《高等光學仿真（MATLAB版）：光波導，雷射（第2版）》是2014年 北京航空航天大學出版社出版的圖書
基本介紹
- ISBN：9787512414532
- 出版時間：2014-07-01
內容簡介,作者簡介,目錄,
內容簡介
《高等光學仿真》《MATLAB版）——光波導，雷射（第2版）一書介紹了如何利用MATLAB來仿真高等光學中兩個舉足輕重的研究方向——光波導和雷射中的一系列理論模型。讀者通過這些仿真過程和結果能夠進一步加深對光波導和雷射的理解和套用。 全書共6章，分別介紹了光的電磁理論基礎；理想平板介質光波導中的光傳播特性及仿真；光纖中的光傳播特性及仿真；高斯光束和光纖耦合；雷射原理及仿真；高功率雙包層光纖雷射器及仿真。書中大量運用到求解各類模型的數值計算方法及其在MATLAB中的實現，其中主要有方程求根的數值解法、數值積分方法、常微分方程的初值問題數值求解、常微分方程的邊值問題數值求解。採用MATLAB中相應的數值求解函式仿真高等光學模型，並結合MATLAB強大的作圖功能實現仿真結果的可視化，可加深讀者對高等光學問題仿真結果及其物理意義的理解，達到舉一反三的效果。第2版增加了 MATLAB 動畫製作的內容，並將其用於光纖中三維光場的動畫演示以及高斯光束傳播的動畫演示中，使光學仿真更為生動和易於理解。 本書可作為高等院校光學、光學工程、光信息科學技術、電子科學技術等有關專業本科生和研究生的教材，也可供相應專業的教師和科技工作者參考。
作者簡介
歐攀為2011年教育部“新世紀優秀人才支持計畫”入選者，共發表文章80餘篇，其中發表SCI檢索論文20餘篇，EI檢索論文40餘篇，主編著作1部，作為主要申請人，申請中國發明專利31項，獲得授權專利16項，其中第一發明人專利10項。獲國防技術發明二等獎1項，國防科學技術進步三等獎2項。歐攀長期從事雷射技術、光纖感測、光學測量等方面的研究。
目錄
目錄
第1 章光的電磁理論基礎
1.1 麥克斯韋電磁理論
1.1.1 麥克斯韋方程組
1.1.2 邊界條件
1.1.3 時諧電磁場
1.1.4 電磁場的波動方程
1.2 平面波和疊加原理
1.2.1 平面波
1.2.2 疊加原理
1.3 微分運算元
1.3.1 時間微分運算元
1.3.2 空間微分運算元
1.4 坡印廷矢量
1.4.1 真空中的坡印廷矢量
1.4.2 非傳導各向同性介質中的坡印廷矢量
1.5 平面光波在電介質表面的反射和折射
1.5.1 電矢量平行入射面
1.5.2 電矢量垂直入射面
1.5.3 菲涅耳公式
1.5.4 反射率和透射率
1.6 光波由光疏介質進入光密介質
1.6.1 反射率、透射率變化
1.6.2 布魯斯特角
1.6.3 相位變化
1.7 光波由光密介質進入光疏介質
1.7.1 反射率、透射率變化
1.7.2 全反射
1.7.3 相位變化
1.7.4 倏逝波
1.8 MATLAB 預備技能與技巧
1.8.1 向量及其操作
1.8.2 MATLAB 基本作圖
1.9 習題
第2 章理想平板介質光波導中的光傳播特性及仿真
2.1 平板介質光波導一般概念
2.2 平板光波導分析的射線法
2.2.1 振幅反射率和附加相移
2.2.2 特徵方程
2.3 平板光波導中的TE模
2.3.1 TE模的電磁理論求解
2.3.2 TE模的特徵方程和截止條件
2.3.3 TE模特徵方程的MATLAB圖解
2.3.4 TE模特徵方程的MATLAB數值求解
2.3.5 非對稱平板光波導和對稱平板光波導
2.3.6 TE模的截止波長
2.3.7 TE模場分布的MATLAB圖示
2.3.8 TE模的模式數
2.3.9 TE模的傳播功率
2.3.10 模式特性
2.3.11 歸一化傳播常數
2.4 平板光波導中的TM模
2.4.1 TM模的電磁理論求解
2.4.2 TM模的特徵方程
2.4.3 TM模的截止波長
2.4.4 TM模的傳播功率
2.5 MATLAB預備技能與技巧
2.5.1 MATLAB的腳本和函式
2.5.2 函式的函式
2.5.3 方程求根的MATLAB數值解法
2.5.4 方程求根的MATLAB符號解法
2.6 習題
第3 章光纖中的光傳播特性及仿真
