非線性光纖光學(xué)原理及應(yīng)用

內(nèi)容概要

光纖是20世紀(jì)的重大發(fā)明之一，其導(dǎo)光性能臻于完美，很難想像還會有更好的替代者。本書是光學(xué)、光子學(xué)和光通信領(lǐng)域的重要譯著，分原理篇和應(yīng)用篇兩部分。原理篇包括光傳輸方程、群速度色散、自相位調(diào)制、調(diào)制不穩(wěn)定性和光孤子、偏振效應(yīng)、交叉相位調(diào)制、受激散射和光參量過程等內(nèi)容，科學(xué)歸納為非線性光纖光學(xué)，側(cè)重于基本概念和原理。應(yīng)用篇內(nèi)容包括光纖光柵、光纖耦合器，各種光纖干涉儀、光纖放大器和光纖激光器，光脈沖壓縮技術(shù)，以及有關(guān)光纖通信系統(tǒng)和孤子波系統(tǒng)中的傳輸問題，體現(xiàn)了非線性光纖光學(xué)在光波技術(shù)、光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。    全書理論嚴(yán)謹(jǐn)，處處結(jié)合實際例證，特別是緊密結(jié)合光通信領(lǐng)域的新成果與新問題，圖文并茂，說清講透，且各章都附有習(xí)題。本書適合作為光學(xué)、物理學(xué)、電子工程等專業(yè)的本科生和研究生教學(xué)用書，同時對從事光通信產(chǎn)業(yè)的工程技術(shù)人員和從事光纖光學(xué)、非線性光學(xué)領(lǐng)域研究的科技人員來說也是一本非常有用的參考書。

