非线性光纤光学原理及应用

上篇  原理篇                  
 第1章  导论                  
     1. 1  历史的回顾                  
     1. 2  光纤的基本特性                  
     1. 2. 1  材料和制造                  
     1. 2. 2  光纤损耗                  
     1. 2. 3  光纤色散                  
     1. 2. 4  偏振模色散                  
     1. 3  光纤的非线性的特性                  
     1. 3. 1  非线性折射率                  
     1. 3. 2  受激非弹性散射                  
     1. 3. 3  非线性效应的重要性                  
     1. 4  综述                  
     习题                  
     参考文献                  
 第2章  脉冲在光纤中的传输                  
     2. 1  麦克斯韦方程组                  
     2. 2  光纤中的模式                  
     2. 2. 1  本征值方程                  
     2. 2. 2  单模条件                  
     2. 2. 3  基模特性                  
     2. 3  基本传输方程                  
     2. 3. 1  非线性脉冲传输                  
     2. 3. 2  高阶非线性效应                  
     2. 4  数值方法                  
     2. 4. 1  分步傅里叶方法                  
     2. 4. 2  有限差分法                  
     习题                  
     参考文献                  
 第3章  群速度色散                  
     3. 1  不同的传输区域                  
     3. 2  色散引起的脉冲展宽                  
     3. 2. 1  高斯脉冲                  
     3. 2. 2  啁啾高斯脉冲                  
     3. 2. 3  双曲正割脉冲                  
     3. 2. 4  超高斯脉冲                  
     3. 2. 5  实验结果                  
     3. 3  三阶色散效应                  
     3. 3. 1  脉冲形状的变化                  
     3. 3. 2  展宽因子                  
     3. 3. 3  任意形状脉冲                  
     3. 3. 4  超短脉冲测量                  
     3. 4  色散管理                  
     3. 4. 1  GVD引起的限制                  
     3. 4. 2  色散补偿                  
     3. 4. 3  三阶色散补偿                  
     习题                  
     参考文献                  
 第4章  自相位调制                  
     4. 1  SPM导致脉冲频谱展宽                  
     4. 1. 1  非线性相移                  
     4. 1. 2  脉冲频谱的变化                  
     4. 1. 3  脉冲形状和初始啁啾的影响                  
     4. 1. 4  部分相干的影响                  
     4. 2  群速度色散的影响                  
     4. 2. 1  脉冲演化                  
     4. 2. 2  展宽因子                  
     4. 2. 3  光波分裂                  
     4. 2. 4  实验结果                  
     4. 2. 5  三阶色散的影响                  
     4. 3  高阶非线性效应                  
     4. 3. 1  自陡效应                  
     4. 3. 2  GVD对光学冲击的影响                  
     4. 3. 3  脉冲内拉曼散射                  
     习题                  
     参考文献                  
 第5章  光孤子                  
     5. 1  调制不稳定性                  
     5. 1. 1  线性稳定性分析                  
     5. 1. 2  增益谱                  
     5. 1. 3  实验观察                  
     5. 1. 4  超短脉冲产生                  
     5. 1. 5  调制不稳定性对光通信系统的影响                  
     5. 2  光孤子                  
     5. 2. 1  逆散射方法                  
     5. 2. 2  基态孤子                  
     5. 2. 3  高阶孤子                  
     5. 2. 4  实验验证                  
     5. 2. 5  孤子稳定性                  
     5. 3  其他类型的孤子                  
     5. 3. 1  暗孤子                  
     5. 3. 2  色散管理孤子                  
     5. 3. 3  双稳孤子                  
     5. 4  孤子扰动                  
     5. 4. 1  微扰方法                  
     5. 4. 2  光纤损耗                  
     5. 4. 3  孤子放大                  
     5. 4. 4  孤子互作用                  
     5. 5  高阶效应                  
     5. 5. 1  三阶色散                  
     5. 5. 2  自陡效应                  
     5. 5. 3  脉冲内拉曼散射                  
     5. 5. 4  飞秒脉冲的传输                  
     习题                  
     参考文献                  
 第6章  偏振效应                  
     6. 1  非线性双折射                  
     6. 1. 1  非线性双折射的起因                  
     6. 1. 2  耦合模方程                  
     6. 1. 3  椭圆双折射光纤                  
     6. 2  非线性相移                  
     6. 2. 1  无色散交叉相位调制                  
     6. 2. 2  光克尔效应                  
     6. 2. 3  脉冲整形                  
     6. 3  偏振态的演变                  
     6. 3. 1  解析解                  
