光子晶体光纤的特性与应用 [Photonic crystal fibers：properties and applications] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　光子晶体光纤，又称为微结构光纤或中空光纤，提供了一种不同于常规光纤的控制和导引光的新方法，近年来引起了科学界广泛的研究兴趣。自上世纪90年代早期首次被提出以来，光子晶体光纤在全世界激发了不可遏止的巨大研究热情。它首先是在通信领域展开，继而逐渐延伸到测量学、光谱学、微光学、天文、微机械、生物以及传感等领域。
　　《光子晶体光纤的特性与应用》试图通过光子晶体光纤的特性对其进行专业的导读，重点是在通信方面。作者相信，光子晶体光纤能够给导波光学及其应用带来革命，尤其是考虑到光子晶体光纤在信号处理和特殊功能方面的应用，而不是应用于长距离传输。全书采用有限元方法这一有力工具，深刻地分析了光子晶体光纤的物理与几何特性，并说明这些特性是如何导致了这种新型光纤的特殊表现，同时关注了光子晶体光纤制造技术的极限和可能性。
　　因此，《光子晶体光纤的特性与应用》将对有志于探索通信领域中光子晶体光纤这一充满活力并不断发展专题的研究者以及寻求当前的和新兴应用的研究者提供帮助。

内页插图

目录

第1章 光子晶体光纤基础
1．1 从传统光纤到光子晶体光纤
1．2 导光机理
1．2．1 改进的全内反射
1．2．2 光子带隙导引
1．3 特性与应用
1．3．1 实心光纤
1．3．2 空心光纤
1．4 损耗机理
1．4．1 本征损耗
1．4．2 限制损耗
1．4．3 弯曲损耗
1．5 光纤制作过程
1．5．1 堆积拉制法
1．5．2 挤出制作法
1．5．3 徽结构塑料光纤
1．5．4 全导向光纤
1．6 商用的光子晶体光纤
参考文献

第2章 导光特性
2．1 方形晶格PCF
2．1．1 导光特性
2．1．2 截止特性
2．2 大模场面积三角形PCF的截止条件
2．3 改进的蜂窝结构空心PCF
2．3．1 导光与泄漏
2．3．2 双折射
参考文献

第3章 色散特牲
3．1 色散补偿PCF
3．2 方形晶格PCF的色散
3．3 色散平坦的三角形PCF
3．3．1 改进的空气孔环PCF
3．3．2 三角形纤芯的PCF
参考文献

第4章 非线性特牲
4．1 超连续谱产生
4．1．1 起连续谱产生的物理机理
4．1．2 高非线性PCF
4．1．3 色散特性与泵浦波长
4．1．4 泵浦脉冲长度的影响
4．1．5 应用
4．2 光参量放大
4．2．1 用于OPA的三角形PCF
4．2．2 三角形PCF中的相位匹配条件
4．3 空心PCF的非线性系数
参考文献

第5章 垃曼特性
5．1 拉曼有效面积与拉曼增益系数
5．2 三角形PCF的拉曼特性
5．2．1 硅基三角形PCF
5．2．2 亚碲酸盐三角形PCF
5．2．3 增大空气孔的三角形PCF
5．3 蜂窝形PCF的拉曼特性
5．4 PCF拉曼放大器
5．4．1 PCF拉曼放大器模型
5．4．2 三角形PCF拉曼放大器
5．5 背景损耗对PCF拉曼放大器的影响
5．6 多泵浦PCF拉曼放大器
参考文献

第6章 掺耳光纤放大器
6．1 掺杂光纤放大器模型
6．2 基于蜂窝形和蜘蛛网结构PCF的EDFA
6．3 基于三角形PCF的EDFA
参考文献

附录A 有限元法
A．1 公式
A．2 PCF参数评估
A．2．1 色散
A．2．2 非线性系数
A．2．3 限制损耗
参考文献

精彩书摘

　　《光子晶体光纤的特性与应用》：
　　SC光源最重要的应用之一是在OCT领域，这是一项新技术，它基于弱相干干涉测量技术，用于对活的有机体和微米尺度透明与不透明的生物组织原始位置横截面形态进行成像。OCT需要平滑的频谱，即频谱的幅度起伏小于10dB，因为频谱之间的带隙会影响成像的质量和测量精度。同时，SC的频谱可展宽至可见光范围，直至400nm，该宽带频谱覆盖了可用于OCT光谱分析生物生色团的所需的所有波长。1200～1500nm之间的频谱范围对于OCT尤其重要，因为它可以穿透生物组织的深处，在频谱上分辨吸水组分的图像。然而OCT的纵向分辨率与光源的带宽成反比，而与光源中心波长的平方成正比，因此对于带宽不够宽的光源，OCT的分辨率在长波长处变弱。对于采用掺杂光纤或半导体自发辐射放大效应所制成的光源，或者是基于超辐射发光二极管作为光源的标准OCT系统，其分辨率通常为10～15μm。这些光源的带宽和波长范围都受限。与此相反，已有的研究结果表明，在PCF中产生的SC具有极大的带宽，因此能提供无与伦比的分辨率。
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前言/序言

　　直至不久前。人们仍认为光纤是由另一种低折射率材料所包围着的实心玻璃丝。而如今，光子晶体光纤（PCF）的出现改变了人们的观点。光子晶体光纤作为另一种光纤技术，首次演示是在1995年，它在包围高折射率材料的背景材料中周期性地安排了低折射率材料。光子晶体光纤的背景材料通常是不掺杂质的硅（si），其上分布着贯穿整个长度的空气孔，它们提供了低折射率区域。
　　两种主要类型的光子晶体光纤是高折射率导引光纤和光子带隙光纤。
　　高折射率导引光纤更像传统光纤，光也是被限制在实心中，这是由于利用了改进的全内反射机理。实际上，在纤芯区域和光纤晶体包层区域存在正折射率差，包层中空气孔的出现导致了低折射率。导引机理被定义为“改进”，是由于包层的折射率不像标准的常规（传统）光纤是一常数，会随波长而变化。
　　正是这一特点，以及硅与空气之间高的折射率差提供了一系列令人感兴趣的特点。此外，高的设计灵活性是光子晶体光纤最为显著的特点之一。尤其是，通过改变其横截面上空气孔的几何特性，即孔的大小与位置，可获得截然相反的特性。与传统光纤相比，小硅纤芯、大空气孔，即高的空气填充率的光子晶体光纤有更好的非线性，已经有许多应用，如超连续谱产生。相反，为获得大的模场面积，有利于高功率传输，光子晶体光纤可设计成小空气孔、大孑L间距。有别于传统光纤，特定结构的光子晶体光纤可以是无截止单模，即只有基模被导引传输，而与波长无关。此外，在光子晶体光纤纤芯中可以简单的方式引入重要的不对称性，从而获得高阶双折射光纤。而且，光子晶体光纤的色散性能可被调控，且灵活性强。也就是说，将零色散波长移到可见光范围，以及获得超平坦的色散曲线或具有高负色散斜率是可能的。、
　　当光子晶体光纤的纤芯区域具有比外围的光子晶体包层小的折射率，光的导引传输机理不同于全内反射，而是基于存在的光子带隙（PBG）。事实上，构成光子晶体光纤包层的空气孔微结构是二维光子晶体，它是一种具有光子带隙特征的周期性电介质材料，特定波长范围的光是不能传输的。光子带隙效应在自然界中同样被发现，蝴蝶翅膀上美丽的色彩就是其贡献的一例。光子晶体光纤纤芯区域低的折射率可以通过在光子晶体结构中引入缺陷产生，如一个额外的孔或一个扩大的孔。
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