計算光子學：MATLAB導(dǎo)論

第1章 緒言
1.1 什么是光子學
1.2 什么是計算光子學
1.2.1 計算光子學和計算電磁學的方法
1.2.2 計算納米光子學
1.2.3 光電商用軟件一覽
1.3 光纖通信
1.3.1 光纖通信的簡介
1.3.2 通信簡史
1.3.3 光纖的發(fā)展
1.3.4 與電傳輸?shù)谋容^
1.3.5 管理標準
1.3.6 波分復(fù)用
1.3.7 孤子
1.4 生物和醫(yī)學光子學
1.5 光子傳感器
1.6 硅光子學
1.7 光量子信息科學
參考文獻
第2章 光學的基本知識
2.1 幾何光學
2.1.1 射線理論及其應(yīng)用
2.1.2 臨界角
2.1.3 透鏡
2.1.4 折射率梯度變化系統(tǒng)
2.2 波動光學
2.2.1 相速度
2.2.2 群速度
2.2.3 斯托克斯關(guān)系
2.2.4 電介質(zhì)薄膜中的干涉
2.2.5 平板中光束的多次干涉
2.2.6 法布里-咱羅干涉儀
2.3 習題.
附錄2A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第3章 電磁學基礎(chǔ)
3.1 麥克斯韋方程組
3.2 邊界條件
3.2.1 電場邊界條件
3.2.2 磁場邊界條件
3.3 波動方程
3.4 時諧場
3.5 偏振波
3.5.1 線偏振波
3.5.2 圓偏振和橢圓偏振波
3.6 菲涅耳系數(shù)和相位
3.6.1 TE偏振
3.6.2 TM偏振
3.7 電介質(zhì)界面反射造成的偏振
3.8 抗反射涂層
3.9 布拉格鏡
3.1 0古斯-漢欣位移
3.1 1坡印亭定理
3.1 2習題
3.1 3課題
附錄3A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第4章 平板波導(dǎo)
4.1 平板波導(dǎo)的射線光學
4.1.1 數(shù)值孔徑
4.1.2 導(dǎo)波模式
4.1.3 橫向共振條件
4.1.4 橫向條件-歸一化形式
4.2 電介質(zhì)波導(dǎo)的電磁學理論基礎(chǔ)
4.2.1 一般性討
4.2.2 通用方程的簡約形式
4.3 平面寬波導(dǎo)的波動方程
4.4 三層對稱的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)(TE模式)
4.5 一維任意三層不對稱平面波導(dǎo)的模式
4.5.1 TE模式
4.5.2 TE模式的場分布
4.6 一維方法處理多層平板波導(dǎo)
4.6.1 TE模式
4.6.2 傳播常數(shù)
4.6.3 電場
4.6.4 TM模式
4.7 一維方式的實例
4.7.1 四層無衰減波導(dǎo)
4.7.2 六層耗散波導(dǎo)
4.7.3 維瑟結(jié)構(gòu)
4.8 二維結(jié)構(gòu)
4.9 習題
4.1 0課題
附錄4A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第5章 線狀光纖和信號退化
5.1 幾何光學概述
5.1.1 數(shù)值孔徑(NA)
5.1.2 多路徑色散
5.1.3 光纖的信息運載能力
5.1.4 硅光纖的損耗機制
5.1.5 固有損耗
5.1.6 外在損耗
5.2 柱坐標中的光纖模式.
5.2.1 柱坐標中的麥克斯韋方程
5.2.2 柱坐標的波動方程
5.2.3 柱坐標中波動方程的解
5.2.4 邊界條件和模式方程
5.2.5 模式分類
5.2.6 m=0時的模式
5.2.7 弱導(dǎo)波近似(wga)
5.2.8 統(tǒng)一表達式
5.2.9 基本模式HE11的通用關(guān)系
5.2.10 單模光纖
5.2.11 截止條件
5.3 色散
5.3.1 群延時的概論
5.3.2 材料色散：謝米爾方程
5.3.3 波導(dǎo)色散
5.4 傳播中的脈沖色散.