     6. 3. 2  庞加莱球表示法                  
     6. 3. 3  偏振不稳定性                  
     6. 3. 4  偏振混沌                  
     6. 4  矢量调制不稳定性                  
     6. 4. 1  低双折射光纤                  
     6. 4. 2  高双折射光纤                  
     6. 4. 3  各向同性光纤                  
     6. 4. 4  实验结果                  
     6. 5  双折射和孤子                  
     6. 5. 1  低双折射光纤                  
     6. 5. 2  高双折射光纤                  
     6. 5. 3  孤子牵引逻辑门                  
     6. 5. 4  矢量孤子                  
     6. 6  随机双折射                  
     6. 6. 1  偏振模色散                  
     6. 6. 2  孤子偏振态                  
     习题                  
     参考文献                  
 第7章  交叉相位调制                  
     7. 1  交叉相位调制引起的非线性耦合                  
     7. 1. 1  非线性折射率                  
     7. 1. 2  藕合NLS方程                  
     7. 1. 3  光在双折射光纤中的传输                  
     7. 2  交叉相位调制引起的调制不稳定性                  
     7. 2. 1  线性稳定性分析                  
     7. 2. 2  实验结果                  
     7. 3  XPM对孤子                  
     7. 3. 1  亮一暗孤子对                  
     7. 3. 2  亮一灰孤子对                  
     7. 3. 3  其他孤子对                  
     7. 4  频域和时域效应                  
     7. 4. 1  不对称频谱展宽                  
     7. 4. 2  不对称时域变化                  
     7. 4. 3  高阶非线性效应                  
     7. 5  XPM的应用                  
     7. 5. 1  XPM引起的脉冲压缩                  
     7. 5. 2  XPM引起的光开关效应                  
     7. 5. 3  XPM引起的非互易性                  
     习题                  
     参考文献                  
 第8章  受激拉曼散射                  
     8. 1  基本概念                  
     8. 1. 1  拉曼增益谱                  
     8. 1. 2  拉曼阂值                  
     8. 1. 3  耦合振幅方程组                  
     8. 2  准连续波受激拉曼散射                  
     8. 2. 1  单通拉曼的产生                  
     8. 2. 2  光纤拉曼激光器                  
     8. 2. 3  光纤拉曼放大器                  
     8. 2. 4  拉曼窜扰                  
     8. 3  短泵浦脉冲的SRS                  
     8. 3. 1  脉冲传输方程                  
     8. 3. 2  无色散情形                  
     8. 3. 3  GVD的影响                  
     8. 3. 4  实验结果                  
     8. 3. 5  同步泵浦光纤拉曼激光器                  
     8. 4  SBS中的孤子效应                  
     8. 4. 1  光纤拉曼孤子                  
     8. 4. 2  光纤拉曼孤子激光器                  
     8. 4. 3  孤子效应脉冲压缩                  
     8. 5  四波混频的影响                  
     习题                  
     参考文献                  
 第9章  受激布里渊散射                  
     9. 1  基本概念                  
     9. 1. 1  SBS的物理过程                  
     9. 1. 2  布里渊增益谱                  
     9. 2  准连续波SBS过程                  
     9. 2. 1  精合强度方程                  
     9. 2. 2  布里渊阂值                  
     9. 2. 3  增益饱和                  
     9. 2. 4  实验结果                  
     9. 3  动态特性                  
     9. 3. 1  耦合振幅方程                  
     9. 3. 2  弛豫振荡                  
     9. 3. 3  调制不稳定性                  
     9. 3. 4  瞬态区域                  
     9. 4  光纤布里渊激光器                  
     9. 4. 1  CW运转方式                  
     9. 4. 2  脉冲运转方式                  
     9. 5  SBS的应用                  
     9. 5. 1  光纤布里渊放大器                  
     9. 5. 2  光纤传感器                  
     习题                  
     参考文献                  
 第10章  参量过程                  
     10. 1  四波混频的起源                  
     10. 2  四波混频理论                  
     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  相位匹配效应                  
     10. 2. 4  超快四波混频过程                  
     10. 3  相位匹配技术                  
     10. 3. 1  物理机制                  
     10. 3. 2  多模光纤中的相位匹配                  
     10. 3. 3  单模光纤中的相位匹配                  
     10. 3. 4  双折射光纤中的相位匹配                  
     10. 4  参量放大                  
     10. 4. 1  放大器增益和带宽                  
     10. 4. 2  泵浦损耗                  
     10. 4. 3  参量放大器                  
     10. 4. 4  参量振荡器                  
     10. 5  FWM的应用                  
     10. 5. 1  波长变换                  
