非線性光纖光學原理及應用

上篇  原理篇                  
 第1章  導論                  
     1. 1  歷史的回顧                  
     1. 2  光纖的基本特性                  
     1. 2. 1  材料和制造                  
     1. 2. 2  光纖損耗                  
     1. 2. 3  光纖色散                  
     1. 2. 4  偏振模色散                  
     1. 3  光纖的非線性的特性                  
     1. 3. 1  非線性折射率                  
     1. 3. 2  受激非彈性散射                  
     1. 3. 3  非線性效應的重要性                  
     1. 4  綜述                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第2章  脈沖在光纖中的傳輸                  
     2. 1  麥克斯韋方程組                  
     2. 2  光纖中的模式                  
     2. 2. 1  本征值方程                  
     2. 2. 2  單模條件                  
     2. 2. 3  基模特性                  
     2. 3  基本傳輸方程                  
     2. 3. 1  非線性脈沖傳輸                  
     2. 3. 2  高階非線性效應                  
     2. 4  數值方法                  
     2. 4. 1  分步傅里葉方法                  
     2. 4. 2  有限差分法                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第3章  群速度色散                  
     3. 1  不同的傳輸區(qū)域                  
     3. 2  色散引起的脈沖展寬                  
     3. 2. 1  高斯脈沖                  
     3. 2. 2  啁啾高斯脈沖                  
     3. 2. 3  雙曲正割脈沖                  
     3. 2. 4  超高斯脈沖                  
     3. 2. 5  實驗結果                  
     3. 3  三階色散效應                  
     3. 3. 1  脈沖形狀的變化                  
     3. 3. 2  展寬因子                  
     3. 3. 3  任意形狀脈沖                  
     3. 3. 4  超短脈沖測量                  
     3. 4  色散管理                  
     3. 4. 1  GVD引起的限制                  
     3. 4. 2  色散補償                  
     3. 4. 3  三階色散補償                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第4章  自相位調制                  
     4. 1  SPM導致脈沖頻譜展寬                  
     4. 1. 1  非線性相移                  
     4. 1. 2  脈沖頻譜的變化                  
     4. 1. 3  脈沖形狀和初始啁啾的影響                  
     4. 1. 4  部分相干的影響                  
     4. 2  群速度色散的影響                  
     4. 2. 1  脈沖演化                  
     4. 2. 2  展寬因子                  
     4. 2. 3  光波分裂                  
     4. 2. 4  實驗結果                  
     4. 2. 5  三階色散的影響                  
     4. 3  高階非線性效應                  
     4. 3. 1  自陡效應                  
     4. 3. 2  GVD對光學沖擊的影響                  
     4. 3. 3  脈沖內拉曼散射                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第5章  光孤子                  
     5. 1  調制不穩(wěn)定性                  
     5. 1. 1  線性穩(wěn)定性分析                  
     5. 1. 2  增益譜                  
     5. 1. 3  實驗觀察                  
     5. 1. 4  超短脈沖產生                  
     5. 1. 5  調制不穩(wěn)定性對光通信系統的影響                  
     5. 2  光孤子                  
     5. 2. 1  逆散射方法                  
     5. 2. 2  基態(tài)孤子                  
     5. 2. 3  高階孤子                  
     5. 2. 4  實驗驗證                  
     5. 2. 5  孤子穩(wěn)定性                  
     5. 3  其他類型的孤子                  
     5. 3. 1  暗孤子                  
     5. 3. 2  色散管理孤子                  
     5. 3. 3  雙穩(wěn)孤子                  
     5. 4  孤子擾動                  
     5. 4. 1  微擾方法                  
     5. 4. 2  光纖損耗                  
     5. 4. 3  孤子放大                  
     5. 4. 4  孤子互作用                  
     5. 5  高階效應                  
     5. 5. 1  三階色散                  
     5. 5. 2  自陡效應                  
     5. 5. 3  脈沖內拉曼散射                  
     5. 5. 4  飛秒脈沖的傳輸                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第6章  偏振效應                  
     6. 1  非線性雙折射                  
     6. 1. 1  非線性雙折射的起因                  
     6. 1. 2  耦合模方程                  
     6. 1. 3  橢圓雙折射光纖                  
     6. 2  非線性相移                  
     6. 2. 1  無色散交叉相位調制                  
     6. 2. 2  光克爾效應                  
     6. 2. 3  脈沖整形                  
     6. 3  偏振態(tài)的演變                  
     6. 3. 1  解析解                  
     6. 3. 2  龐加萊球表示法                  
     6. 3. 3  偏振不穩(wěn)定性                  