作者簡介

　　Govind P.Agrawal：美國Rochester大學(xué)教授，在激光物理、非線性光學(xué)和光纖通信領(lǐng)域論著頗豐。

書籍目錄

上篇  原理篇  第1章  導(dǎo)論(3)    1.1  歷史的回顧(4)    1.2  光纖的基本特性(4)        1.2.1  材料和制造(5)        1.2.2  光纖損耗(6)        1.2.3  光纖色散(7)        1.2.4  偏振模色散(10)    1.3  光纖的非線性的特性(13)        1.3.1  非線性折射率(13)        1.3.2  受激非彈性散射(14)        1.3.3  非線性效應(yīng)的重要性(15)    1.4  綜述(15)    習(xí)題(17)    參考文獻(xiàn)(17)第2章  脈沖在光纖中的傳輸(21)    2.1  麥克斯韋方程組(22)    2.2  光纖中的模式(23)        2.2.1  本征值方程(23)        2.2.2  單模條件(25)        2.2.3  基模特性(25)    2.3  基本傳輸方程(26)        2.3.1  非線性脈沖傳輸(27)            2.3.2  高階非線性效應(yīng)(30)    2.4  數(shù)值方法(33)        2.4.1  分步傅里葉方法(34)        2.4.2  有限差分法(36)    習(xí)題(36)    參考文獻(xiàn)(37)第3章  群速度色散(41)    3.1  不同的傳輸區(qū)域(42)    3.2  色散引起的脈沖展寬(43)        3.2.1  高斯脈沖(44)            3.2.2  啁啾高斯脈沖(45)        3.2.3  雙曲正割脈沖(46)        3.2.4  超高斯脈沖(47)        3.2.5  實驗結(jié)果(48)    3.3  三階色散效應(yīng)(49)            3.3.1  脈沖形狀的變化(50)        3.3.2  展寬因子(51)            3.3.3  任意形狀脈沖(53)        3.3.4  超短脈沖測量(55)    3.4  色散管理(55)            3.4.1  GVD引起的限制(55)        3.4.2  色散補償(57)            3.4.3  三階色散補償(58)    習(xí)題(59)    參考文獻(xiàn)(60)第4章  自相位調(diào)制(63)    4.1  SPM導(dǎo)致脈沖頻譜展寬(64)        4.1.1  非線性相移(64)        4.1.2  脈沖頻譜的變化(65)        4.1.3  脈沖形狀和初始啁啾的影響(68)        4.1.4  部分相干的影響(69)    4.2  群速度色散的影響(70)        4.2.1  脈沖演化(71)        4.2.2  展寬因子(73)        4.2.3  光波分裂(74)        4.2.4  實驗結(jié)果(76)        4.2.5  三階色散的影響(77)    4.3  高階非線性效應(yīng)(79)        4.3.1  自陡效應(yīng)(79)        4.3.2  GVD對光學(xué)沖擊的影響(81)        4.3.3  脈沖內(nèi)拉曼散射(82)    習(xí)題(83)    參考文獻(xiàn)(84)第5章  光孤子(87)    5.1  調(diào)制不穩(wěn)定性(88)        5.1.1  線性穩(wěn)定性分析(88)        5.1.2  增益譜(89)        5.1.3  實驗觀察(90)        5.1.4  超短脈沖產(chǎn)生(91)        5.1.5  調(diào)制不穩(wěn)定性對光通信系統(tǒng)的影響(92)    5.2  光孤子(94)        5.2.1  逆散射方法(94)        5.2.2  基態(tài)孤子(96)        5.2.3  高階孤子(97)        5.2.4  實驗驗證(98)        5.2.5  孤子穩(wěn)定性(100)    5.3  其他類型的孤子(101)        5.3.1  暗孤子(101)        5.3.2  色散管理孤子(104)        5.3.3  雙穩(wěn)孤子(104)    5.4  孤子擾動(106)        5.4.1  微擾方法(106)        5.4.2  光纖損耗(107)        5.4.3  孤子放大(108)        5.4.4  孤子互作用(111)    5.5  高階效應(yīng)(114)        5.5.1  三階色散(114)        5.5.2  自陡效應(yīng)(115)        5.5.3  脈沖內(nèi)拉曼散射(117)            5.5.4  飛秒脈沖的傳輸(119)    習(xí)題(121)    參考文獻(xiàn)(121)第6章  偏振效應(yīng)(129)    6.1  非線性雙折射(130)        6.1.1  非線性雙折射的起因(130)        6.1.2  耦合模方程(131)        6.1.3  橢圓雙折射光纖(132)    6.2  非線性相移(133)        6.2.1  無色散交叉相位調(diào)制(133)        6.2.2  光克爾效應(yīng)(134)        6.2.3  脈沖整形(137)    6.3  偏振態(tài)的演變(138)        6.3.1  解析解(139)        6.3.2  龐加萊球表示法(140)        6.3.3  偏振不穩(wěn)定性(142)        6.3.4  偏振混沌(144)    6.4  矢量調(diào)制不穩(wěn)定性(144)        6.4.1  低雙折射光纖(145)        6.4.2  高雙折射光纖(146)        6.4.3  各向同性光纖(148)        6.4.4  實驗結(jié)果(149)    6.5  雙折射和孤子(150)        