頻域光縴光學雙穩態及其應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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呂國輝 著

圖書標籤:

• 光縴光學
• 雙穩態
• 頻域
• 光學
• 非綫性光學
• 光通信
• 光信號處理
• 光子器件
• 信息存儲
• 光縴傳感器

齣版社： 黑龍江大學齣版社

ISBN：9787811293234

版次：1

商品編碼：10622509

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2010-12-01

頁數：247

正文語種：中文

內容簡介

《頻域光縴光學雙穩態及其應用》詳細介紹瞭基於光縴波導技術的混閤型光學雙穩和混沌的工作機理及其應用。書申提齣的新型光縴結構的雙穩器件中，采用半導體激光器或可調諧光縴激光器作為光源，利用光縴無源器件構成非綫性光強度調製單元，用光電探測與放大電路構成反饋單元，實現新型的電光混閤型光學雙穩和混沌：還探討瞭光縴頻域雙穩機製在物理傳感量的數字化測量和電光混閤頻域混沌在保密通信中的應用。
《頻域光縴光學雙穩態及其應用》可供非綫性光學、光縴傳感、光學混沌和光學信號處理等領域的研究人員和研究生閱讀和參考。

作者簡介

呂國輝，男，黑龍江大學電子工程學院副教授。2005年畢業於哈爾濱工業大學物理係，獲工學博士學位。2007年從哈爾濱工業大學防災減災博士後流動站齣站，博士後閤作導師為歐進萍院士。近十年來一直專注於光縴傳感領域的研究開發工作，參加國傢自然科學基金重點項目、項主持黑龍江省自然科學基金、省科技攻關項目、國傢博士後基金項目等十餘項科研課題，發錶30餘.篇學術論文，其中SCI和El檢索十餘篇。研製開發係列光縴傳感監測係統。在高鐵、石化、航空、電力、兵器和土木工程領域得到推廣和應用。

內頁插圖

目錄

1 緒論
1.1 光學雙穩性概述
1.2 光縴光學雙穩態的應用研究

2 光學雙穩的基本原理
2.1 光學雙穩態的基本原理
2.2 電光混閤型光學雙穩態的特性
2.3 頻域電光混閤型光學雙穩態

3 光縴雙穩態激光強度穩定器
3.1 混閤型光學雙穩激光功率穩定器基本理論
3.2 基於FBG的混閤型光學雙穩態.
3.3 基於FBG的雙饋全光縴雙穩激光功率穩定器

4 混閤型頻域光縴光學雙穩態
4.1 頻域光縴光學雙穩態？理
4.2 頻域光縴光學雙穩器件的組成
4.3 混閤型頻域光縴光學雙穩態

5 混閤型頻域光縴光學混沌
5.1 混沌概述
5.2 頻域光學混沌
5.3 光縴頻域混沌的物理機製
5.4 光縴頻域混沌的數學模型
5.5 光縴頻域混沌發生器的組成
5.6 光縴頻域混沌的試驗

6 頻域雙穩在光縴傳感方麵的應用
6.1 光縴傳感基本原理
6.2 混閤型光學雙穩態的傳感原理
6.3 基於FPP光學雙穩態的FBG有源波長解調方案

7 頻域混沌在保密通信方麵的？用
7.1 光學頻域混沌保密通信的基本原理
7.2 光縴頻域混沌的加密設計
7.3 光縴頻域混沌的解密設計
參考文獻

精彩書摘

3.1 混閤型光學雙穩激光功率穩定器基本理論
目前帶尾縴的半導體激光器和光縴激光器已經在信息技術和光縴傳感領域得到瞭廣泛應用，而這些應用中對激光功率穩定性的要求是很嚴格的。例如，光強調製型光縴傳感器的測量靈敏度、精度和穩定性主要取決於光源輸齣功率的穩定性。在實際工程應用和科學計量中，激光器必須采用激光功率穩定器來保證測量的可靠性。
研究激光功率穩定器的核心內容是如何提高激光功率穩定器抑製噪聲的能力，以獲得更高的輸齣光信噪比。按照抑製噪聲過程與激光器本身之間的關係，可以把激光功率穩定器的工作方式分成主動式和被動式兩大類。
所謂主動式，是指所采取的穩功率措施與激光器自身緊密相關。它是在激光産生過程當中壓縮激光噪聲的。
主動式方法也可分成兩大類：一類為直接式方法，另一類為反饋控製法。直接式方法沒有閉環控製過程，直接依賴激光電源的穩定程度。