     10. 5. 2  相位共轭                  
     10. 5. 3  压缩态                  
     10. 5. 4  超连续谱的产生                  
     10. 6  二次谐波的产生                  
     10. 6. 1  实验结果                  
     10. 6. 2  物理机制                  
     10. 6. 3  简单理论                  
     10. 6. 4  准相位匹配技术                  
     习题                  
     参考文献                  
     下篇  应用篇                  
 第1章  光纤光栅                  
     1. 1  基本概念                  
     1. 1. 1  布拉格衍射                  
     1. 1. 2  光敏性                  
     1. 2  制作技术                  
     1. 2. 1  驻波法                  
     1. 2. 2  全息相干法                  
     1. 2. 3  相位掩膜技术                  
     1. 2. 4  逐点写入技术                  
     1. 3  光栅特性                  
     1. 3. 1  耦合模方程                  
     1. 3. 2  线性情况下连续波的解                  
     1. 3. 3  光子带隙(禁带)                  
     1. 3. 4  光栅滤波器                  
     1. 3. 5  实验验证                  
     1. 4  连续波的非线性效应                  
     1. 4. 1  非线性色散曲线                  
     1. 4. 2  光学双稳态                  
     1. 5  调制的不稳定性                  
     1. 5. 1  线性稳定性分析                  
     1. 5. 2  有效NLS方程                  
     1. 5. 3  实验结论                  
     1. 6  非线性脉冲传播                  
     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  非线性开关                  
     1. 6. 5  双折射效应                  
     1. 7  周期相关结构                  
     1. 7. 1  长周期光栅                  
     1. 7. 2  非均匀布拉格光栅                  
     1. 7. 3  光子晶体光纤                  
     习题                  
     参考文献                  
 第2章  光纤耦合器                  
     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  线性脉冲开关                  
     2. 2  非线性效应                  
     2. 2. 1  准连续开关                  
     2. 2. 2  实验结果                  
     2. 2. 3  非线性超模                  
     2. 2. 4  调制不稳定性                  
     2. 3  超短脉冲的传播                  
     2. 3. 1  光脉冲的线性开关                  
     2. 3. 2  变分法                  
     2. 4  耦合对孤子                  
     2. 5  推广和应用                  
     2. 5. 1  非对称耦合器                  
     2. 5. 2  有源耦合器                  
     2. 5. 3  光栅辅助耦台器                  
     2. 5. 4  双折射精合器                  
     2. 5. 5  多芯耦合器                  
     习题                  
     参考文献                  
 第3章  光纤干涉仪                  
     3. 1  法布里一珀罗谐振腔和环形谐振腔                  
     3. 1. 1  传输谐振                  
     3. 1. 2  光学双稳态                  
     3. 1. 3  非线性动力学和混沌                  
     3. 1. 4  调制不稳定性                  
     3. 1. 5  超快非线性效应                  
     3. 2  萨格纳克干涉仪                  
     3. 2. 1  非线性传输特性                  
     3. 2. 2  非线性开关                  
     3. 2. 3  应用                  
     3. 3  马赫一曾德尔干涉仪                  
     3. 3. 1  非线性特性                  
     3. 3. 2  应用                  
     3. 4  迈克耳孙干涉仪                  
     习题                  
     参考文献                  
 第4章  光纤放大器                  
     4. 1  基本概念                  
     4. 1. 1  泵浦和增益系数                  
     4. 1. 2  放大器增益和带宽                  
     4. 1. 3  放大器噪声                  
     4. 2  掺铒光纤放大器                  
     4. 2. 1  增益谱                  
     4. 2. 2  放大器增益                  
     4. 2. 3  放大器噪声                  
     4. 3  色散和非线性效应                  
     4. 3. 1  Maxwell—Bloch方程                  
     4. 3. 2  Ginzburg-Landau方程                  
     4. 4  调制不稳定性                  
     4. 4. 1  分布放大                  
     4. 4. 2  周期性集总放大                  
     4. 4. 3  噪声放大                  
     4. 5  光孤子                  
     4. 5. 1  自孤子                  
     4. 5. 2  Maxwell—Bloch孤子                  
     4. 6  脉冲放大                  
     4. 6. 1  皮秒脉冲                  
     4. 6. 2  超短脉冲                  
     习题                  
     参考文献                  
 第5章  光纤激光器                  