6.5.1  低雙折射光纖(150)        6.5.2  高雙折射光纖(151)        6.5.3  孤子牽引邏輯門(153)        6.5.4  矢量孤子(153)    6.6  隨機雙折射(155)        6.6.1  偏振模色散(155)        6.6.2  孤子偏振態(tài)(156)    習(xí)題(158)    參考文獻(xiàn)(158)第7章  交叉相位調(diào)制(164)    7.1  交叉相位調(diào)制引起的非線性耦合(165)        7.1.1  非線性折射率(165)        7.1.2  耦合NLS方程(166)        7.1.3  光在雙折射光纖中的傳輸(167)    7.2  交叉相位調(diào)制引起的調(diào)制不穩(wěn)定性(167)        7.2.1  線性穩(wěn)定性分析(167)        7.2.2  實驗結(jié)果(169)    7.3  XPM對孤子(170)        7.3.1  亮—暗孤子對(170)        7.3.2  亮—灰孤子對(171)        7.3.3  其他孤子對(171)    7.4  頻域和時域效應(yīng)(172)        7.4.1  不對稱頻譜展寬(173)        7.4.2  不對稱時域變化(176)        7.4.3  高階非線性效應(yīng)(178)    7.5  XPM的應(yīng)用(179)        7.5.1  XPM引起的脈沖壓縮(179)        7.5.2  XPM引起的光開關(guān)效應(yīng)(181)        7.5.3  XPM引起的非互易性(182)    習(xí)題(183)    參考文獻(xiàn)(184)第8章  受激拉曼散射(187)    8.1  基本概念(188)        8.1.1  拉曼增益譜(188)        8.1.2  拉曼閾值(189)        8.1.3  耦合振幅方程組(191)    8.2  準(zhǔn)連續(xù)波受激拉曼散射(192)        8.2.1  單通拉曼的產(chǎn)生(192)        8.2.2  光纖拉曼激光器(194)        8.2.3  光纖拉曼放大器(195)        8.2.4  拉曼竄擾(199)    8.3  短泵浦脈沖的SRS(200)        8.3.1  脈沖傳輸方程(200)        8.3.2  無色散情形(201)        8.3.3  GVD的影響(202)        8.3.4  實驗結(jié)果(204)        8.3.5  同步泵浦光纖拉曼激光器(207)    8.4  SRS中的孤子效應(yīng)(208)        8.4.1  光纖拉曼孤子(208)        8.4.2  光纖拉曼孤子激光器(211)            8.4.3  孤子效應(yīng)脈沖壓縮(212)    8.5  四波混頻的影響(213)    習(xí)題(214)    參考文獻(xiàn)(215)  第9章  受激布里淵散射(222)    9.1  基本概念(223)        9.1.1  SBS的物理過程(223)        9.1.2  布里淵增益譜(223)    9.2  準(zhǔn)連續(xù)波SBS過程(225)        9.2.1  耦合強度方程(225)        9.2.2  布里淵閾值(226)        9.2.3  增益飽和(226)        9.2.4  實驗結(jié)果(228)    9.3  動態(tài)特性(230)        9.3.1  耦合振幅方程(230)        9.3.2  弛豫振蕩(231)        9.3.3  調(diào)制不穩(wěn)定性(232)        9.3.4  瞬態(tài)區(qū)域(233)    9.4  光纖布里淵激光器(234)            9.4.1  CW運轉(zhuǎn)方式(235)        9.4.2  脈沖運轉(zhuǎn)方式(236)    9.5  SBS的應(yīng)用(238)        9.5.1  光纖布里淵放大器(238)        9.5.2  光纖傳感器(239)    習(xí)題(240)    參考文獻(xiàn)(240)第10章  參量過程(244)    10.1  四波混頻的起源(245)    10.2  四波混頻理論(246)        10.2.1  耦合振幅方程(246)        10.2.2  耦合振幅方程的近似解(247)        10.2.3  相位匹配效應(yīng)(248)        10.2.4  超快四波混頻過程(249)    10.3  相位匹配技術(shù)(250)        10.3.1  物理機制(250)        10.3.2  多模光纖中的相位匹配(251)        10.3.3  單模光纖中的相位匹配(253)        10.3.4  雙折射光纖中的相位匹配(256)    10.4  參量放大(258)        10.4.1  放大器增益和帶寬(258)        10.4.2  泵浦損耗(259)        10.4.3  參量放大器(260)        10.4.4  參量振蕩器(261)    10.5  FWM的應(yīng)用(262)        10.5.1  波長變換(262)        10.5.2  相位共軛(263)        10.5.3  壓縮態(tài)(264)        10.5.4  超連續(xù)譜的產(chǎn)生(266)    10.6  二次諧波的產(chǎn)生(267)        10.6.1  實驗結(jié)果(267)        10.6.2  物理機制(268)        10.6.3  簡單理論(269)        10.6.4  準(zhǔn)相位匹配技術(shù)(272)    習(xí)題(272)    參考文獻(xiàn)(273)下篇  應(yīng)用篇第1章  光纖光柵(281)    1.1  基本概念(282)        1.1.1  布拉格衍射(282)        1.1.2  光敏性(283)    