深度解析：光學信號的非綫性世界及其潛在應用 本書旨在深入探討光學領域中一個極為迷人且潛力巨大的分支——光縴光學中的雙穩態現象及其廣泛的應用前景。我們將以嚴謹的理論框架為基礎，結閤前沿的實驗進展，層層剝離雙穩態背後的物理機製，並係統梳理其在信息處理、精密測量、新型傳感器等領域的革命性意義。 第一章：光學非綫性現象基礎 在深入理解雙穩態之前，有必要對光學領域中的非綫性現象進行係統性的迴顧與闡述。當光與介質的相互作用強度達到一定閾值時，介質的響應不再與光場強度呈綫性關係，而是呈現齣復雜的依賴性。這種非綫性效應是産生雙穩態現象的根本驅動力。 1.1 介質的非綫性響應 電子非綫性： 強光場作用下，介質中的電子雲會發生非中心對稱位移，導緻極化強度與電場強度之間的關係偏離綫性。這包括瞭二次諧波産生（SHG）、三次諧波産生（THG）等過程。 熱非綫性： 光吸收導緻介質溫度升高，而溫度的升高又會改變介質的摺射率，形成光柵效應。例如，光熱效應、光緻彈性效應等。 電子-聲子相互作用： 在某些材料中，光場可以激發聲子（晶格振動），而聲子的存在又反過來影響光的傳播，形成光聲耦閤。 1.2 常見的非綫性光學效應 自聚焦與自解聚焦： 介質的摺射率隨光強變化，導緻光束自身的橫嚮強度分布影響其傳播路徑。 剋爾效應： 介質的摺射率與光場強度的平方成正比，是引起自聚焦等效應的主要機製。 拉曼散射與布裏淵散射： 光子與介質中的分子振動（拉曼）或聲學聲子（布裏淵）發生非彈性散射，導緻光子能量的轉移。 四波混頻（FWM）： 兩個或多個光波在非綫性介質中相互作用，産生新的頻率成分。 1.3 光縴作為非綫性介質的優勢 高光強積纍： 光縴的約束作用使得光在縴芯中傳輸時，能夠長時間保持高光強的積纍，極大地增強瞭非綫性效應的顯著性。 長相互作用長度： 光縴可以提供極長的相互作用長度，進一步提升非綫性效應的纍積。 精確的模式控製： 單模光縴能夠精確控製光場的傳輸模式，避免瞭自由空間光路中的衍射和模式畸變問題。 易於集成與小型化： 光縴器件易於集成和小型化，適閤構建復雜的係統。 第二章：光縴光學中的雙穩態原理 雙穩態是指一個光學係統在特定條件下，能夠穩定地處於兩種截然不同的工作狀態，並且這兩種狀態的轉換是可逆的。在光縴光學中，雙穩態的産生通常依賴於反饋機製和非綫性效應的協同作用。 2.1 雙穩態的基本構成 非綫性元件： 光縴本身或耦閤到光縴中的非綫性材料，提供將輸入光信號轉化為非綫性響應的機製。 反饋機製： 將輸齣信號的一部分或全部反饋迴輸入端，與輸入信號發生乾涉或耦閤，從而影響係統的整體響應。 閾值行為： 係統在兩種狀態之間的轉換由一個或多個閾值控製，輸入信號的微小變化可能導緻係統狀態的劇烈轉變。 2.2 産生雙穩態的典型機製 光縴腔體中的非綫性效應： 非綫性法布裏-珀羅乾涉儀（NL-FPI）： 在光縴兩端或內部製造反射鏡，形成諧振腔。腔內的非綫性介質（光縴）使得腔的透射譜隨輸入光強發生移動，從而在特定輸入光強下齣現雙穩態透射特性。 非綫性定嚮耦閤器： 通過定嚮耦閤器將兩根光縴耦閤在一起，並利用光縴的非綫性效應，使得光在兩根光縴中的分配比例隨輸入光強而變化，産生雙穩態輸齣。 光縴的自相位調製（SPM）與交叉相位調製（XPM）： SPM引起的雙穩態： 在具有高非綫性的光縴中，長距離傳輸會引起光信號自身的相位調製。如果將輸齣光信號通過某種方式（如非綫性延遲綫）反饋，並與輸入光信號進行乾涉，就可能實現雙穩態。 XPM引起的雙穩態： 當兩束或多束光在同一根光縴中傳輸時，一束光的相位變化會影響另一束光的相位。利用這種相互調製效應，配閤適當的反饋和乾涉，也能實現雙穩態。 光子晶體光縴（PCF）中的非綫性效應： PCF獨特的結構設計能夠提供極強的光場限製和高度可調的非綫性特性，是實現各種新穎雙穩態器件的理想平颱。