.3.1 等倾干涉46
2.3.2 等厚干涉48
2.3.3 激光干涉引力波天文台（LIGO）50
2.4 多光束干涉50
2.4.1 平行平面板的多光束干涉51
2.4.2 法布里–珀罗干涉仪53
2.5 光的衍射原理57
2.5.1 单缝衍射58
2.5.2 双缝衍射60
2.5.3 衍射光栅62
2.5.4 圆孔衍射和艾里斑62
2.6 菲涅耳衍射67
2.6.1 菲涅耳衍射积分式68
2.6.2 几种典型的菲涅耳衍射69
2.7 白光干涉与衍射71
2.8 衍射的傅里叶光学仿真75
2.9 MATLAB预备技能与技巧78
2.9.1 MATLAB中的数字图像78
2.9.2 MATLAB中数字图像的读取、显示及输出80
2.10 习题88
第3 章理想平板介质光波导中的光传播特性及仿真89
3.1 平板介质光波导一般概念89
3.2 平板光波导分析的射线法90
3.2.1 振幅反射率和附加相移91
3.2.2 特征方程91
3.3 平板光波导中的TE模93
3.3.1 TE模的电磁理论求解93
3.3.2 TE模的特征方程和截止条件95
3.3.3 TE模特征方程的MATLAB图解96
3.3.4 TE模特征方程的MATLAB数值求解99
3.3.5 非对称平板光波导和对称平板光波导100
3.3.6 TE模的截止波长102
3.3.7 TE模场分布的MATLAB图示103
3.3.8 TE模的模式数105
3.3.9 TE模的传播功率105
3.3.10 TE模的模式特性106
3.3.11 TE模的归一化传播常数106
3.4 平板光波导中的TM模108
3.4.1 TM模的电磁理论求解108
3.4.2 TM模的特征方程109
3.4.3 TM模的截止波长110
3.4.4 TM模的传播功率111
3.5 MATLAB预备技能与技巧111
3.5.1 MATLAB的脚本和函数111
3.5.2 函数的函数112
3.5.3 方程求根的MATLAB数值解法114
3.5.4 方程求根的MATLAB符号解法120
3.6 习题127
第4 章光纤中的光传播特性及仿真128
4.1 光纤的诞生和光纤通信128
4.2 光纤的一般概念129
4.2.1 光纤和光缆129
4.2.2 光纤的种类130
4.2.3 光纤的制造131
4.2.4 光纤的损耗132
4.2.5 光纤传输的优点132
4.3 光纤的参数定义134
4.3.1 基本特性参数134
4.3.2 归一化频率134
4.3.3 归一化横向相位参数和归一化横向衰减参数135
4.3.4 有效折射率135
4.3.5 归一化相位常数136
4.3.6 截止波长136
4.4 光纤波导的电磁理论解法137
4.4.1 柱坐标系亥姆霍兹方程和Bessel函数137
4.4.2 光纤中的电磁场分量矢量解140
4.4.3 矢量解的特征方程142
4.4.4 导波模的分类和特征方程143
4.5 光纤中的线性偏振模式LPlm 144
4.5.1 LP模的简并及其特征方程144
4.5.2 LP模的截止条件146
4.5.3 LP模归一化截止频率的数值求解147
4.6 阶跃型折射率光纤中的模式容量和光功率分布150
4.6.1 阶跃型折射率光纤中LP模的模式容量150
4.6.2 阶跃型折射率光纤中LP模的光功率151
4.7 单模光纤特性分析153
4.7.1 单模光纤的特征方程及其MATLAB数值求解153
4.7.2 单模光纤的一维模场分布157
4.7.3 单模光纤的二维模场分布159
4.7.4 单模光纤的三维模场分布及动画演示163
4.7.5 单模光纤的归一化相位常数166
4.7.6 单模光纤的光功率填充因子168
4.7.7 单模光纤的模场直径（模场半径）170
4.7.8 光纤中模场的高斯模型近似173
4.8 多模光纤特性分析175
4.8.1 多模光纤的特征方程及其MATLAB数值求解175
4.8.2 多模光纤模式的二维光场分布178
4.8.3 多模光纤模式的三维光场分布及动画演示181
4.9 MATLAB预备技能与技巧185
