范崇澄等导波光学

波动光学与光谱学光谱学是研究光的各种性质和特征的科学学科，其中涉及的一个领域便是波动光学。

波动光学是一种研究光的传播和相互作用的分支学科，它通过对光波的动力学特性进行研究，揭示了光的行为和光与物质之间的相互作用现象。

波动光学的研究对于理解光的本质和应用于光学技术的发展至关重要。

一、波动光学的基础波动光学的研究基础来源于波动现象的相关原理。

1873年，英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了电磁波理论，即光是由电磁波组成的。

这一理论奠定了波动光学的基础，描述了电磁波在介质中的传播和相互作用的规律。

在波动光学中，光被视为一种电磁波，通过一系列数学公式和方程来描述光的传播和光场的变化。

波动光学的发展也借鉴了其他波动现象的研究成果，如声波、水波等，将部分波动理论和方法应用到光学中。

二、波动光学的主要研究内容波动光学的研究内容包括波动光学基本原理、衍射、干涉、瑞利理论、相干光与非相干光等。

其中，衍射和干涉是波动光学中最为重要的内容，它们解释了光的传播和相互作用现象。

衍射是指光波在遇到遮挡物或通过狭缝时发生的偏折现象。

衍射现象是波动光学的核心内容之一，它研究了光的传播和弯曲现象，解释了为什么我们可以看到明亮的光点背后会出现暗纹。

干涉是指两个或多个光波相遇时，相互作用和干涉产生的现象。

干涉现象也是波动光学的重要内容，它研究了光波之间的相位差和干涉条纹的形成原理，揭示了光波的传播和叠加规律。

瑞利理论是波动光学中的一项重要成果，它研究了光的散射和衍射现象。

瑞利理论描述了光在传播过程中的衍射限制和衍射模糊现象，对于解释光传播的一些特殊现象具有重要意义。

相干光与非相干光是波动光学中的概念，它们用来描述光波的相位差和波面的统计性质。

相干光是指光波具有确定相位关系的状态，而非相干光则是指光波的相位关系是随机的。

相干光和非相干光对于光的干涉、衍射和成像等现象有着重要影响。

三、波动光学的应用波动光学的研究成果在光学领域的应用非常广泛。

导波光学清华大学电子工程系范崇澄等编著内容简介本书系1988年出版的同名教材的修改版。

全书由九章增至十二章，系统讨论了用于光通信、光传感和光信息处理的光波导的基本原理和特性。

内容包括光波理论的一般问题、平面与条形光波导、耦合波理论、阶跃和渐变折射率光导纤维中的场解、光波导中的损耗、信号沿光波导传输时的弥散、单模光纤中的双折射和偏振态的演化、光纤光栅、有源掺杂光纤以及光纤中的非线性等内容。

