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| 內容簡介： |
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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。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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第二版前言
由北京理工大学出版社出版的原国防科工委“十一五”规划国防特色教材《纤维光学与光纤应用技术》，自2009年出版以来，在本校与兄弟高校的课程教学实践中取得了优良的教学效果，受到了广大读者的欢迎与兄弟高校的大力支持。2011年后，本教材曾被评为校优秀教材一等奖，并获评江苏省精品教材；2012年被批准为校“十二五”规划教材立项支持，2013年更获批为工业和信息化部“十二五”规划教材立项支持。上述成绩与进展的取得，源自于学校各级领导的高度重视与关心、省部级领导机关的大力支持与出台的良好政策导向、多名高校资深教授专家的关心支持以及广大读者的厚受，也与原北京理工大学出版社出版教材的良好质量密不可分。今天，当本教材的修订第二版即将问世之际，谨向长期以来对本教材给予热情关心和大力支持的各有关方面表示诚挚的感谢！
时光飞逝，自本教材的第一版出版五年来，现代信息技术的各领域又取得了长足的进展。为此，本着与时俱进，根据现代科技与产业的发展以及教学实践经验的积累，适时地对本教材进行修订，增补部分重要且必要的内容，并对全书作深入一步的优化和全面细致的纠错，进一步提升本教材的质量与水平，为广大读者奉献一部更高水平的精品教材，就显得十分必要了。为使教材名称更加贴切直观，本书修订第二版的名称略做修改，取名为《光纤光学与光纤应用技术》。
本次修订增补和加强的主要内容包括：特种光纤中的光子晶体光纤（PCF）；有源光器件中的掺铒光纤放大器、拉曼放大器、半导体放大器；光纤中光信号能量传输与控制在“高压直流输电”与“双向自主控制视音频信息传输系统”中的应用；光纤通信技术中的PDH与SDH光通信系统，光纤通信网络光接入网的EPON、GPON系统结构与关键技术，光分组交换网与光传送网，智能光网络；物联网的概念与光纤传感器技术在物联网中的应用。相信修订增补的内容对于更全面地反映光纤技术应用、进一步提升教材的质量与技术水平将会起到积极作用。此外，为了方便各校相关课程教师的施教参考，提高课程教学质量，本次修订版专门设计完善了与教材配套的电子课件。本次修订第二版的工作，除按第一版前言中所述的分工负责以及光子晶体光纤、高压直流输电中光信号控制、与光纤传感技术在物联网中的应用部分内容外，其余的上述所有增补内容以及教材配套的电子课件设计，均由李武森完成。
在本教材的修订过程中曾得到了北京理工大学连铜淑教授，东南大学孙小菡教授、张明德教授，南京邮电大学杨祥林教授，解放军理工大学李玉权教授，南京理工大学陈磊教授、陈锡林老师，春辉公司张振远研高工、殷志东研高工、赵绵琳经理、李辉同志，普天法尔胜黄本华副总等许多教授专家的大力支持与关心，也得到了北京理工大学出版社以及电子工业出版社高教分社谭海平社长的大力支持，在此谨表诚挚的谢意。
最后，作者要对长期以来热情关心和支持本书的广大读者再次表示衷心的感谢，希望对本书还存在的缺点、错误与不足，给以指正，不吝赐教。在此还要衷心地感谢亲人在背后的默默奉献与鼎力支持。
作者
2014年3月于南京
第一版前言
光纤光学与光纤技术是20世纪60年代以来伴随着激光技术与微电子技术同步迅速发展起来的近代光信息高、新技术领域的重要分支。近50年来，光纤应用技术在光纤传像、光纤照明与能量传输、光纤信号控制、光纤传感特别是光纤通信等民用与军用的重要领域获得了广泛而大量的应用，尤其在信息科学技术领域表现出越来越强大的生命力以及广阔的应用前景，因而必将是21世纪最有生命力和最有发展前景的信息技术与产业之一。相应地，也必将形成对光纤应用技术、特别是光纤通信等信息技术方面高层次人才的大量需求。因而，将反映先进学科研究方向与高新技术重要方向的“光纤光学（纤维光学）与光纤应用技术”，作为部分相关学科与专业的研究生与高年级本科生的必修或选修课程，已成为人们的共识。为此，适时编写出版能较全面地反映光纤光学的基础理论与光纤应用技术基本内容的《纤维光学与光纤应用技术》教材，具有重要现实意义和极大的迫切性。