5.5 習題
5.6 課題
附錄5A：貝塞爾函數(shù)的特性
附錄5B：特征行列式
附錄5C：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第6章 線性脈沖的傳播
6.1 基本脈沖
6.1.1 矩形脈沖
6.1.2 高斯脈沖
6.1.3 超高斯脈沖
6.1.4 惆瞅高斯脈沖
6.2 半導(dǎo)體激光器的調(diào)制
6.2.1 調(diào)制制式
6.2.2 波形的建立
6.3 存在色散時脈沖傳播方程的簡單推導(dǎo)
6.4 線性脈沖的數(shù)學理論
6.5 脈沖的傳播
6.5.1 調(diào)頻高斯脈沖傳播的分析
6.5.2 傅里葉變換的數(shù)值方法
6.5.3 傅里葉分步變換法
6.6 習題
附錄6A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第7章 光源
7.1 激光器的概論
7.1.1 TLS中的躍迂
7.1.2 激光振蕩和諧振模式
7.2 半導(dǎo)體激光器
7.2.1 半導(dǎo)體中的電子躍迂
7.2.2 同質(zhì)pn結(jié)
7.2.3 異質(zhì)結(jié)構(gòu)
7.2.4 光學增益
7.2.5 確定光增益
7.3 速率方程
7.3.1 載流子
7.3.2 光子
7.3.3 速率方程參數(shù)
7.3.4 電場速率方程的推導(dǎo)
7.4 速率方程的分析
7.4.1 穩(wěn)態(tài)分析
7.4.2 線性增益模式的小信號分析
7.4.3 增益飽和時的小信號分析
7.4.4 量子阱激光器的大信號分析
7.4.5 頻率惆瞅
7.4.6 等效電路模式
7.4.7 體激光器的等效電路
7.5 習題
7.6 課題
附錄7A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第8章 光放大器和摻錮光纖放大器
8.1 一般特性
8.1.1 增益譜和帶寬
8.1.2 增益飽和
8.1.3 放大器噪聲
8.2 摻餌光纖放大器(ED龍A)
8.2.1 穩(wěn)態(tài)分析
8.2.2 有效的二能級方法
8.3 摻餌光纖放大器的增益特性
8.4 習題
8.5 課題
附錄8A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第9章 半導(dǎo)體光放大器(SOA)
9.1 一般性討論
9.1.1 具有小端面反射率的SOA增益公式
9.1.2 小端面反射率的影響
9.2 SOA脈沖傳播速率方程
9.3 SOA的設(shè)計
9.4 SOA的應(yīng)用
9.4.1 波長轉(zhuǎn)換
9.4.2 基于干涉原理的全光學邏輯
9.5 習題
9.6 課題
附錄9A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第10章 光接收器件
10.1 主要特征
10.1.1 接收器靈敏度.
10.1.2 動態(tài)范圍.
10.1.3 比特率透明度.
10.1.4 比特圖的獨立性
10.2 光檢測器
10.2.1 光檢測原理
10.2.2 光檢測器的性能參數(shù)
10.2.3 光檢測器噪聲
10.2.4 檢測器的設(shè)計
10.3 接收器之分析
10.3.1 理想光接收器的比特誤差
10.3.2 接收器的誤差概率
10.3.3 比特率和高斯噪聲
10.4 光電接收器的建模
10.5 習題
10.6 課題
附錄10A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第11章 時域有限差分法
11.1 通用公式
11.1.1 三維公式
11.1.2 二維公式
11.1.3 一維模型
11.1.4 高斯脈沖和調(diào)制高斯脈
11.2 無色散時的一維葉氏算法
11.2.1 無損耗情況.