在叙述中强调基本物理概念和处理方法的思路，并介绍了本学科近期发展的某些重要成果。

本书适合于有关光通信、信息光电子学、电子物理、以及微波技术等专业的大学高年级学生及研究生阅读，并可作为有关领域的教学、科学研究和工程技术人员参考。

教学大纲总学时：60。

授课方式：讲课+自学。

主要内容（根据需要有所取舍）：第一章光导波理论的一般问题§1-1 导波光学的基本问题及研究方法§1-2 几何光学方法§1-3 波动光学方法及波动方程§1-4 电磁波在介质界面上的反射及古斯-汉欣位移§1-5 光波导中模式的基本性质§1-6 弱导近似§1-7 传播常数（本征值）的积分表达式及变分定理§1-8 相速、群速及色散特性§1-9 本地平面波方法§1-10 光束的衍射·几何光学及本地平面波方法的应用范围§1-11 介质波导与金属波导的若干比较第二章平面及条型光波导§2-1 用本地平面波方法平面光波导的本征值方程§2-2 用电磁场方法求解平面光波导§2-3 条形光波导的近似解析解§2-4 条形光波导的数值解法概述第三章耦合模理论§3-1 模式正交性的及模式展开§3-2 导波模式的激励§3-3 耦合模方程及耦合系数§3-4 耦合模理论的局限及其改进第四章导波光束的调制§4-1 光波调制的一般概念§4-2 晶体的电-光特性§4-3 光波导的电-光调制§4-4 定向耦合型调制器/开关第五章阶跃折射率光纤中的场解§5-1 数学模型及波动方程的解§5-2 模式分类准则及模式场图(本征函数)§5-3 导波模的色散特性及U值的上、下限§5-4 色散特性的进一步简化§5-5 弱导光纤中场的标量近似解—线偏振模§5-6 平均功率与功率密度§5-7 模式场的本地平面波描述第六章渐变折射率弱导光纤中的场解§6-1 无界抛物线折射率弱导光纤中场的解析解§6-2 WKB法求解导波模的本征函数及本征值§6-3 模式容积及主模式号·泄漏模§6-4 单模光纤的近似解法（一）——高斯近似§6-5 单模光纤的近似解法(二) -- 等效阶跃光纤近似（ESF）§6-6 单模光纤的近似解法(三) - 矩等效阶跃折射率近似及其改进§6-7 单模光纤的模场半径§6-8 单模光纤的截止波长第七章光波导中的传输损耗§7-1 损耗起因和损耗谱§7-2 本征吸收及瑞利散射损耗§7-3 杂质吸收§7-4 弯曲损耗§7-5 弯曲过渡损耗§7-6 连接损耗第八章信号沿线性光波导传输时的畸变§8-1 脉冲沿线性光波导传输时畸变的起因及描述方法§8-2 材料色散§8-3 g型多模光纤的模间弥散§8-4 单模光纤的色散§8-5 单模光纤的色散对系统色散的影响§8-6 新型石英系光纤第九章单模光波导中的双折射及偏振态的演化§9-1 双折射现象及其意义§9-2 双折射光纤的参数及其分类§9-3 光纤中的线双折射§9-4 光纤中的圆双折射§9-5 偏振态沿光纤的演化（一）—琼斯矩阵法§9-6 单模光纤中偏振态的演化(二)—邦加球法§9-7 偏振模色散在邦加球上的描述第十章光纤光栅§10-1 概述§10-2光纤布拉格光栅(FBG)的基本原理、结构和分析方法§10-3 常见的FBG§10-4 采样布拉格光栅(SBG)§10-5 长周期光纤光栅第十一章掺铒光纤放大器§11-1 引言§11-2 掺铒光纤放大器的基本工作原理与特性§11-3 EDFA内部物理过程的进一步讨论和Giles参数§11-4 EDFA的稳态工作特性§11-5 EDFA中的增益瞬态过程§11-6 EDFA的设计原则第十二章光纤中的非线性效应§12-1 引言§12-2 光纤中的非线性薛定鄂方程§12-3 光纤中的受激散射§12-4 光纤中的四波混频效应§12-5 自相位调制（SPM）§12-6 非线性色散光纤中信道内的噪声演化与调制不稳定性§12-7 信道间的串扰噪声：互相位调制(XPM)和受激拉曼散射(SRS) 结语。

清华大学电子工程系详细说明清华大学电子工程系详细说明--------------------------------------------------------------------------------一、发展简述电子工程系发源于1934年在电机系设立的电讯组。

1952年，清华大学、北京大学两校电机系的电讯组合并后成立了清华大学无线电工程系。

1958年更名为无线电电子学系。

1969年，系的大部分迁往四川绵阳，成立了清华大学绵阳分校。

1978年迁回北京，恢复为无线电电子学系建制。

1989年，更名为电子工程系。

作为中国最早从事信息科学和电子学的教学和科学研究的单位之一，从建系以来，该系就不断突破传统领域，调整专业设置，更新教学内容，以适应世界科学技术发展和国家经济建设事业的需要。

在电机系电讯组期间，任教的有任之恭、朱兰成、顾毓秀、章名涛、孟昭英、马大猷、叶楷、闵乃大、胡筠、范绪筠、常迥、张钟俊以及N.Wiener，K.L. Wildes等教授。

开设了电讯原理、电报电话学、电讯网络、无线电原理、真空管等课程。

1952年建系时，设立了无线电技术专业。

次年，增设了电真空技术专业。

1955年又增设了半导体物理、电子物理、无线电物理等专业。

张恩虬、王守武、胡汉泉、吴鸿适、王迁等学者都先后来系兼职授课。

六、七十年代，专业陆续有所调整增设，如激光专业等。

1978年恢复无线电电子学系建制后，为拓宽专业面向，适应科技发展需要，专业设置调整无线电技术与信息系统、物理电子与光电子技术、微电子学共三个大学本科专业，一直沿袭至今。