本教材所涉及的主要内容与知识点包括：光纤光学与光波导的基础理论，反映光纤传输机理的光线与波动分析理论基础；光在光纤中传输机理的光线理论分析，光在阶跃型圆柱光纤中的传输规律（子午光线与斜光线；光纤形状偏差影响），光在非均匀介质中的程函方程与光线微分方程，光在梯度折射率分布光纤中的传输与自聚焦透镜的成像特性；光在阶跃型圆柱光纤中传输的波动理论分析，阶跃光纤中的基本波导方程及方程严格解，阶跃光纤中模式的基本表征与分析，弱波导光纤与线偏振模，多模光纤与单模光纤；渐变折射率多模光纤的标量近似理论分析；光纤传输的损耗、色散、偏振与非线性特性；光纤的材料、制造与分类以及光缆的基本知识；光纤的连接耦合特性与各种新型的无源光器件（光隔离器、光纤光栅、光滤波器、波分复用器、光开关等）；光纤的传光照明与能量信号传输应用；无源光纤传像器件、系统与应用，波分复用像质优化技术，光纤编码传像技术；光通信与光纤传感技术应用中的光源（LED，LD）与光探测器（PIN，ADP）的功能与特性，光调制技术与光纤通信系统的原理与类型（模拟通信与数字通信），光纤通信网络的类型与功能，无源光网络终端宽带接入技术，光纤通信的军事应用以及光纤制导原理，光纤通信发展的新技术（EDFA原理，相干光通信，光孤子通信与光交换技术等）；光纤传感器的原理与分类，光纤传感器中五种光调制技术，功能型与非功能型光纤传感器（光纤陀螺、水听器、分布式传感器等），光纤传感新技术等。
本教材是在对有关光学工程、电子科学与技术、仪器科学与技术等学科研究生以及光电技术、光学仪器（光电信息工程）、测控技术与仪器、工业自动化仪表等专业高年级本科生进行长期教学实践与教学改革经验总结的基础上编著完成的；也是对2006年11月南京理工大学校内出版的《纤维光学与光纤应用技术》教材，经多次本、研教学实践后，进一步修改、优化的成果；教材编写中力求重视反映国内外在光纤技术与应用这一领域的产业与科学研究的当前水平与研究发展动态，并适当反映了具有先进性和代表性的部分自身科研成果；本教材的主要适用对象为广大需要应用光通信、光纤传感、光纤传像、光纤传光与能量信号控制等光纤应用技术的非通信类学科与专业（如光学工程、电子科学与技术、仪器科学与技术等学科，以及光电信息工程、光信息科学与技术、测控技术与仪器、电子信息工程、电子科学与技术、电气工程及其自动化、探测制导与控制技术、信息对抗等本科专业）的研究生与高年级本科生。本教材以光纤光学、光波导的基本理论，光线光学与波动光学两种研究方法以及光纤通信、光纤传感、光纤传像、光纤制导、光纤能量传输与信号控制等光纤应用的主要方面与相关器件为基本内容，教材具有较宽的学科与专业适应面。为方便选择确定不同教学对象的教学内容侧重面，目录中给出了不同的符号标识：标*者为适合于本科高年级专业课或专业选修课内容；标★者为适合于硕士研究生学位课或博、硕士生选修课内容。
本教材在编写过程中重视体现如下特色：教材体系内容具有较好的系统性、科学性与完整性，既重视基本的基础理论体系的建立（如运用波动光学方法建立基本波导方程与进行模式分析以及有代表性的理论建模），突出基本理论教学内容的重点，又应较全面、完整地反映光纤技术应用领域的各主要方面，两者的篇幅比例应相对合理，避免片面追求理论体系的严密与深奥而脱离应用实际，或只重应用而忽视理论基础建立的两种片面性，强调理论密切联系实际；教材表述力求深入浅出，并以较多的图、表配合文字的阐述，尽量避免大篇幅单纯枯燥的文字叙述，做到图文并茂、理性与感性相结合，通俗易懂、具有良好的可读性；教材内容力求翔实，贴近实用，所涉及的有关标准与数据尽可能反映当前或近期的标准与数据，摒弃陈旧和已废弃的内容，具有良好的可参考性；有关光纤技术应用部分的内容，应较全面地反映光纤技术在传光、传像、传感与通信等主要领域的基本内容，但与光纤通信、光纤传感器等领域的专题教材或著作应有重要区别；另外，有关光纤应用技术的内容，除了全面反映光纤技术在有关民用领域应用的内容外，还特别重视反映光纤高新技术在军工各领域的应用，如无源光纤传像在侦察与观瞄装备中的应用，光纤制导、光纤陀螺、光纤通信的军事应用等。
最后应该说明的是，本教材的编写是在多方面地学习国内前辈与专家们已有的有关光纤光学与光纤应用技术的专著与教材以及部分国外相关专著的基础上进行的（详见参考书目），教材的编写过程也是作者广采众长、向各位前辈与同行最好的学习过程，从中所获得的教益匪浅。作者由衷地希望能为读者奉献一本具有参考价值的好书。
本教材由迟泽英主编，内容共分两篇10章。其中，第一篇的1~6章与第二篇的7、8章由迟泽英执笔；第二篇的9、10章由陈文建执笔。
在教材编写的过程中曾得到武汉邮电科学院毛谦教授，东南大学孙小菡教授、 张明德教授，南京邮电大学张爽斌教授、杨祥林教授，北京理工大学连铜淑教授、孙雨南教授以及南京玻纤院张振远研究员等许多专家教授的宝贵指导与热情鼓励，也曾得到许多同行以及李武森、齐鑫等许多博士生、硕士生的积极关心与大力支持；连铜淑教授和孙小菡教授在百忙之中对本书进行了详细的审阅和指导。在此表示衷心感谢。由于作者的水平所限，本教材无论是在理解领悟、体系内容还是表述方法等方面，都会存在许多缺点、不足甚至错误，恳请有关专家、同行及读者给予批评指正，不吝赐教。
作者
2009.1
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