1.2  制作技術(shù)(283)        1.2.1  駐波法(284)        1.2.2  全息相干法(284)        1.2.3  相位掩膜技術(shù)(285)        1.2.4  逐點寫入技術(shù)(286)    1.3  光柵特性(287)        1.3.1  耦合模方程(287)        1.3.2  線性情況下連續(xù)波的解(288)        1.3.3  光子帶隙（禁帶）(289)        1.3.4  光柵濾波器(290)        1.3.5  實驗驗證(292)    1.4  連續(xù)波的非線性效應(yīng)(293)        1.4.1  非線性色散曲線(294)        1.4.2  光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)(295)    1.5  調(diào)制的不穩(wěn)定性(297)        1.5.1  線性穩(wěn)定性分析(297)        1.5.2  有效NLS方程(298)        1.5.3  實驗結(jié)論(299)    1.6  非線性脈沖傳播(300)        1.6.1  布拉格孤子(300)        1.6.2  NLS孤子(301)        1.6.3  布拉格孤子的形成(302)        1.6.4  非線性開關(guān)(304)        1.6.5  雙折射效應(yīng)(305)    1.7  周期相關(guān)結(jié)構(gòu)(306)        1.7.1  長周期光柵(306)        1.7.2  非均勻布拉格光柵(308)        1.7.3  光子晶體光纖(310)    習(xí)題(311)    參考文獻(xiàn)(312)第2章  光纖耦合器(317)    2.1  耦合器特性(318)        2.1.1  耦合模方程(318)        2.1.2  低能量光束(320)        2.1.3  線性脈沖開關(guān)(322)    2.2  非線性效應(yīng)(323)        2.2.1  準(zhǔn)連續(xù)開關(guān)(323)        2.2.2  實驗結(jié)果(325)        2.2.3  非線性超模(326)        2.2.4  調(diào)制不穩(wěn)定性(327)        2.3  超短脈沖的傳播(329)        2.3.1  光脈沖的線性開關(guān)(330)        2.3.2  變分法(331)    2.4  耦合對孤子(333)    2.5  推廣和應(yīng)用(335)        2.5.1  非對稱耦合器(336)        2.5.2  有源耦合器(337)        2.5.3  光柵輔助耦合器(339)            2.5.4  雙折射耦合器(340)        2.5.5  多芯耦合器(341)    習(xí)題(343)    參考文獻(xiàn)(343)第3章  光纖干涉儀(348)    3.1  法布里—珀羅諧振腔和環(huán)形諧振腔(349)        3.1.1  傳輸諧振(349)        3.1.2  光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)(350)        3.1.3  非線性動力學(xué)和混沌(352)        3.1.4  調(diào)制不穩(wěn)定性(353)        3.1.5  超快非線性效應(yīng)(354)    3.2  薩格納克干涉儀(355)        3.2.1  非線性傳輸特性(356)        3.2.2  非線性開關(guān)(357)        3.2.3  應(yīng)用(360)    3.3  馬赫—曾德爾干涉儀(363)            3.3.1  非線性特性(364)        3.3.2  應(yīng)用(365)    3.4  邁克耳孫干涉儀(366)    習(xí)題(367)    參考文獻(xiàn)(367)第4章  光纖放大器(372)    4.1  基本概念(373)        4.1.1  泵浦和增益系數(shù)(373)        4.1.2  放大器增益和帶寬(374)        4.1.3  放大器噪聲(376)    4.2  摻鉺光纖放大器(376)        4.2.1  增益譜(377)        4.2.2  放大器增益(378)        4.2.3  放大器噪聲(380)    4.3  色散和非線性效應(yīng)(381)        4.3.1  Maxwell?Bloch方程(382)        4.3.2  Ginzburg?Landau方程(382)    4.4  調(diào)制不穩(wěn)定性(384)        4.4.1  分布放大(384)        4.4.2  周期性集總放大(385)        4.4.3  噪聲放大(386)    4.5  光孤子(388)        4.5.1  自孤子(388)        4.5.2  Maxwell?Bloch孤子(390)    4.6  脈沖放大(392)        4.6.1  皮秒脈沖(392)        4.6.2  超短脈沖(394)    習(xí)題(397)    參考文獻(xiàn)(398)第5章  光纖激光器(403)    5.1  基本概念(404)        5.1.1  泵浦和光增益(404)        5.1.2  腔形設(shè)計(405)        5.1.3  激光器閾值和輸出功率(406)    5.2  連續(xù)工作光纖激光器(408)        5.2.1  摻釹光纖激光器(408)        5.2.2  摻鉺光纖激光器(410)        5.2.3  其他光纖激光器(412)        5.2.4  自脈沖和混沌(412)    5.3  短脈沖激光器(414)        5.3.1  鎖模的物理機制(414)        5.3.2  主動鎖模(415)        5.3.3  諧波鎖模(417)        5.3.4  