本書以幾何光學和電磁場理論為基礎，繫統闡述了介質光波導的分析方法和光傳輸特性。光波導涉及階躍式折射率分布和漸變式折射率分布的二維薄膜波導、三維平面波導、光纖以及光子晶體波導。主要內容涵蓋各種波導的解析與數值分析方法、模式分類與特征、模式場的分布與傳輸特性、模式耦合理論等。詳細介紹了多種無源和有源光器件的結構、基本原理及工作特性，關於波導的制備和表征也做了介紹。每章都附有一定數量的習題。本書可作為高等學校光學工程、光電子、光通信等專業的研究生及高年級本科生的教材，也可供相關專業的教師和科研人員參考。

李淑鳳，博士，副教授，大連理工大學物理與光電工程學院，主要講授《光波導理論基礎》研究生課程，以及本科生的《大學物理》

第1章 電磁場理論 （1）
1．1 麥克斯韋方程 （1）
1．2 電磁場邊界條件 （2）
1．3單色平面電磁波 （3）
1．4 坡印亭矢量和傳輸功率 （4）
1．5 亥姆霍茲方程 （5）
1．6 平面電磁波的反射和折射 （6）
1．7 光的全反射與倏逝波 （7）
1．8全反射相移與古斯-漢森位移 （8）
習題 （10）
第2章 幾何光學 （11）
2．1程函方程 （11）
2．2 光傳播路徑分析 （12）
2．2．1 光線方程 （12）
2．2．2 光線方程應用舉例 （12）
2．3 費馬原理 （13）
習題 （14）
第3章 光波導幾何分析 （15）
3．1均勻介質薄膜波導 （15）
3．2折射率漸變薄膜波導中的光線 （16）
3．3階躍光纖中的光線 （17）
3．3．1 子午光線 （18）
3．3．2 偏斜光線 （19）
3．4梯度光纖中的光線 （20）
3．4．1 柱坐標的光線方程 （20）
3．4．2 光線不變量 （21）
3．4．3 光線判據函數 （21）
3．4．4 光線分析 （22）
3．5 傳播時延與色散 （24）
3．5．1 均勻介質波導的時延差 （25）
3．5．2 折射率漸變介質波導的時延差 （25）
3．5．3 光纖的色散 （27）
習題 （28）
第4章 薄膜波導模式理論 （30）
4．1均勻薄膜波導特征方程 （30）
4．2 薄膜波導電磁場方程 （31）
4．3TE模分析 （33）
4．4TM模分析 （35）
4．5導模特性 （36）
4．5．1 導模截止 （36）
4．5．2 導模定則 （37）
4．5．3 導模數量 （38）
4．5．4 單模傳輸 （39）
4．5．5 截止波長 （39）
4．5．6 歸一化參量與薄膜波導色散曲線 （40）
4．6導模光強和功率 （41）
4．6．1 導模光強 （41）
4．6．2 傳輸功率 （42）
4．7折射率漸變薄膜波導?WKB法 （43）
4．7．1 場的近似表示式 （43）
4．7．2 轉折點附近的近似解 （44）
4．7．3 漸變薄膜波導特征方程 （45）
習題 （46）
第5章 三維光波導 （48）
5．1三維光波導結構 （48）
5．2馬卡提裡近似法 （49）
5．3場方程與形式解 （50）
5．4 模特征方程 （51）
5．5 模特征方程 （53）
5．6 模式特性 （54）
5．6．1 導模條件與模截止 （54）
5．6．2 單模傳輸 （56）
5．6．3 截止波長 （56）
5．6．4 矩形波導色散曲線與模場分布 （57）
5．7 有效折射率法 （58）
5．7．1 矩形波導 （58）
5．7．2 脊波導 （59）
5．7．3 條載波導及四層平板波導 （60）
習題 （62）
第6章 光纖模式理論 （63）
6．1 光纖的電磁場方程 （63）
6．2 階躍光纖電磁場方程的矢量解法 （65）
6．2．1 芯區和包層的電磁場 （65）
6．2．2 導模特征方程 （68）
6．2．3 導模分類 （68）
6．2．4 導模截止條件與單模傳輸 （70）
6．2．5 模色散曲線 （75）
6．2．6 導模電磁場分布 （76）
6．3 光纖的線偏振模 （79）
6．3．1 場的直角分量與場方程的標量解法 （79）
6．3．2 線偏振模及簡並度 （81）
6．3．3 LPmn模的矢量模組成 （82）
6．3．4 LP模光強和功率 （83）
6．3．5 階躍多模光纖的導模數量 （86）
6．4 梯度光纖模場分析 （86）
6．4．1 梯度光纖場方程及標量解 （87）
6．4．2 傳播常數 （89）