4.9.1 Bessel函数及其特性185
4.9.2 MATLAB的三维曲线作图189
4.9.3 MATLAB的三维曲面作图192
4.9.4 MATLAB的动画制作200
4.10 习题205
第5 章高斯光束和光纤耦合206
5.1 高斯光束及其传播206
5.1.1 高斯光束的基本性质206
5.1.2 高斯光束的复参数表示和ABCD定律211
5.1.3 高斯光束通过复杂光学系统的变换217
5.1.4 高斯光束通过薄透镜的变换219
5.1.5 高斯光束的聚焦222
5.2 光纤端面的辐射场225
5.2.1 夫琅禾费区域的辐射场225
5.2.2 高斯孔径光束的辐射场229
5.2.3 试验确定参数ka及V的值232
5.3 光纤的光功率发射和耦合234
5.3.1 光源的输出方向图234
5.3.2 光源耦合进多模光纤的光功率计算236
5.3.3 LED与单模光纤的光功率耦合238
5.4 光纤与光纤的连接及其光功率损耗241
5.4.1 多模光纤连接的光功率损耗241
5.4.2 单模光纤连接的光功率损耗250
5.5 MATLAB预备技能与技巧253
5.5.1 数值积分和符号积分的基本概念253
5.5.2 积分的MATLAB符号计算253
5.5.3 积分的MATLAB数值计算256
5.6 习题261
第6 章激光原理及仿真263
6.1 激光发展简介263
6.2 辐射与物质的相互作用264
6.2.1 吸收、反射、透过率及系数264
6.2.2 热辐射现象265
6.2.3 黑体辐射的规律266
6.2.4 普朗克公式和能量量子化假设267
6.2.5 玻耳兹曼分布270
6.3 自发辐射、受激辐射和受激吸收271
6.3.1 自发辐射272
6.3.2 受激辐射273
6.3.3 受激吸收274
6.3.4 爱因斯坦关系式274
6.4 吸收与光学增益275
6.4.1 原子线形275
6.4.2 受激吸收278
6.5 激光器的基本构成和激光的模式280
6.5.1 激光器的基本构成280
6.5.2 激光的模式281
6.6 激光速率方程283
6.6.1 三能级系统的速率方程284
6.6.2 四能级系统的速率方程286
6.7 激光调Q技术287
6.7.1 激光调Q原理288
6.7.2 声光调Q 289
6.7.3 被动调Q 290
6.8 激光二极管抽运的被动调Q微晶片激光器仿真292
6.8.1 被动调Q耦合速率方程组292
6.8.2 被动调Q耦合速率方程组数值仿真293
6.9 MATLAB预备技能与技巧298
6.9.1 微分方程的概念298
6.9.2 常微分方程的数值解法（初值问题）299
6.9.3 欧拉法300
6.9.4 龙格–库塔法302
6.9.5 MATLAB中的常微分方程初值问题求解305
6.9.6 MATLAB中的ode求解函数311
6.9.7 高阶常微分方程（组）的MATLAB数值求解316
6.10 习题318
第7 章高功率双包层光纤激光器及仿真319
7.1 双包层光纤激光器概述320
7.1.1 光纤激光器发展历史320
7.1.2 双包层光纤的结构322
7.1.3 双包层光纤激光器和其他激光器比较323
7.2 端面抽运的掺Yb双包层光纤激光器的基本理论及仿真325
7.2.1 端面抽运方式325
7.2.2 Yb离子的能级结构和光谱特性326
7.2.3 速率方程和公式推导328
7.2.4 端面抽运高功率双包层光纤激光器的数值仿真331
7.3 侧面抽运的双包层光纤激光器及其仿真336
7.3.1 侧面抽运的耦合方式336
7.3.2 多点侧面抽运的光纤激光器理论模型341
7.3.3 多点侧面抽运高功率双包层光纤激光器的数值仿真345
7.4 MATLAB预备技能与技巧348
7.4.1 常微分方程的边值问题概述348
7.4.2 边值问题数值解法350
7.4.3 利用MATLAB求解边值问题示例352
7.5 习题362
MATLAB 函数名与关键词索引364
术语索引 368
参考文献 372