为了突破光纤非线性对系统传输容量的限制，进一步提高光纤的带宽利用率，人们开始发展并利用新的光纤复用维度——空分复用(SDM)。空分复用技术与密集波分复用(DWDM)系统的融合应，有助于实现多维复用光纤网络的发展目标。本书从空分复用角度重新梳理光纤的相关知识，总结空分复用光纤的最新成果，形成了较为完整的空分复用光纤理论体系，并介绍相关器件的工作机理和性能参数等。
本书共9章，内容包括电介质中光波的传播、均匀光导波系统的特点、阶跃光纤的导波模式、少模光纤的模式耦合、多芯光纤串扰与超模、多模磁光与声光器件、少模掺铒光纤放大器、少模光纤非线性理论、轨道角动 量光纤传输。
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第1章 电介质中光波的传播 1
1.1 光波的电磁理论基础 1
1.1.1 媒质的本构关系 1
1.1.2 麦克斯韦方程组 4
1.1.3 电磁场边界条件 5
1.1.4 时谐光场的复数表示 6
1.1.5 Kramers-Kronig关系 7
1.2 各向同性介质中的光波 8
1.2.1 波动方程 8
1.2.2 简单媒质中的均匀平面波 9
1.2.3 光波的偏振态表不 10
1.2.4 光波的反射与透射 16
1.2.5 光场的干涉叠加 20
1.3 各向异性介质中的光波 21
1.3.1折射賴球 21
1.3.2 双折射现象 22
1.3.3 各向异性传播特性 24
1.3.4 介电张量微扰分析 25
思考题 27
参考文献 28
第2章 均匀光导波系统的特点 29
2.1 光导波系统的波型 29
2.2 平板光波导的电磁场分析 30
2.2.1 均匀平板波导的模式 31
2.2.2 TE波和TM波的模式截止特性 35
2.2.3 TE波和TM波的色散曲线 35
2.2.4 等效折射率法 37
2.3 平面多模干涉耦合器 38
2.3.1 平面多模干涉结构 38
2.3.2 MMI的自成像效应 39
2.4 光导波模式一般规律 43
2.4.1 矢量波动方程 43
2.4.2 互易定理及其应用 44
思考题 46
参考文献 46
第3章 阶跃光纤的导波模式 47
3.1 阶跃光纤中导波光精确模式 47
3.1.1 光纤模式的电磁理论分析 47
3.1.2 特征方程与精确模式表示 49
3.1.3 导模的截止特性 51
3.1.4 精确模式的电磁场量 52
3.2 弱导光纤的线偏振模式 54
3.2.1 弱导近似下导模的特征方程 55
3.2.2 线偏振模式的空间分布 56
3.2.3 真实模式的线偏振组合 59
3.3 单模光纤的传输特性 62
3.3.1 光纤的损耗与色散 62
3.3.2 群速色散引起的光脉冲展宽 65
3.3.3 光纤双折射与偏振模色散 66
3.3.4 偏振主态 68
思考题 69
参考文献 70
第4章 少模光纤的模式耦合 71
4.1 横向折射率微扰对模场的修正 71
4.1.1 一阶近似微扰修正 71
4.1.2 一般微扰光纤的模式修正 72
4.2纵向折射率微扰引起的模式耦合 73
4.2.1 弱导光纤中模式的稱合方程 73
4.2.2 两个正向传播模式的耦合 74
4.2.3 正反向传播模式的稱合 77
4.3 少模光纤光栅特点 80
4.3.1 光脉冲传播方程 80
4.3.2 光纤光栅的模式耦合特性 82
4.3.3 光纤光栅模式转换器 83
4.4 模式的非谐振耦合 88
4.4.1 非谐振模式稱合方程 88
4.4.2 模式耦合效率与串扰 90
4.5 模式的随机耦合特性 91
4.5.1 随机耦合分析方法 91
4.5.2 统计参量的表征 93
4.5.3 统计无关的两模耦合 95
财 99
参考文献 100
第5章 多芯光纤串扰与超模 101
5.1 两个光纤之间的耦合 101
5.1.1 弱导光纤复合波导结构 101
5.1.2 模式选择稱合器 102
5.2 阵列光纤串扰分析 105
5.2.1 单纤照明的一维光纤阵列 105
5.2.2 交替照明的无限光纤阵列 105
5.2.3 多角形有限光纤阵列 108
5.3 平行光波导的超模 109
5.3.1 双纤复合波导 109
5.3.2 iV个平行光波导 111
5.4 慢变光纤间的耦合 115
5.4.1 慢变光纤的判定条件 115
5.4.2 慢变光纤间的稱合方程 117
5.5 光子灯笼空分复用器 118
5.5.1 光子灯笼原理与仿真方法 118
5.5.2 模式选择光子灯笼 121
思考题 123
参考文献 123
第6章 多模磁光与声光器件 125
6.1 少模磁光光纤 125
6.1.1 磁光效应的介电系数张量 125
6.1.2 少模磁光光纤的本征模式 126
6.1.3 磁光光纤中LP模的耦合 129
6.2 多模式磁光Bragg器件 132
6.2.1 磁光 Bragg 单元 132
6.2.2 磁光Bragg衍射理论 134
6.2.3 空分多路衍射场景 136
6.3 光纤型声光模式转换器 137
6.3.1 声光模式转换器原理 137
6.3.2 声光模式耦合方程 139
6.3.3 声光模式转换效率计算 140
思考题 143
参考文献 143
第7章 少模掺铒光纤放大器 145
7.1 光放大器的分类 145
7.2 掺铒光纤放大器基础 146
7.2.1 EDFA工作原理 146
7.2.2 EDFA性能参数 149
7.2.3 EDFA的应用 152
7.3 少模EDFA的理论模型 154
7.3.1 少模EDFA的增益微扰理论 154
7.3.2 少模EDFA的强度模型 156
7.3.3 解析方法与交叠积分近似 160
7.3.4 少模EDFA的差拍模型 162
7.4 全光纤FM-EDFA的构建 164
7.4.1 基于MSPL的FM-EDFA 164
7.4.2 基于IWDM的FM-EDFA 169
思考题 173
参考文献 173
第8章 少模光纤非线性理论 175
8.1 介质的非线性极化 175
8.2 克尔非线性效应 176
8.2.1自相位调制 176
8.2.2 交叉相位调制 179
8.2.3 四波混频 181
8.3 分步傅里叶变换方法 182
8.4 少模光纤四波混频 184
8.4.1 少模光纤FWM耦合方程 184
8.4.2 FWM耦合方程的解析解 186
8.4.3 少模FWM解析解的应用 189
思考题 191
参考文献 192
第9章 轨道角动量光纤传输 193
9.1 光的角动量概念 193
9.1.1 电磁场守恒定律 193
9.1.2 轨道和自旋角动量 194
9.1.3 角动量连续性方程 195
9.2 轨道角动量光束 196
9.2.1 光束的傍轴近似 196
9.2.2 光束的角动量特征 197
9.2.3 OAM涡旋光束 199
9.3 光纤的轨道角动量模式 202
9.3.1 光纤OAM模态表示 202
9.3.2 环芯光纤的OAM模式 203
9.3.3 阶跃光纤的矢量OAM模态 206
9.4 轨道角动量复用技术 209
思考题 211
参考文献 211
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