建系以来，已培养本科生(学士学位)7000余人。

从五十年代初期开始招收研究生，截止到1965年，共招收研究生79人。

在中国全面恢复研究生培养并制定学位制度以来，该系从1978年恢复招收研究生，并被首批批准设立通信与电子系统，半导体器件与微电子技术(1993年后，划归微电子学所隶属)两个专业，拥有硕士、博士学位授予权。

攻克宽带光网络技术的难点
俞谦;范崇澄
【期刊名称】《国际学术动态》
【年(卷),期】1999(000)004
【摘要】由IEEE激光和电光学会(LEOS)主办的宽带光网络和技术1998夏季专题会议于7月20日至22日在美国加州Monterey市举行。

其背景是因特网和数据通信的发展迫切要求提高电信网络的带宽和性能。

掺铒光纤放大器(EDFA)和波分复用(WDM)技术已极大地提高
【总页数】1页(P16-16)
【作者】俞谦;范崇澄
【作者单位】清华大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
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5.突出重点攻克难点──全国领导工作重点难点研讨会综述 [J], 张兴民;李光炎;孙申
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附录A1 矢量微分运算A1.1 广义正交曲线坐标系（u ，v ，w ）1. 必要充分条件：若x、y、z 为笛卡儿坐标系，则弧长ds 表达式22222dw w x dv v x du u x )dz ()dy ()dx ()ds (⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂=++=+……中交叉项之和为0时，u, v, w 正交。

此时22w 22v 22u 2dw h dv h du h )ds (++=其中 h u 、h v 、h w 称为广义正交曲线坐标系中各坐标系的拉梅系数：2222uu z u y u x h ⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂= (A1-1)v h 、w h 的表达式与上式相当。

2. 单位矢量: 设矢径z ˆz y ˆy xˆx )w .v ,u (++=r ，其中z ˆ,y ˆ,x ˆ为笛卡儿坐标的单位矢量，则可求出广义正交曲线坐标的单位矢量分别为wh 1w ,u h 1v ,u h 1u w v u ∂∂=∂∂=∂∂=rr r (A1-2)3. 长度元、面积元、体积元: 在w ,v ,u 方向上的长度元为w ˆdw h ,v ˆdv h ,uˆdu h w u u (A1-3) 单位法线矢量为w ˆ,v ˆ,uˆ的面积元分别为 dudv h h ,dwdu h h ,dvdw h h v u u w w v (A1-4)而体积元为dudvdw h h h w v u4. 常用坐标系：常用坐标系的w ,v ,u 和u h 、v h 、w h 见下表:A1.2 矢量微分算符1. 梯度、散度、旋度、方向导数和拉普拉斯算符Vd limgrad 0V ∆φ=φ∫∫→∆S (A1-6) Vlimdiv 0V ∆•=∫∫→∆A dS A (A1-7) Vlimrot 0V ∆×=∫∫→∆A dS A (A1-8) φ•≡φgrad )grad (S S (A1-9) S)grad (∂∂•≡AS A S (A1-10) 拉普拉斯算符△作用于标量φ=∆•φ=φ∆∫∫→∆grad div Vgrad limSV ds (A1-11)拉普拉斯算符作用于矢量A -A A rot rot div grad =∆ (A1-12)上列各式中(A1-11)及(A1-12)为二次微分运算,其余为一次微分运算。

光脉冲展宽的解析公式在高速WDM系统设计中的应用俞谦;范崇澄
【期刊名称】《高技术通讯》
【年(卷),期】1998(000)003
【摘要】给出了光脉冲在光纤群速度色散和自相位调制效应的共同作用下,均方根宽度沿传播距离变化的近似解析公式,并重点讨论其在高速波分复用光纤通信系统设计中的应用.解析公式不仅能用于估计信道功率、光纤色散等参数的容限范围,还可为系统色散补偿或色散管理的优化设计提供指导.
【总页数】5页(P6-10)
【作者】俞谦;范崇澄
【作者单位】清华大学电子工程系光纤通信研究所,北京,100084;清华大学电子工程系光纤通信研究所,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
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