     6. 3. 4  偏振混沌                  
     6. 4  矢量調制不穩(wěn)定性                  
     6. 4. 1  低雙折射光纖                  
     6. 4. 2  高雙折射光纖                  
     6. 4. 3  各向同性光纖                  
     6. 4. 4  實驗結果                  
     6. 5  雙折射和孤子                  
     6. 5. 1  低雙折射光纖                  
     6. 5. 2  高雙折射光纖                  
     6. 5. 3  孤子牽引邏輯門                  
     6. 5. 4  矢量孤子                  
     6. 6  隨機雙折射                  
     6. 6. 1  偏振模色散                  
     6. 6. 2  孤子偏振態(tài)                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第7章  交叉相位調制                  
     7. 1  交叉相位調制引起的非線性耦合                  
     7. 1. 1  非線性折射率                  
     7. 1. 2  藕合NLS方程                  
     7. 1. 3  光在雙折射光纖中的傳輸                  
     7. 2  交叉相位調制引起的調制不穩(wěn)定性                  
     7. 2. 1  線性穩(wěn)定性分析                  
     7. 2. 2  實驗結果                  
     7. 3  XPM對孤子                  
     7. 3. 1  亮一暗孤子對                  
     7. 3. 2  亮一灰孤子對                  
     7. 3. 3  其他孤子對                  
     7. 4  頻域和時域效應                  
     7. 4. 1  不對稱頻譜展寬                  
     7. 4. 2  不對稱時域變化                  
     7. 4. 3  高階非線性效應                  
     7. 5  XPM的應用                  
     7. 5. 1  XPM引起的脈沖壓縮                  
     7. 5. 2  XPM引起的光開關效應                  
     7. 5. 3  XPM引起的非互易性                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第8章  受激拉曼散射                  
     8. 1  基本概念                  
     8. 1. 1  拉曼增益譜                  
     8. 1. 2  拉曼閡值                  
     8. 1. 3  耦合振幅方程組                  
     8. 2  準連續(xù)波受激拉曼散射                  
     8. 2. 1  單通拉曼的產生                  
     8. 2. 2  光纖拉曼激光器                  
     8. 2. 3  光纖拉曼放大器                  
     8. 2. 4  拉曼竄擾                  
     8. 3  短泵浦脈沖的SRS                  
     8. 3. 1  脈沖傳輸方程                  
     8. 3. 2  無色散情形                  
     8. 3. 3  GVD的影響                  
     8. 3. 4  實驗結果                  
     8. 3. 5  同步泵浦光纖拉曼激光器                  
     8. 4  SBS中的孤子效應                  
     8. 4. 1  光纖拉曼孤子                  
     8. 4. 2  光纖拉曼孤子激光器                  
     8. 4. 3  孤子效應脈沖壓縮                  
     8. 5  四波混頻的影響                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第9章  受激布里淵散射                  
     9. 1  基本概念                  
     9. 1. 1  SBS的物理過程                  
     9. 1. 2  布里淵增益譜                  
     9. 2  準連續(xù)波SBS過程                  
     9. 2. 1  精合強度方程                  
     9. 2. 2  布里淵閡值                  
     9. 2. 3  增益飽和                  
     9. 2. 4  實驗結果                  
     9. 3  動態(tài)特性                  
     9. 3. 1  耦合振幅方程                  
     9. 3. 2  弛豫振蕩                  
     9. 3. 3  調制不穩(wěn)定性                  
     9. 3. 4  瞬態(tài)區(qū)域                  
     9. 4  光纖布里淵激光器                  
     9. 4. 1  CW運轉方式                  
     9. 4. 2  脈沖運轉方式                  
     9. 5  SBS的應用                  
     9. 5. 1  光纖布里淵放大器                  
     9. 5. 2  光纖傳感器                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第10章  參量過程                  
     10. 1  四波混頻的起源                  
     10. 2  四波混頻理論                  
     10. 2. 1  耦合振幅方程                  
     10. 2. 2  耦合振幅方程的近似解                  
     10. 2. 3  相位匹配效應                  
     10. 2. 4  超快四波混頻過程                  
     10. 3  相位匹配技術                  
     10. 3. 1  物理機制                  
     10. 3. 2  多模光纖中的相位匹配                  
     10. 3. 3  單模光纖中的相位匹配                  
     10. 3. 4  雙折射光纖中的相位匹配                  
     10. 4  參量放大                  
     10. 4. 1  放大器增益和帶寬                  
     10. 4. 2  泵浦損耗                  
     10. 4. 3  參量放大器                  
     10. 4. 4  參量振蕩器                  
     10. 5  FWM的應用                  
     10. 5. 1  波長變換                  
     10. 5. 2  相位共軛                  