6．4．3 模式群和導模數量 （90）
習題 （90）
第7章 電磁場分析法 （92）
7．1 微分方程邊值問題 （92）
7．1．1 邊值問題 （92）
7．1．2 Ritz方法 （93）
7．1．3 Galerkin方法 （94）
7．1．4 本征值方程 （95）
7．2分析 （95）
7．2．1 區域離劃分 （96）
7．2．2 線性插值函數與基函數 （96）
7．2．3方程的擴展―全局方程的建立 （97）
7．2．4 與基函數 （99）
7．3 光波導模式問題的應用舉例 （99）
7．3．1大小對計算結果的影響 （99）
7．3．2 脊波導模場計算 （100）
7．3．3偽模 （102）
習題 （102）
第8章 模式耦合理論 （103）
8．1 模式的正交性與完備性 （103）
8．1．1 橫場方程 （103）
8．1．2 模式的正交性及歸一化 （104）
8．1．3 展開式的完備性 （106）
8．2模耦合方程 （106）
8．2．1 理想正規模式展開的模耦合方程 （106）
8．2．2 本地正規模式展開的模耦合方程 （108）
8．3 模耦合方程的微擾解―雙向模耦合 （109）
習題 （110）
第9章 無源光器件 （111）
9．1 光纖光柵 （111）
9．1．1光纖光柵耦合方程 （112）
9．1．2光纖光柵傳輸特性 （114）
9．1．3光纖光柵濾波特性 （115）
9．2 平面波導光柵 （117）
9．3 雙波導定向耦合器 （120）
9．4 波分復用/解復用器 （122）
9．4．1 角色散型 （123）
9．4．2 干涉型 （125）
9．4．3 F-P腔光濾波型 （127）
9．4．4 陣列波導光柵 （128）
9．5 光開關 （129）
9．6 光波導傳感器 （132）
9．6．1 光波導傳感器的特點 （132）
9．6．2 典型光波導傳感器結構和原理 （133）
9．7 波導微環諧振器 （135）
9．7．1 波導微環諧振器的特點 （135）
9．7．2 波導微環諧振器的基本結構和制備工藝 （135）
9．7．3 波導微環諧振器的基本原理 （137）
習題 （140）
第10章 有源光器件 （142）
10．1 光波導放大器 （142）
10．1．1 概述 （142）
10．1．2 鉺離子的光譜特性 （144）
10．1．3 速率方程 （147）
10．1．4 光波傳輸方程 （152）
10．1．5 放大器增益特性 （153）
10．2 光波導調制器 （157）
10．2．1 光調制器 （157）
10．2．2 晶體的電光效應 （157）
10．2．3 光波導調制器 （159）
習題 （161）
第11章 光子晶體波導 （162）
11．1 光子晶體理論 （162）
11．1．1 光子晶體結構與兩種晶格 （162）
11．1．2 平面波展開法 （165）
11．1．3 二維光子晶體帶隙結構 （167）
11．2 光子晶體波導 （169）
11．2．1 二維光子晶體波導 （169）
11．2．2 二維平板光子晶體波導 （170）
習題 （172）
第12章 光波導的制備 （173）
12．1 概述 （173）
12．2 光纖制造 （174）
12．3 薄膜制備 （174）
12．3．1 蒸發法 （175）
12．3．2 直流磁控濺射法 （175）
12．3．3 中頻、射頻磁控濺射法 （176）
12．3．4 脈衝激光沉積法 （176）
12．3．5 薄膜制備的化學方法 （177）
12．3．6 薄膜的退火 （178）
12．4 薄膜的表征 （179）
12．4．1 X射線衍射儀 （179）
12．4．2 掃描電鏡 （180）
12．4．3 電子探針 （181）
12．5 三維光波導的制作 （182）
12．5．1 光刻技術 （182）
12．5．2 加工技術 （183）
習題 （185）
附錄A Bessel函數 （186）
A．1 Bessel方程與Bessel函數 （186）
A．2 各類Bessel函數的漸近展開式 （187）
A．3 Bessel函數的遞推關繫 （187）
附錄B LPmn模特征方程與其組成的矢量模特征方程的等價性 （189）
附錄C 二維散度定理和自伴算符 （190）
C．1 二維散度定理 （190）
C．2 自伴算符 （190）
參考文獻 （191）