3.1 光纖的誕生和光纖通信
3.2 光纖的一般概念
3.2.1 光纖和光纜
3.2.2 光纖的種類
3.2.3 光纖的製造
3.2.4 光纖的損耗
3.2.5 光纖傳輸的優點
3.3 光纖的參數定義
3.3.1 基本特性參數
3.3.2 歸一化頻率
3.3.3 歸一化橫向相位參數和歸一化橫向衰減參數
3.3.4 有效折射率
3.3.5 歸一化相位常數
3.3.6 截止波長
3.4 光纖波導的電磁理論解法
3.4.1 柱坐標系亥姆霍茲方程和Bessel函式
3.4.2 光纖中的電磁場分量矢量解
3.4.3 矢量解的特徵方程
3.4.4 導波模的分類和特徵方程
3.5 光纖中的線性偏振模式LPlm
3.5.1 LP模的簡併及其特徵方程
3.5.2 LP模的截止條件
3.5.3 LP模歸一化截止頻率的數值求解
3.6 階躍型折射率光纖中的模式容量和光功率分布
3.6.1 階躍型折射率光纖中LP模的模式容量
3.6.2 階躍型折射率光纖中LP模的光功率
3.7 單模光纖特性分析
3.7.1 單模光纖的特徵方程及其MATLAB數值求解
3.7.2 單模光纖的一維模場分布
3.7.3 單模光纖的二維模場分布
3.7.4 單模光纖的三維模場分布及動畫演示
3.7.5 單模光纖的歸一化相位常數
3.7.6 單模光纖的光功率填充因子
3.7.7 單模光纖的模場直徑（模場半徑）
3.7.8 光纖中模場的高斯模型近似
3.8 多模光纖特性分析
3.8.1 多模光纖的特徵方程及其MATLAB數值求解
3.8.2 多模光纖模式的二維光場分布
3.8.3 多模光纖模式的三維光場分布及動畫演示
3.9 MATLAB預備技能與技巧
3.9.1 Bessel函式及其特性
3.9.2 MATLAB的三維曲線作圖
3.9.3 MATLAB的三維曲面作圖
3.9.4 MATLAB的動畫製作
3.10 習題
第4 章高斯光束和光纖耦合
4.1 高斯光束及其傳播
4.1.1 高斯光束的基本性質
4.1.2 高斯光束的復參數表示和ABCD定律
4.1.3 高斯光束通過複雜光學系統的變換
4.1.4 高斯光束通過薄透鏡的變換
4.1.5 高斯光束的聚焦
4.2 光纖端面的輻射場
4.2.1 夫朗和費區域的輻射場
4.2.2 高斯孔徑光束的輻射場
4.2.3 試驗確定參數ka及V的值
4.3 光纖的光功率發射和耦合
4.3.1 光源的輸出方向圖
4.3.2 光源耦合進多模光纖的光功率計算
4.3.3 LED與單模光纖的光功率耦合
4.4 光纖與光纖的連線及其光功率損耗
4.4.1 多模光纖連線的光功率損耗
4.4.2 單模光纖連線的光功率損耗
4.5 MATLAB預備技能與技巧
4.5.1 數值積分和符號積分的基本概念
4.5.2 積分的MATLAB符號計算
4.5.3 積分的MATLAB數值計算
4.6 習題
第5 章雷射原理及仿真
5.1 雷射發展簡介
5.2 輻射與物質的相互作用
5.2.1 吸收、反射、透過率及係數
5.2.2 熱輻射現象
5.2.3 黑體輻射的規律
5.2.4 普朗克公式和能量量子化假設
5.2.5 玻爾茲曼分布
5.3 自發輻射、受激輻射和受激吸收
5.3.1 自發輻射
5.3.2 受激輻射
5.3.3 受激吸收
5.3.4 愛因斯坦關係式
5.4 吸收與光學增益
5.4.1 原子線形
5.4.2 受激吸收
5.5 雷射器的基本構成和雷射的模式
5.5.1 雷射器的基本構成
5.5.2 雷射的模式
5.6 雷射速率方程
5.6.1 三能級系統的速率方程
5.6.2 四能級系統的速率方程
5.7 雷射調Q 技術
5.7.1 雷射調Q 原理
5.7.2 聲光調Q
5.7.3 被動調Q
5.8 雷射二極體抽運的被動調Q 微晶片雷射器仿真
5.8.1 被動調Q 耦合速率方程組
5.8.2 被動調Q 耦合速率方程組數值仿真
5.9 MATLAB預備技能與技巧
5.9.1 微分方程的概念
5.9.2 常微分方程的數值解法（初值問題）
5.9.3 歐拉法
5.9.4 龍格–庫塔法
5.9.5 MATLAB中的常微分方程初值問題求解
5.9.6 MATLAB中的ode求解函式
5.9.7 高階常微分方程（組）的MATLAB數值求解