例如，利用PCF中的間隙模式（gap mode）和縴芯模式（core mode）之間的非綫性耦閤，可以實現高效的雙穩態切換。 分布式反饋（DFB）光縴激光器： 在增益介質中引入非綫性元件，並通過光學反饋，可以實現雙穩態激光輸齣。 2.3 雙穩態的光譜學與動力學特徵 滯迴環： 雙穩態係統最顯著的特徵是在輸入-輸齣關係麯綫上呈現齣明顯的滯迴環。即使輸入信號在減小，係統也不會立即返迴到初始狀態，而是保持在較高的狀態，直到輸入信號低於某個閾值。 跳變： 在滯迴環的上下轉摺點，係統會發生快速的、非綫性的狀態跳變。 穩定性分析： 對雙穩態係統的穩定性進行數學分析，確定其穩定工作區域和臨界閾值。 動力學演化： 研究輸入信號的動態變化如何引起係統狀態的快速或慢速演化，以及是否存在振蕩等復雜動力學行為。 第三章：光縴光學雙穩態器件的設計與製備 實現高性能的光縴光學雙穩態器件，需要精巧的設計和先進的製備工藝。本章將重點介紹幾種典型的雙穩態器件的設計思路和實現方法。 3.1 基於非綫性光縴腔體的雙穩態器件 微環形諧振腔： 將一段非綫性光縴彎麯成環形，並耦閤一個輸入/輸齣波導。通過精確控製光縴的長度和非綫性效應，可以實現單波長或多波長的雙穩態行為。 Sagnac乾涉儀： 利用Sagnac乾涉儀的乾涉特性，結閤光縴的非綫性效應，可以構建緊湊的雙穩態器件。 Fabry-Perot腔體： 通過在光縴末端或內部引入高反射率的塗層或微結構，形成Fabry-Perot諧振腔，利用腔內光強積纍增強非綫性效應。 3.2 基於光縴耦閤器的雙穩態器件 定嚮耦閤器（DC）： 利用兩個光縴的近距離耦閤，並引入非綫性材料，使得光在耦閤器中的能量分配對輸入光強敏感。 Mach-Zehnder乾涉儀（MZI）： 將光信號分成兩路，通過非綫性元件處理後重新耦閤。MZI的乾涉條件與非綫性效應結閤，可以産生雙穩態。 3.3 基於光子晶體光縴的雙穩態器件 結構設計： 詳細介紹利用PCF的宏觀結構（如包層氣孔的尺寸、間距）和微觀結構（如縴芯材料、摻雜）來調控非綫性效應和模式耦閤。 特定應用場景的PCF設計： 例如，為滿足特定波長範圍、特定非綫性係數要求而設計的PCF。 PCF的製造工藝： 飛拉管技術、堆疊技術等在PCF製造中的應用。 3.4 器件性能的優化與錶徵 選擇閤適的非綫性材料： 如高非綫性光縴（HNLF）、摻雜光縴、非綫性納米材料等。 優化器件結構參數： 如耦閤長度、腔長、縴芯半徑、包層孔隙率等。 測試手段： 輸入-輸齣特性麯綫測試、穩定性測試、開關速度測試、損耗測試等。 第四章：光縴光學雙穩態的應用 光縴光學雙穩態現象因其獨特的開關特性和閾值行為，在信息技術、精密科學等領域展現齣巨大的應用潛力。 4.1 光學信號處理與存儲 光開關： 雙穩態器件可以作為無電子器件的光開關，根據輸入光強的閾值實現光信號的導通與截止，用於構建光交換網絡和光邏輯門。 光觸發器： 利用雙穩態的跳變特性，可以實現光信號的觸發和同步。 光延遲綫： 通過控製雙穩態器件的工作點，可以實現對光信號的精確延遲。 光存儲： 利用雙穩態器件的兩種穩定狀態，可以作為基本的光存儲單元，實現光信息的記錄和讀取。 光邏輯門： 將多個雙穩態器件組閤，可以實現AND、OR、NOT等基本的光邏輯運算，為構建全光計算機奠定基礎。 4.2 精密測量與傳感 高靈敏度傳感器： 雙穩態器件對輸入信號的微小變化非常敏感，這使得它們可以被設計成高靈敏度的傳感器，用於測量物理量（如溫度、壓力、形變）或化學量。例如，利用雙穩態的跳變點對摺射率變化敏感，實現高精度摺射率傳感器。 光學陀螺儀： 基於Sagnac效應和雙穩態的非綫性特性，可以構建高精度光縴陀螺儀。 激光頻率穩定： 將雙穩態器件引入激光器腔體，可以實現激光頻率的穩定和精確鎖定。 4.3 新型光電子器件 光電探測： 雙穩態器件的開關特性可以用於設計新型的光電探測器，實現對光信號的放大和整形。 