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書籍詳細

フォトニクスシリーズ 13)

  光導波路の基礎

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岡本勝就 (有)岡本研究所 工博 著

発行年月日:1992/10/20 , 判 型: A5,  ページ数:376頁

ISBN:978-4-339-00602-5,  定 価:6,156円 (本体5,700円+税)

光通信,光情報処理において重要な役割を果たす光ファイバおよび方形光導波路について,伝搬特性の理論に重点をおき記述した。さらに,実際的応用への手がかりとして,有限要素法,ビーム伝搬法などの数値解析法を具体的に説明した。

【目次】

1. 光導波路の電磁波理論
1.1 光導波路の構造
1.2 モードの概念
1.3 マクスウェルの方程式
1.4 伝送パワー
1. 光導波路の電磁波理論
1.1 光導波路の構造
1.2 モードの概念
1.3 マクスウェルの方程式
1.4 伝送パワー
参考文献
2. 方形光導波路
2.1 スラブ光導波路
  2.1.1 基本方程式
  2.1.2 TE,TMモードの分散方程式
  2.1.3 伝搬定数の求め方
  2.1.4 電界分布
  2.1.5 TMモード
2.2 三次元光導波路
  2.2.1 基本方程式
  2.2.2 EpqxおよびEpqyモードの分散方程式
  2.2.3 改良Marcatili法
  2.2.4 等価屈折率法
2.3 光導波路の出射パターン
  2.3.1 フレネル領域とフラウンホーファ領域
  2.3.2 ガウス状ビームの出射パターン
参考文献
3. 光ファイバ
3.1 基本方程式
3.2 ステップ型光ファイバ
  3.2.1 TEモード
  3.2.2 TMモード
  3.2.3 ハイブリッドモード
3.3 伝送パワー
  3.3.1 TEモード
  3.3.2 TMモード
  3.3.3 ハイブリッドモード
3.4 LPモード
  3.4.1 LPモードの分散方程式
  3.4.2 LPモードの分散方程式の特性
  3.4.3 LPモードの伝送パワー
3.5 HE11モード
3.6 ステップ型光ファイバの分散特性
  3.6.1 群速度分散と信号波形ひずみ
  3.6.2 分散の諸要因
  3.6.3 分散を表す式
  3.6.4 波長分散
  3.6.5 零分散波長
3.7 グレーデッド型光ファイバ
  3.7.1 基本方程式
  3.7.2 WKB法による多モード光ファイバの解析
  3.7.3 多モード光ファイバの分散特性
3.8 分散の大きさと伝送容量
3.9 複屈折光ファイバ
  3.9.1 単一モード光ファイバ中の二つの直交偏波モード
  3.9.2 複屈折光ファイバの基本方程式
  3.9.3 楕円コア光ファイバ
  3.9.4 モード複屈折率
  3.9.5 偏波モード分散
参考文献
4. モード結合理論
4.1 モード結合方程式
4.2 同方向光結合の方向性結合器
4.3 逆方向光結合の方向性結合器
4.4 モード結合定数
  4.4.1 スラブ光導波路のモード結合定数
  4.4.2 三次元光導波路のモード結合定数
  4.4.3 偶奇モードによる結合定数の計算
  4.4.4 光ファイバのモード結合定数
  4.4.5 グレーティングの結合定数
4.5 方向性結合器の応用
  4.5.1 マッハ・ツェンダー型光変調器
  4.5.2 リング共振器
  4.5.3 光双安定デバイス
参考文献
5. 光ファイバ中の非線形光学効果
5.1 光ファイバ中での非線形光学効果の特徴
5.2 光カー効果
  5.2.1 自己位相変調
  5.2.2 非線形シュレディンガー方程式
5.3 光ソリトン
  5.3.1 光ソリトンの発生条件
  5.3.2 光直接増幅によるソリトン伝送
  5.3.3 変調不安定
  5.3.4 暗い光ソリトン
5.4 光パルス圧縮
5.5 物質による光の散乱
  5.5.1 一次元格子の振動
  5.5.2 フォノンによる光の散乱の選択則
5.6 誘導ラマン散乱
5.7 誘導ブリルアン散乱
5.8 第二次高調波発生
参考文献
6. 有限要素法
6.1 有限要素法の基本
6.2 有限要素法によるスラブ光導波路の解析
  6.2.1 波動方程式の変分問題への変換
  6.2.2 界分布の離散化と汎関数
  6.2.3 停留条件と分散方程式
  6.2.4 TMモードの解析
6.3 有限要素法による光ファイバの解析
  6.3.1 波動方程式の変分問題への変換
  6.3.2 界分布の離散化と汎関数
  6.3.3 停留条件と分散方程式
  6.3.4 不均一屈折率分布光ファイバの単一モード条件
  6.3.5 遅延時間τ
6.4 有限要素法による三次元光導波路の解析
  6.4.1 ベクトル波解析とスカラー波解析
  6.4.2 波動方程式の変分問題への変換
  6.4.3 停留条件と分散方程式
6.5 有限要素法による応力解析
  6.5.1 エネルギー原理
  6.5.2 平面ひずみ問題と平面応力問題
  6.5.3 基本方程式
  6.5.4 全ポテンシャルエネルギー
  6.5.5 変分法による定式化と変位境界条件
  6.5.6 有限要素法応力解析と導波路解析の組合せ
参考文献
7. ビーム伝搬法
7.1 ビーム伝搬法の基礎
  7.1.1 光波動伝搬解析
  7.1.2 光パルス伝搬解析
7.2 BPMによる光導波路の解析
  7.2.1 BPMの形式的な定式化
  7.2.2 BPMの具体的な計算
7.3 BPMによる光パルス伝搬解析
7.4 離散的フーリエ変換
7.5 高速フーリエ変換
7.6 離散的フーリエ変換を用いたBPMの具体的表現
7.7 BPMの応用例
参考文献
8. 階段接続法
8.1 階段近似
8.2 接続部の振幅と位相
8.3 波長分離合波カプラ
8.4 波長フラットカプラ
参考文献
9. 境界要素法
9.1 積分方程式
9.2 離散定式化
9.3 分散方程式
参考文献
10. 各種の定理および公式
10.1 ガウスの定理
10.2 グリーンの定理
10.3 ストークスの定理
10.4 ヘルムホルツ・キルヒホッフの積分定理
10.5 フレネル・キルヒホッフの回折公式
10.6 ベクトル算法の公式
10.7 円柱座標系および極座標系
  10.7.1 円柱座標系
  10.7.2 極座標系
参考文献
付録
付録3A.1 グレーデッド型光ファイバにおける電磁界方程式
付録3A.2 式(3.219)の導出
付録4A.1 式(4.8)および(4.9)の導出
付録4A.2 モード結合方程式(4.26),(4.27)の厳密解
付録6A.1 式(6.59)の導出
付録6A.2 式(6.66)の証明
付録9A.1 式(9.2)の導出
索引

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