5.10 習題
第6 章高功率雙包層光纖雷射器及仿真
6.1 雙包層光纖雷射器概述
6.1.1 光纖雷射器發展歷史
6.1.2 雙包層光纖的結構
6.1.3 雙包層光纖雷射器和其他雷射器比較
6.2 端面抽運的摻Yb雙包層光纖雷射器的基本理論及仿真
6.2.1 端面抽運方式
6.2.2 Yb離子的能級結構和光譜特性
6.2.3 速率方程和公式推導
6.2.4 端面抽運高功率雙包層光纖雷射器的數值仿真
6.3 側面抽運的雙包層光纖雷射器及其仿真
6.3.1 側面抽運的耦合方式
6.3.2 多點側面抽運的光纖雷射器理論模型
6.3.3 多點側面抽運高功率雙包層光纖雷射器的數值仿真
6.4 MATLAB預備技能與技巧
6.4.1 常微分方程的邊值問題概述
6.4.2 邊值問題數值解法
6.4.3 利用MATLAB求解邊值問題示例
6.5 習題
MATLAB函式名與關鍵字索引
術語索引
參考文獻
第1 章光的電磁理論基礎
1.1 麥克斯韋電磁理論
1.1.1 麥克斯韋方程組
1.1.2 邊界條件
1.1.3 時諧電磁場
1.1.4 電磁場的波動方程
1.2 平面波和疊加原理
1.2.1 平面波
1.2.2 疊加原理
1.3 微分運算元
1.3.1 時間微分運算元
1.3.2 空間微分運算元
1.4 坡印廷矢量
1.4.1 真空中的坡印廷矢量
1.4.2 非傳導各向同性介質中的坡印廷矢量
1.5 平面光波在電介質表面的反射和折射
1.5.1 電矢量平行入射面
1.5.2 電矢量垂直入射面
1.5.3 菲涅耳公式
1.5.4 反射率和透射率
1.6 光波由光疏介質進入光密介質
1.6.1 反射率、透射率變化
1.6.2 布魯斯特角
1.6.3 相位變化
1.7 光波由光密介質進入光疏介質
1.7.1 反射率、透射率變化
1.7.2 全反射
1.7.3 相位變化
1.7.4 倏逝波
1.8 MATLAB 預備技能與技巧
1.8.1 向量及其操作
1.8.2 MATLAB 基本作圖
1.9 習題
第2 章理想平板介質光波導中的光傳播特性及仿真
2.1 平板介質光波導一般概念
2.2 平板光波導分析的射線法
2.2.1 振幅反射率和附加相移
2.2.2 特徵方程
2.3 平板光波導中的TE模
2.3.1 TE模的電磁理論求解
2.3.2 TE模的特徵方程和截止條件
2.3.3 TE模特徵方程的MATLAB圖解
2.3.4 TE模特徵方程的MATLAB數值求解
2.3.5 非對稱平板光波導和對稱平板光波導
2.3.6 TE模的截止波長
2.3.7 TE模場分布的MATLAB圖示
2.3.8 TE模的模式數
2.3.9 TE模的傳播功率
2.3.10 模式特性
2.3.11 歸一化傳播常數
2.4 平板光波導中的TM模
2.4.1 TM模的電磁理論求解
2.4.2 TM模的特徵方程
2.4.3 TM模的截止波長
2.4.4 TM模的傳播功率
2.5 MATLAB預備技能與技巧
2.5.1 MATLAB的腳本和函式
2.5.2 函式的函式
2.5.3 方程求根的MATLAB數值解法
2.5.4 方程求根的MATLAB符號解法
2.6 習題
第3 章光纖中的光傳播特性及仿真
3.1 光纖的誕生和光纖通信
3.2 光纖的一般概念
3.2.1 光纖和光纜
3.2.2 光纖的種類
3.2.3 光纖的製造
3.2.4 光纖的損耗
3.2.5 光纖傳輸的優點
3.3 光纖的參數定義
3.3.1 基本特性參數
3.3.2 歸一化頻率
3.3.3 歸一化橫向相位參數和歸一化橫向衰減參數
3.3.4 有效折射率
3.3.5 歸一化相位常數
3.3.6 截止波長
3.4 光纖波導的電磁理論解法
3.4.1 柱坐標系亥姆霍茲方程和Bessel函式
3.4.2 光纖中的電磁場分量矢量解
3.4.3 矢量解的特徵方程
3.4.4 導波模的分類和特徵方程
3.5 光纖中的線性偏振模式LPlm
3.5.1 LP模的簡併及其特徵方程
3.5.2 LP模的截止條件
3.5.3 LP模歸一化截止頻率的數值求解
3.6 階躍型折射率光纖中的模式容量和光功率分布
3.6.1 階躍型折射率光纖中LP模的模式容量