光電振蕩器： 通過將雙穩態器件與增益元件結閤，可以實現光電振蕩，用於産生特定頻率的光信號。 光通信係統的關鍵組件： 雙穩態器件有望解決當前光通信係統中電子信號處理帶來的瓶頸，實現更高速、更低功耗的光通信。 4.4 麵臨的挑戰與未來展望 提高開關速度： 當前雙穩態器件的開關速度仍有待提高，以滿足高速信息處理的需求。 降低功耗： 進一步優化器件結構和材料，降低雙穩態切換的能量消耗。 集成化與小型化： 實現大規模集成化的雙穩態器件陣列，是構建復雜光信息處理係統的關鍵。 多功能性與可編程性： 開發具有多功能性、可編程性和可重構性的雙穩態器件，將極大地拓展其應用範圍。 與其他非綫性效應的融閤： 探索雙穩態與超快光學現象（如超短脈衝）、量子光學效應的結閤，有望催生顛覆性的技術。 本書的每一章節都將力求在理論深度、實驗細節和應用前景之間取得平衡，為讀者提供一個全麵而深入的理解框架。我們希望通過對這一領域的係統性梳理，能夠激發更多的研究興趣，推動光縴光學雙穩態技術在未來信息時代中發揮更加重要的作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題聽起來就充滿科技感，而實際內容也確實沒有讓我失望。它就像一次穿越光縴世界的奇妙旅程。作者以一種非常引人入勝的方式，將“頻域光縴光學雙穩態”這個看似復雜的概念，一點點地展現在讀者麵前。我最喜歡的部分是書中對雙穩態現象在不同應用場景下的具體剖析，比如在高速信息處理、光信號存儲以及光網絡中的作用。它不僅僅是理論上的探討，更著重於實際的工程實現和潛在的突破。書中提供的案例分析，讓我能夠直觀地看到這項技術是如何解決現有通信難題的，例如如何提高數據傳輸效率、降低功耗等。閱讀過程中，我仿佛置身於一個高度先進的光學實驗室，親眼見證著技術的演進。盡管我不是光學領域的專傢，但書中清晰的邏輯和豐富的圖示，讓我能夠跟得上作者的思路，並且對這項技術産生瞭深深的敬意。這本書讓我看到瞭未來光通信發展的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都讓我感到非常驚喜。作為一名在光通信行業工作多年的技術人員，我一直關注著前沿技術的發展。而“頻域光縴光學雙穩態”這個概念，我之前也接觸過一些零散的信息，但從未如此係統地學習過。這本書填補瞭我的知識空白，並且以一種非常具有啓發性的方式，將復雜的理論和實際應用緊密地結閤在一起。書中對不同類型的雙穩態機製的深入探討，以及它們在實際應用中麵臨的挑戰和解決方案，都給我留下瞭深刻的印象。我尤其贊賞作者在討論理論的同時，也關注到瞭工程實現的可行性和成本效益。這使得這本書不僅具有學術價值，更具有重要的實踐指導意義。我感覺自己像是獲得瞭一本“內功秘籍”，能夠更深入地理解光縴光學背後的奧秘，並思考如何將其轉化為更強大的通信技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是光縴通信領域的“黑夜中的明燈”！當我翻開它的時候，我完全沒想到自己會被如此深奧的物理現象所吸引。它以一種非常直觀的方式，為我打開瞭“頻域光縴光學雙穩態”這個新世界的大門。原本以為會是一本枯燥乏味、充斥著一堆我看不懂公式的學術論文集，但事實恰恰相反。作者運用瞭很多生動的類比和形象的圖解，把我這個對光縴領域涉足不深的人也“拉”瞭進來。特彆是關於雙穩態現象的解釋，作者沒有直接拋齣復雜的數學推導，而是先從宏觀的“開關”概念入手，再逐步深入到光縴內部的非綫性效應，讓我一步步理解它是如何實現的。這種循序漸進的講解方式，極大地降低瞭我的閱讀門檻，也讓我對這個技術産生瞭濃厚的興趣。我尤其喜歡書中關於雙穩態開關速度、能耗以及穩定性這些實際應用考量方麵的討論，這讓我在理論學習的同時，也看到瞭這項技術巨大的商業化潛力。總的來說，這本書讓我對光縴光學有瞭全新的認識，並且激發瞭我進一步探索相關領域的學習熱情。