     10. 5. 3  壓縮態(tài)                  
     10. 5. 4  超連續(xù)譜的產生                  
     10. 6  二次諧波的產生                  
     10. 6. 1  實驗結果                  
     10. 6. 2  物理機制                  
     10. 6. 3  簡單理論                  
     10. 6. 4  準相位匹配技術                  
     習題                  
     參考文獻                  
     下篇  應用篇                  
 第1章  光纖光柵                  
     1. 1  基本概念                  
     1. 1. 1  布拉格衍射                  
     1. 1. 2  光敏性                  
     1. 2  制作技術                  
     1. 2. 1  駐波法                  
     1. 2. 2  全息相干法                  
     1. 2. 3  相位掩膜技術                  
     1. 2. 4  逐點寫入技術                  
     1. 3  光柵特性                  
     1. 3. 1  耦合模方程                  
     1. 3. 2  線性情況下連續(xù)波的解                  
     1. 3. 3  光子帶隙(禁帶)                  
     1. 3. 4  光柵濾波器                  
     1. 3. 5  實驗驗證                  
     1. 4  連續(xù)波的非線性效應                  
     1. 4. 1  非線性色散曲線                  
     1. 4. 2  光學雙穩(wěn)態(tài)                  
     1. 5  調制的不穩(wěn)定性                  
     1. 5. 1  線性穩(wěn)定性分析                  
     1. 5. 2  有效NLS方程                  
     1. 5. 3  實驗結論                  
     1. 6  非線性脈沖傳播                  
     1. 6. 1  布拉格孤子                  
     1. 6. 2  NLS孤子                  
     1. 6. 3  布拉格孤子的形成                  
     1. 6. 4  非線性開關                  
     1. 6. 5  雙折射效應                  
     1. 7  周期相關結構                  
     1. 7. 1  長周期光柵                  
     1. 7. 2  非均勻布拉格光柵                  
     1. 7. 3  光子晶體光纖                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第2章  光纖耦合器                  
     2. 1  耦合器特性                  
     2. 1. 1  耦合模方程                  
     2. 1. 2  低能量光束                  
     2. 1. 3  線性脈沖開關                  
     2. 2  非線性效應                  
     2. 2. 1  準連續(xù)開關                  
     2. 2. 2  實驗結果                  
     2. 2. 3  非線性超模                  
     2. 2. 4  調制不穩(wěn)定性                  
     2. 3  超短脈沖的傳播                  
     2. 3. 1  光脈沖的線性開關                  
     2. 3. 2  變分法                  
     2. 4  耦合對孤子                  
     2. 5  推廣和應用                  
     2. 5. 1  非對稱耦合器                  
     2. 5. 2  有源耦合器                  
     2. 5. 3  光柵輔助耦臺器                  
     2. 5. 4  雙折射精合器                  
     2. 5. 5  多芯耦合器                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第3章  光纖干涉儀                  
     3. 1  法布里一珀羅諧振腔和環(huán)形諧振腔                  
     3. 1. 1  傳輸諧振                  
     3. 1. 2  光學雙穩(wěn)態(tài)                  
     3. 1. 3  非線性動力學和混沌                  
     3. 1. 4  調制不穩(wěn)定性                  
     3. 1. 5  超快非線性效應                  
     3. 2  薩格納克干涉儀                  
     3. 2. 1  非線性傳輸特性                  
     3. 2. 2  非線性開關                  
     3. 2. 3  應用                  
     3. 3  馬赫一曾德爾干涉儀                  
     3. 3. 1  非線性特性                  
     3. 3. 2  應用                  
     3. 4  邁克耳孫干涉儀                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第4章  光纖放大器                  
     4. 1  基本概念                  
     4. 1. 1  泵浦和增益系數                  
     4. 1. 2  放大器增益和帶寬                  
     4. 1. 3  放大器噪聲                  
     4. 2  摻鉺光纖放大器                  
     4. 2. 1  增益譜                  
     4. 2. 2  放大器增益                  
     4. 2. 3  放大器噪聲                  
     4. 3  色散和非線性效應                  
     4. 3. 1  Maxwell—Bloch方程                  
     4. 3. 2  Ginzburg-Landau方程                  
     4. 4  調制不穩(wěn)定性                  
     4. 4. 1  分布放大                  
     4. 4. 2  周期性集總放大                  
     4. 4. 3  噪聲放大                  
     4. 5  光孤子                  
     4. 5. 1  自孤子                  
     4. 5. 2  Maxwell—Bloch孤子                  
     4. 6  脈沖放大                  
     4. 6. 1  皮秒脈沖                  
