前言

光纤光学与物理光学、几何光学、信息光学一起构成了光学学科的四大分支，是光学理论体系的重要组成部分。光纤光学是研究光导纤维的光学特性及其应用的一门学科。光纤光学这一名称出现于20世纪50年代，随着激光技术、半导体技术、微电子技术、光纤制作技术的迅速发展，尤其是光纤通信、光纤传感和激光应用的牵引，光纤光学得到了迅速发展，内涵越来越丰富，相应的光纤技术更是日新月异，精彩纷呈。光纤光学在通信、医疗、军事、科学研究等诸多领域有着广泛的应用并不断发挥着巨大的作用。

本书详细介绍了光纤光学的基础知识和先进技术，帮助读者建立完善的光纤光学知识体系，为全面掌握光纤光学及其技术打下坚实的基础。我们期待本书能够对读者学习和研究光纤光学产生积极的影响，并希望读者能够在本书的帮助下探索光纤光学的奥秘，拓展光纤光学的应用。

本教材是作者在近十年教学工作经验的基础上，结合长期科研工作成果编著完成的。本书在编写中突出基本概念，注重理论和实际应用的结合、基础知识与最新发展的结合、课堂教学与课外实践的结合，力求反映最新成果，确保系统性与完整性。使读者在掌握扎实理论基础的同时，了解最新的研究方法和实际应用技术。本书具有如下特色： 

(1) 重视基础，内容完备。注重全书的逻辑性和严谨性，物理概念和物理过程阐述准确、清晰、透彻； 系统介绍光纤理论、方法、技术、应用四方面的内容，涵盖不同范围的拓展知识单元，满足多层面教学的需求。

(2) 吐故纳新、与时俱进。紧跟光电子技术和适应性教学改革的发展，注重反映本学科领域的最新成果和研究方向，引入前沿技术、高端/高精技术以及应用技术等近期发展的新内容。

(3) 拓宽专业基础，加强实践环节。适当拓宽专业基础知识的范围，以增强教学的适应性； 注重实践环节的设置，以促进学生的实际动手能力和创新能力的发展，增强收获感。

(4) 注重立体化建设。内容深入浅出，章节后不仅配以习题，还设置了课程实践、课后拓展等环节，其中课程实践安排了软件分析、光纤器件和系统设计以及光纤参数测试实验等特色内容，这使教材更加易学，从而提升学生的学习热情和兴趣。

全书共分8章，第1章简要介绍了光纤的结构、基本表征和制备方法； 第2章系统阐述了光纤传输的基本理论和特点，从几何光学和波动光学理论出发，建立了光纤的光线方程和波导场方程以及非正规光波导的模耦合方程，揭示了阶跃型折射率光纤和变折射率光纤的光线传输特性和波导模式特性； 第3章对光纤的四大特性——光纤的损耗、色散和双折射以及非线性效应的成因和规律进行了说明。前三章是光纤光学的核心内容，为了让读者更好地理解其中的物理图像，而不必过于拘泥于数学推导过程，本书对公式的数学推导过程从略处理，以突出物理意义的阐述。第4章介绍了光纤系统的连接与纤上工艺； 第5章介绍了常用的特种光纤性能及其发展趋势； 第6章介绍了各种光纤无源器件； 第7章介绍了光纤激光器基础和基本设计方法。第4~7章是光纤技术的核心内容，全面介绍了光纤系统中核心无源和有源光纤器件的原理和性能，特种光纤性能和纤上工艺，使读者具备开展光纤系统研究的能力。第8章以光纤通信、光纤传感和高功率光纤激光光源三种典型系统应用为背景，介绍了光纤光学与技术在通信、传感以及智能制造领域中的应用原理和行业发展水平，展现了国民经济各行各业对光纤光学与技术的旺盛需求，以及光纤光学核心技术发展的可观前景。

在本书的编写过程中，许多教师及研究生提出了宝贵意见。在此特别感谢华中科技大学武汉光电国家研究中心邢颍滨副研究员对第1章和第5章进行的修改和审核、北京理工大学光电学院冯泽心副教授对第4章光束变换进行的修改和审核，感谢清华大学精密仪器系光纤技术团队巩马理教授、李丹副研究员以及博士研究生吴与伦、符国浩、王乐乐、何田田、阳优司和蔡越轩等对教材编写工作的大力帮助和支持。

由于作者水平有限，书中难免存在疏漏之处，热切欢迎读者批评指正。

编著者

2024年2月于清华园