前言
距第2版的发行,匆匆已过十余年。在这十年中,光纤通信、光纤传感以及激光技术都在飞速发展,光波导的一些新概念、新结构、新原理、新方法纷纷涌现,如自由空间的异形波传播、四元数偏振光学、周期结构光波导(俗称光子晶体和光子晶体光纤)、保椭圆光纤、光纤应力下的双折射、电光效应、磁光效应等双折射效应、少模光纤、各向异性光波导、表面等离子波、亚波长光纤以及硅基波导,等等。在光的使用波段上,也大为拓展,如太赫兹波、紫外光波等。光波导不仅作为一种传输介质,比如光纤通信用的光纤,而且作为一种感知环境变化的传感元件,如光纤传感器,更多的是作为光信号处理器件,如光调制器等。作为它们共同的理论基础——光波导理论必须顺应这种发展潮流,将这些新理论、新原理加以系统化,充实到原有理论体系之中。同时,对于理论发展过程中的模糊概念也有必要清理和规范化。
另一方面,在吸纳这些新成果的同时,更新后的光波导理论仍然需要坚守理论自身的逻辑性,强调以光波导的结构演变为主线,坚持对于不同结构光波导理论的系统性,坚持研究突出不同概念、特性及相互联系。作为一种基础理论,光波导理论不应该被应用场合、制造工艺所左右。比如,光波导理论并没有限定使用波长,只要满足麦克斯韦方程规定的约束条件,都是正确的,所以,从理论上说,并不区分可见光波导、红外波导、紫外波导以及太赫兹波导等; 再如,所谓少模光纤,亚波长光纤等,都仅仅是模式理论的一种特殊应用而已,尽管在实际的具体运用中,它们之间的区别还是很大的,然而在理论上却没有本质的不同。因此,它们都没有必要单独列出,只是在涉及这种应用状态时,增加了相关的内容。
第3版仍然特别加强了光波导的模式理论、传输特性、双折射现象和模式耦合等基本概念的讲述。与第2版相比,增加了复矢量光波、四元数偏振光学、多层平面光波导、矩形波导、周期结构圆光波导(光子晶体光纤)、渐变折射率平面光波导、波导光栅、高双折射光纤、各向异性光波导、各种感应双折射效应(弹光、电光、磁光等)、光纤的出射光场以及与自聚焦透镜的耦合等前沿问题的章节,而且从频域与时域两个方面进行阐述。
全书思路清晰,知识体系更加完备,注重讲述不同类波导的独特分析方法。鉴于光波导理论的公式繁多,给读者阅读带来不便,本书特别加强了文字与附图的表述,使公式“活”起来。同时采用更高等的数学工具(第12章),使概念一目了然。希望读者能够借助这些数学工具,更深刻地理解相关的物理概念与解决问题的思路。最后,本书还密切结合光纤通信、光纤传感以及激光技术的最新发展,供研究生及从事光纤通信、光纤传感以及激光技术中波导设计的人员参考。
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作者
2021年2月