3.6.2 階躍型折射率光纖中LP模的光功率
3.7 單模光纖特性分析
3.7.1 單模光纖的特徵方程及其MATLAB數值求解
3.7.2 單模光纖的一維模場分布
3.7.3 單模光纖的二維模場分布
3.7.4 單模光纖的三維模場分布及動畫演示
3.7.5 單模光纖的歸一化相位常數
3.7.6 單模光纖的光功率填充因子
3.7.7 單模光纖的模場直徑（模場半徑）
3.7.8 光纖中模場的高斯模型近似
3.8 多模光纖特性分析
3.8.1 多模光纖的特徵方程及其MATLAB數值求解
3.8.2 多模光纖模式的二維光場分布
3.8.3 多模光纖模式的三維光場分布及動畫演示
3.9 MATLAB預備技能與技巧
3.9.1 Bessel函式及其特性
3.9.2 MATLAB的三維曲線作圖
3.9.3 MATLAB的三維曲面作圖
3.9.4 MATLAB的動畫製作
3.10 習題
第4 章高斯光束和光纖耦合
4.1 高斯光束及其傳播
4.1.1 高斯光束的基本性質
4.1.2 高斯光束的復參數表示和ABCD定律
4.1.3 高斯光束通過複雜光學系統的變換
4.1.4 高斯光束通過薄透鏡的變換
4.1.5 高斯光束的聚焦
4.2 光纖端面的輻射場
4.2.1 夫朗和費區域的輻射場
4.2.2 高斯孔徑光束的輻射場
4.2.3 試驗確定參數ka及V的值
4.3 光纖的光功率發射和耦合
4.3.1 光源的輸出方向圖
4.3.2 光源耦合進多模光纖的光功率計算
4.3.3 LED與單模光纖的光功率耦合
4.4 光纖與光纖的連線及其光功率損耗
4.4.1 多模光纖連線的光功率損耗
4.4.2 單模光纖連線的光功率損耗
4.5 MATLAB預備技能與技巧
4.5.1 數值積分和符號積分的基本概念
4.5.2 積分的MATLAB符號計算
4.5.3 積分的MATLAB數值計算
4.6 習題
第5 章雷射原理及仿真
5.1 雷射發展簡介
5.2 輻射與物質的相互作用
5.2.1 吸收、反射、透過率及係數
5.2.2 熱輻射現象
5.2.3 黑體輻射的規律
5.2.4 普朗克公式和能量量子化假設
5.2.5 玻爾茲曼分布
5.3 自發輻射、受激輻射和受激吸收
5.3.1 自發輻射
5.3.2 受激輻射
5.3.3 受激吸收
5.3.4 愛因斯坦關係式
5.4 吸收與光學增益
5.4.1 原子線形
5.4.2 受激吸收
5.5 雷射器的基本構成和雷射的模式
5.5.1 雷射器的基本構成
5.5.2 雷射的模式
5.6 雷射速率方程
5.6.1 三能級系統的速率方程
5.6.2 四能級系統的速率方程
5.7 雷射調Q 技術
5.7.1 雷射調Q 原理
5.7.2 聲光調Q
5.7.3 被動調Q
5.8 雷射二極體抽運的被動調Q 微晶片雷射器仿真
5.8.1 被動調Q 耦合速率方程組
5.8.2 被動調Q 耦合速率方程組數值仿真
5.9 MATLAB預備技能與技巧
5.9.1 微分方程的概念
5.9.2 常微分方程的數值解法（初值問題）
5.9.3 歐拉法
5.9.4 龍格–庫塔法
5.9.5 MATLAB中的常微分方程初值問題求解
5.9.6 MATLAB中的ode求解函式
5.9.7 高階常微分方程（組）的MATLAB數值求解
5.10 習題
第6 章高功率雙包層光纖雷射器及仿真
6.1 雙包層光纖雷射器概述
6.1.1 光纖雷射器發展歷史
6.1.2 雙包層光纖的結構
6.1.3 雙包層光纖雷射器和其他雷射器比較
6.2 端面抽運的摻Yb雙包層光纖雷射器的基本理論及仿真
6.2.1 端面抽運方式
6.2.2 Yb離子的能級結構和光譜特性
6.2.3 速率方程和公式推導
6.2.4 端面抽運高功率雙包層光纖雷射器的數值仿真
6.3 側面抽運的雙包層光纖雷射器及其仿真
6.3.1 側面抽運的耦合方式
6.3.2 多點側面抽運的光纖雷射器理論模型
6.3.3 多點側面抽運高功率雙包層光纖雷射器的數值仿真
6.4 MATLAB預備技能與技巧
6.4.1 常微分方程的邊值問題概述
6.4.2 邊值問題數值解法
6.4.3 利用MATLAB求解邊值問題示例
6.5 習題
MATLAB函式名與關鍵字索引
術語索引
參考文獻