     5. 1  基本概念                  
     5. 1. 1  泵浦和光增益                  
     5. 1. 2  腔形设计                  
     5. 1. 3  激光器阈值和输出功率                  
     5. 2  连续工作光纤激光器                  
     5. 2. 1  掺钕光纤激光器                  
     5. 2. 2  掺饵光纤激光器                  
     5. 2. 3  其他光纤激光器                  
     5. 2. 4  自脉冲和混沌                  
     5. 3  短脉冲激光器                  
     5. 3. 1  锁模的物理机制                  
     5. 3. 2  主动锁模                  
     5. 3. 3  谐波锁模                  
     5. 3. 4  其他主动锁模技术                  
     5. 4  被动锁模                  
     5. 4. 1  可饱和吸收体                  
     5. 4. 2  非线性光纤环形镜                  
     5. 4. 3  非线性偏振旋转效应                  
     5. 4. 4  混合锁模                  
     5. 4. 5  其他锁模技术                  
     5. 5  光纤非线性和色散的作用                  
     5. 5. 1  可饱和吸收体锁模                  
     5. 5. 2  加成脉冲锁模                  
     5. 5. 3  光谱边带                  
     5. 5. 4  偏振效应                  
     习题                  
     参考文献                  
 第6章  光脉冲压缩                  
     6. 1  物理机制                  
     6. 2  光栅对                  
     6. 2. 1  光栅对                  
     6. 2. 2  压缩器的优化设计                  
     6. 2. 3  实际限制                  
     6. 2. 4  实验结果                  
     6. 3  孤子效应压缩器                  
     6. 3. 1  压缩器的优化                  
     6. 3. 2  实验结果                  
     6. 3. 3  高阶非线性效应                  
     6. 4  光纤布拉格光栅                  
     6. 4. 1  作为小型色散元件的光栅                  
     6. 4. 2  光栅引起的非线性凋瞅                  
     6. 4. 3  布拉格孤子压缩器                  
     6. 5  凋瞅脉冲放大                  
     6. 6  色散渐减光纤                  
     6. 6. 1  压缩机制                  
     6. 6. 2  实验结果                  
     6. 7  其他压缩技术                  
     6. 7. 1  交叉相位调制                  
     6. 7. 2  增益开关半导体激光器                  
     6. 7. 3  光放大器                  
     6. 7. 4  光纤耦合器和干涉仪                  
     习题                  
     参考文献                  
 第7章  光纤光学通信                  
     7. 1  系统基础                  
     7. 1. 1  损耗管理                  
     7. 1. 2  色散管理                  
     7. 2  受激布里渊散射                  
     7. 2. 1  布里渊阂值                  
     7. 2. 2  SBS控制                  
     7. 3  受激拉曼散射                  
     7. 3. 1  拉曼窜扰                  
     7. 3. 2  功率罚                  
     7. 4  自相位调制                  
     7. 4. 1  SPM致频率凋瞅                  
     7. 4. 2  损耗和色散管理                  
     7. 5  交叉相位调制                  
     7. 5. 1  XPM致相移                  
     7. 5. 2  功率罚                  
     7. 6  四波混频                  
     7. 6. 1  FWM效率                  
     7. 6. 2  FWM致窜扰                  
     7. 7  系统设计                  
     7. 7. 1  数值模型                  
     7. 7. 2  设计问题                  
     7. 7. 3  系统性能                  
     习题                  
     参考文献                  
 第8章  孤子光波系统                  
     8. 1  基本概念                  
     8. 1. 1  孤子的性质                  
     8. 1. 2  孤子比特流                  
     8. 1. 3  孤子互作用                  
     8. 1. 4  光纤损耗效应                  
     8. 2  损耗管理孤子                  
     8. 2. 1  集总放大                  
     8. 2. 2  分布放大                  
     8. 2. 3  凋嗽孤子                  
     8. 3  放大器噪声                  
     8. 3. 1  ASE致波动                  
     8. 3. 2  定时抖动                  
     8. 3. 3  定时抖动的控制                  
     8. 3. 4  实验结果                  
     8. 4  色散管理孤子                  
     8. 4. 1  色散渐减光纤                  
     8. 4. 2  周期色散图                  
     8. 5  WDM孤子系统                  
     8. 5. 1  信道间碰撞                  
     8. 5. 2  集总放大效应                  
     8. 5. 3  定时抖动                  
     8. 5. 4  色散管理                  
     习题                  
     参考文献                  
 附录A  分贝单位                  
 附录B  非线性折射宰                  
 附录C  误码率