其他主動鎖模技術(shù)(419)    5.4  被動鎖模(420)        5.4.1  可飽和吸收體(420)        5.4.2  非線性光纖環(huán)形鏡(422)        5.4.3  非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)(423)        5.4.4  混合鎖模(425)        5.4.5  其他鎖模技術(shù)(426)    5.5  光纖非線性和色散的作用(426)        5.5.1  可飽和吸收體鎖模(426)        5.5.2  加成脈沖鎖模(427)        5.5.3  光譜邊帶(428)        5.5.4  偏振效應(yīng)(430)    習(xí)題(431)    參考文獻(xiàn)(431)第6章  光脈沖壓縮(440)    6.1  物理機制(441)    6.2  光柵對(442)        6.2.1  光柵對(442)            6.2.2  壓縮器的優(yōu)化設(shè)計(444)            6.2.3  實際限制(446)        6.2.4  實驗結(jié)果(447)    6.3  孤子效應(yīng)壓縮器(450)        6.3.1  壓縮器的優(yōu)化(450)        6.3.2  實驗結(jié)果(451)        6.3.3  高階非線性效應(yīng)(452)    6.4  光纖布拉格光柵(454)        6.4.1  作為小型色散元件的光柵(454)        6.4.2  光柵引起的非線性啁啾(455)        6.4.3  布拉格孤子壓縮器(456)    6.5  啁啾脈沖放大(457)    6.6  色散漸減光纖(458)        6.6.1  壓縮機制(459)            6.6.2  實驗結(jié)果(459)    6.7  其他壓縮技術(shù)(461)        6.7.1  交叉相位調(diào)制(461)        6.7.2  增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器(464)        6.7.3  光放大器(464)        6.7.4  光纖耦合器和干涉儀(466)    習(xí)題(466)    參考文獻(xiàn)(467)第7章  光纖光學(xué)通信(473)    7.1  系統(tǒng)基礎(chǔ)(474)        7.1.1  損耗管理(474)            7.1.2  色散管理(475)        7.2  受激布里淵散射(477)        7.2.1  布里淵閾值(477)            7.2.2  SBS控制(479)    7.3  受激拉曼散射(479)        7.3.1  拉曼竄擾(480)        7.3.2  功率罰(481)    7.4  自相位調(diào)制(482)        7.4.1  SPM致頻率啁啾(483)        7.4.2  損耗和色散管理(484)    7.5  交叉相位調(diào)制(485)        7.5.1  XPM致相移(485)        7.5.2  功率罰(486)    7.6  四波混頻(488)        7.6.1  FWM效率(488)        7.6.2  FWM致竄擾(489)    7.7  系統(tǒng)設(shè)計(491)        7.7.1  數(shù)值模型(491)        7.7.2  設(shè)計問題(492)        7.7.3  系統(tǒng)性能(495)    習(xí)題(497)    參考文獻(xiàn)(497)第8章  孤子光波系統(tǒng)(503)    8.1  基本概念(504)        8.1.1  孤子的性質(zhì)(504)        8.1.2  孤子比特流(506)        8.1.3  孤子互作用(507)        8.1.4  光纖損耗效應(yīng)(508)    8.2  損耗管理孤子(509)        8.2.1  集總放大(509)        8.2.2  分布放大(511)        8.2.3  啁啾孤子(513)    8.3  放大器噪聲(514)        8.3.1  ASE致波動(514)        8.3.2  定時抖動(516)        8.3.3  定時抖動的控制(517)        8.3.4  實驗結(jié)果(522)    8.4  色散管理孤子(523)            8.4.1  色散漸減光纖(523)        8.4.2  周期色散圖(526)    8.5  WDM孤子系統(tǒng)(532)        8.5.1  信道間碰撞(532)        8.5.2  集總放大效應(yīng)(534)            8.5.3  定時抖動(535)        8.5.4  色散管理(535)    習(xí)題(538)    參考文獻(xiàn)(539)附錄A  分貝單位(546)附錄B  非線性折射率(547)附錄C  誤碼率(551)

媒體關(guān)注與評論

　　本書的讀者對象包括高年級大學(xué)生，攻讀碩士和博士學(xué)位的研究生，與電信行業(yè)有關(guān)的工程師和技術(shù)人員，以及研究光纖光學(xué)和光通信的科學(xué)家。本書適合作為非線性光學(xué)、光纖光學(xué)和光通信課程的研究生教材，可利用本書單獨地開設(shè)非線性光纖光學(xué)的課程。每一章最后都有習(xí)題，便于教學(xué)。

編輯推薦

　　本書的讀者對象包括高年級大學(xué)生，攻讀碩士和博士學(xué)位的研究生，與電信行業(yè)有關(guān)的工程師和技術(shù)人員，以及研究光纖光學(xué)和光通信的科學(xué)家。本書適合作為非線性光學(xué)、光纖光學(xué)和光通信課程的研究生教材，可利用本書單獨地開設(shè)非線性光纖光學(xué)的課程。每一章最后都有習(xí)題，便于教學(xué)。		　　

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