評分☆☆☆☆☆

這本書為我打開瞭一個全新的視角，讓我對光縴光學有瞭更深層次的理解。我一直對光縴通信領域充滿好奇，而這本書恰好滿足瞭我對“頻域光縴光學雙穩態”的好奇心。作者用一種非常巧妙的方式，將抽象的物理概念變得生動形象。我特彆喜歡書中關於雙穩態現象如何影響光信號的傳遞和控製的闡述，這對我理解光縴通信中的一些關鍵技術非常有幫助。書中提到的各種應用實例，更是讓我看到瞭這項技術在現實世界中的巨大價值。例如，在高速數據交換和光存儲方麵的應用，都讓我覺得耳目一新。閱讀過程中，我感覺自己就像是在和一位經驗豐富的導師交流，他能夠用最清晰易懂的語言，將最前沿的知識傳遞給我。這本書不僅拓寬瞭我的知識麵，也激發瞭我對光縴光學未來發展的更多思考。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的寫作風格非常“硬核”，但也正因如此，它讓我深刻感受到瞭學術研究的嚴謹與魅力。對於我這樣一位在光縴領域摸爬滾打多年的工程師來說，這本書提供的視角非常獨特。它不像市麵上很多科普讀物那樣，隻浮光掠影地介紹概念，而是深入到瞭“頻域光縴光學雙穩態”的底層原理。書中對各種非綫性效應的數學模型構建，以及如何通過優化光縴參數來調控雙穩態行為，都進行瞭詳盡的闡述。我特彆欣賞書中對實驗驗證部分的詳細描述，這讓我能夠清晰地看到理論是如何與實踐相結閤的。讀完之後，我感覺自己對光縴激光器、光開關、光存儲等相關器件的理解也上升到瞭一個新的高度。雖然有些章節的數學推導確實需要花費一些時間和精力去消化，但一旦理解瞭，就會覺得豁然開朗，仿佛看到瞭技術背後精密的邏輯鏈條。這本書絕對是那些想要深入理解光縴光學核心技術、並將其應用於實際研發的專業人士的必備參考。