     4. 6. 2  超短脈沖                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第5章  光纖激光器                  
     5. 1  基本概念                  
     5. 1. 1  泵浦和光增益                  
     5. 1. 2  腔形設計                  
     5. 1. 3  激光器閾值和輸出功率                  
     5. 2  連續(xù)工作光纖激光器                  
     5. 2. 1  摻釹光纖激光器                  
     5. 2. 2  摻餌光纖激光器                  
     5. 2. 3  其他光纖激光器                  
     5. 2. 4  自脈沖和混沌                  
     5. 3  短脈沖激光器                  
     5. 3. 1  鎖模的物理機制                  
     5. 3. 2  主動鎖模                  
     5. 3. 3  諧波鎖模                  
     5. 3. 4  其他主動鎖模技術                  
     5. 4  被動鎖模                  
     5. 4. 1  可飽和吸收體                  
     5. 4. 2  非線性光纖環(huán)形鏡                  
     5. 4. 3  非線性偏振旋轉效應                  
     5. 4. 4  混合鎖模                  
     5. 4. 5  其他鎖模技術                  
     5. 5  光纖非線性和色散的作用                  
     5. 5. 1  可飽和吸收體鎖模                  
     5. 5. 2  加成脈沖鎖模                  
     5. 5. 3  光譜邊帶                  
     5. 5. 4  偏振效應                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第6章  光脈沖壓縮                  
     6. 1  物理機制                  
     6. 2  光柵對                  
     6. 2. 1  光柵對                  
     6. 2. 2  壓縮器的優(yōu)化設計                  
     6. 2. 3  實際限制                  
     6. 2. 4  實驗結果                  
     6. 3  孤子效應壓縮器                  
     6. 3. 1  壓縮器的優(yōu)化                  
     6. 3. 2  實驗結果                  
     6. 3. 3  高階非線性效應                  
     6. 4  光纖布拉格光柵                  
     6. 4. 1  作為小型色散元件的光柵                  
     6. 4. 2  光柵引起的非線性凋瞅                  
     6. 4. 3  布拉格孤子壓縮器                  
     6. 5  凋瞅脈沖放大                  
     6. 6  色散漸減光纖                  
     6. 6. 1  壓縮機制                  
     6. 6. 2  實驗結果                  
     6. 7  其他壓縮技術                  
     6. 7. 1  交叉相位調制                  
     6. 7. 2  增益開關半導體激光器                  
     6. 7. 3  光放大器                  
     6. 7. 4  光纖耦合器和干涉儀                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第7章  光纖光學通信                  
     7. 1  系統基礎                  
     7. 1. 1  損耗管理                  
     7. 1. 2  色散管理                  
     7. 2  受激布里淵散射                  
     7. 2. 1  布里淵閡值                  
     7. 2. 2  SBS控制                  
     7. 3  受激拉曼散射                  
     7. 3. 1  拉曼竄擾                  
     7. 3. 2  功率罰                  
     7. 4  自相位調制                  
     7. 4. 1  SPM致頻率凋瞅                  
     7. 4. 2  損耗和色散管理                  
     7. 5  交叉相位調制                  
     7. 5. 1  XPM致相移                  
     7. 5. 2  功率罰                  
     7. 6  四波混頻                  
     7. 6. 1  FWM效率                  
     7. 6. 2  FWM致竄擾                  
     7. 7  系統設計                  
     7. 7. 1  數值模型                  
     7. 7. 2  設計問題                  
     7. 7. 3  系統性能                  
     習題                  
     參考文獻                  
 第8章  孤子光波系統                  
     8. 1  基本概念                  
     8. 1. 1  孤子的性質                  
     8. 1. 2  孤子比特流                  
     8. 1. 3  孤子互作用                  
     8. 1. 4  光纖損耗效應                  
     8. 2  損耗管理孤子                  
     8. 2. 1  集總放大                  
     8. 2. 2  分布放大                  
     8. 2. 3  凋嗽孤子                  
     8. 3  放大器噪聲                  
     8. 3. 1  ASE致波動                  
     8. 3. 2  定時抖動                  
     8. 3. 3  定時抖動的控制                  
     8. 3. 4  實驗結果                  
     8. 4  色散管理孤子                  
     8. 4. 1  色散漸減光纖                  
     8. 4. 2  周期色散圖                  
     8. 5  WDM孤子系統                  
     8. 5. 1  信道間碰撞                  
     8. 5. 2  集總放大效應                  
     8. 5. 3  定時抖動                  
     8. 5. 4  色散管理                  
     習題                  
     參考文獻                  
 附錄A  分貝單位                  
 附錄B  非線性折射宰                  
 附錄C  誤碼率