11.2.2 確定網(wǎng)格尺度
11.2.3 色散與穩(wěn)定性
11.2.4 穩(wěn)定性判據(jù)
11.2.5 一維有損耗模式
11.3 一維邊界條件
11.3.1 穆爾一階吸收邊界條件(ABC)
11.3.2 一維二階邊界條件
11.4 二維無色散的葉氏算法
11.5 二維吸收邊界條件
11.6 色散
11.7 習題
11.8 課題
附錄11A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第12章 波束傳播法(BPM)
12.1 傍軸公式
12.1.1 引言
12.1.2 運算子D.和W
12.1.3 傅里葉變換分步法的實施
12.2 一般理論
12.2.1 緒論
12.2.2 慢變化包絡(luò)近似(SVEA)
12.2.3 半矢量BPM
12.2.4 標量公式
12.2.5 有限差分(龍D)近似
12.3 1+1維有限差分波束傳播法公式
12.3.1 簡單近似
12.3.2 傳播運算子方法
12.3.3 透明邊界條件
12.4 結(jié)束語
12.5 習題
12.6 課題
附錄12A：龍D-BPM方程的推導(dǎo)細節(jié)
附錄12B：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第13章 波分復(fù)用(WDM)器件
13.1 WDM系統(tǒng)之基本
13.2 基本的WDM技術(shù)
13.2.1 光纖布拉格光柵
13.2.2 陣列波導(dǎo)柵格
13.2.3 藕合器和分束器
13.2.4 無源藕合器的數(shù)學理論
13.2.5 光隔離器
13.3 BPM在光電器件中的應(yīng)用
13.4 課題
附錄13A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第14章 光鏈路
14.1 光通信系統(tǒng)
14.2 設(shè)計光鏈路
14.2.1 功率預(yù)算分析
14.2.2 上升時間預(yù)算
14.3 測量光鏈路性能
14.4 線性系統(tǒng)的光濾波器
14.5 基于濾波功能的光鏈路模式
14.5.1 方脈沖的試驗分析
14.5.2 發(fā)射器
14.5.3 光纖
14.5.4 接收器
14.5.5 光鏈路模型的實現(xiàn)
14.6 習題
14.7 課題
附錄14A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第15章 光孤子
15.1 非線性光學極化率
15.2 主要的非線性效應(yīng)
15.2.1 克爾效應(yīng).
15.2.2 受激拉曼散射.
15.3 非線性薛定詩方程的推導(dǎo)
15.4 分步傅里葉方法
15.4.1 分步傅里葉變換法
15.4.2 對稱分步傅里葉變換法
15.5 數(shù)值結(jié)果
15.5.1 單孤子
15.5.2 惆瞅孤子波.
15.5.3 兩個相互作用的孤子波.
15.6 基于孤子通信的幾個結(jié)論
15.7 習題
附錄15A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第16章 光伏電池
16.1 引言
16.2 光伏電池原理
16.3 光伏電池的等效電路
16.3.1 基本模型
16.3.2 其他模型
16.4 多結(jié)光伏電池
16.4.1 多結(jié)量子點
16.4.2 中間帶光伏電池
16.4.3 數(shù)值仿真的作用
附錄16A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
第17章 超材料
17.1 引言
17.2 韋謝拉戈方法
17.2.1 波動方程
17.2.2 左手材料
17.2.3 光線的折射
17.3 如何構(gòu)造超材料
17.3.1 在微波下超材料具有負有效介電常數(shù)
17.3.2 磁學性能：開口環(huán)振蕩器(SRR)
17.4 超材料的一些應(yīng)用
17.4.1 完美透鏡
17.4.2 在超材料中的靜止光
17.4.3 隱形
17.4.4 光學黑洞
17.5 有源超材料
17.6 特別加注的參考書目
附錄17A：本章Matlab的函數(shù)清單和代碼
參考文獻
附錄AMatlab的基本知識
A.1 m-文件的工作部分
A.2 基本法則
A.3 Matlab編程中的良好習慣
A.3.1 預(yù)置內(nèi)存
A.3.2 矢量化的循環(huán)
A.4 作圖之基本
A.4.1 二維作圖之基本
A.4.2 二維作圖
A.4.3 三維作圖和動畫作圖
A.5 基本的輸入-輸出