光子晶体光纤的结构设计及其传输特性研究PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 光子晶体光纤 1

1.1.1 PCF的分类 1

1.1.2 PCF的色散 2

1.1.3 PCF的特性和应用 2

1.1.4 PCF的数值计算方法 6

1.1.5 PCF的制备 9

1.2 PCF中的非线性效应 10

1.2.1 自相位调制和交叉相位调制 10

1.2.2 受激拉曼散射和受激布里渊散射 11

1.2.3 四波混频 11

1.2.4 其他效应 11

1.3 PCF中非线性特性的研究现状 12

1.3.1 SC的产生 12

1.3.2 光孤子 14

1.3.3 全光开关 14

1.4 PCF传感器的研究现状 15

1.5 PCF弯曲损耗特性的研究现状 17

参考文献 18

第2章 理论模型 28

2.1 平面波方法 28

2.1.1 特征方程的建立 28

2.1.2 带隙的计算 33

2.1.3 模场的计算 35

2.2 频域有限差分法 36

2.2.1 模场计算理论 36

2.2.2 带隙计算理论 39

2.3 分步傅里叶算法 44

2.3.1 广义非线性薛定谔方程 44

2.3.2 耦合广义非线性薛定谔方程组 47

2.3.3 分步傅里叶算法 48

2.4 时域有限差分法 50

2.4.1 麦克斯韦方程和Yee元胞 50

2.4.2 三维FDTD法 51

2.4.3 二维紧凑FDTD法 54

2.4.4 吸收边界条件完全匹配层 55

2.4.5 激励源设置 58

2.4.6 时间步长和空间步长的选取 59

2.5 光束传播法 60

2.5.1 傅里叶变换光束传播法 60

2.5.2 分步傅里叶算法 61

2.5.3 边界条件 63

2.6 光束传播-时域有限差分法 63

2.6.1 已有算法的优缺点 63

2.6.2 一种新型算法——光束传播-时域有限差分法 64

2.6.3 BP-FDTD法的边界条件 65

2.7 本章小结 65

参考文献 65

第3章 PBG-PCF的特性分析 67

3.1 导光原理 67

3.2 PWM程序实现步骤 67

3.3 光波面内入射时的PBG 68

3.3.1 正方晶格 68

3.3.2 三角晶格 73

3.4 二维光子晶体的模场分布 78

3.4.1 周期性正方和三角晶格 78

3.4.2 存在点缺陷的正方晶格 81

3.4.3 存在点缺陷的三角晶格 84

3.4.4 存在线缺陷的正方晶格 85

3.5 光波由面外进入PCF时的PBG及模场分布 86

3.5.1 晶格结构对PBG的影响 86

3.5.2 原子占有率f对PBG的影响 87

3.5.3 背景材料折射率n2对PBG的影响 88

3.5.4 原子折射率n1对PBG的影响 88

3.5.5 HC-1550-02型PCF的PBG及模场分布 89

3.6 本章小结 91

参考文献 92

第4章 新型高双折射PCF的结构设计 94

4.1 基本原理 94

4.2 已有的高双折射PCF结构 95

4.2.1 椭圆状的高双折射PCF 95

4.2.2 中心空气孔不对称的高双折射PCF 96

4.2.3 空气孔不规则的高双折射PCF 96

4.2.4 空气孔非对称分布的高双折射PCF 97

4.2.5 其他类型的高双折射PCF 97

4.3 新型高双折射PCF的结构设计及特性分析 98

4.3.1 模场分布和截止特性 99

4.3.2 偏振特性 101

4.3.3 损耗特性 102

4.3.4 色散特性 103

4.4 本章小结 106

参考文献 107

第5章 光子晶体光纤中SC的产生 109

5.1 不同色散区域SC的产生 109

5.1.1 反常色散区 109

5.1.2 近零色散区 111

5.1.3 正常色散区 114

5.1.4 高阶效应对产生SC的影响 115

5.2 高双折射PCF中SC的产生 116

5.2.1 入射脉冲偏振方向沿PCF慢轴 118

5.2.2 光脉冲沿任意偏振方向入射 122

5.3 色散对超连续谱产生的影响 123

5.3.1 二阶色散对超连续谱产生的影响 124

5.3.2 三阶色散对超连续谱产生的影响 126

5.3.3 数值模拟中色散阶数的选择 129

5.4 色散平坦PCF和双零色散PCF中超连续谱的产生 132

5.4.1 色散平坦PCF中超连续谱的产生 132

5.4.2 双零色散PCF中超连续谱的产生 136

5.4.3 PCF结构参数对色散曲线的影响 143

5.5 双波长泵浦对超连续谱产生的影响 143

5.5.1 泵浦脉冲中心波长对超连续谱产生的影响 144

5.5.2 泵浦脉冲峰值功率对超连续谱产生的影响 152

5.5.3 泵浦脉冲与信号脉冲之间的时间延迟对超连续谱产生的影响 154

5.5.4 泵浦脉冲的初始脉冲宽度对超连续谱产生的影响 156

5.6 本章小结 158

参考文献 158

第6章 类熊猫型高双折射PCF中的脉冲俘获分析 160

6.1 理论模型 160

6.2 泵浦和信号脉冲均沿快轴入射 161

6.2.1 处于不同色散区的影响 161

6.2.2 群速度的影响 163

6.2.3 时域中心延迟的影响 166

6.2.4 峰值功率的影响 167

6.2.5 脉冲半宽度的影响 167

6.2.6 脉冲中心波长的影响 168

6.3 泵浦和信号脉冲分别沿快轴和慢轴入射 169

6.3.1 时域中心延迟的影响 170

6.3.2 峰值功率的影响 171

6.3.3 脉冲半宽度的影响 172

6.3.4 中心波长的影响 173

6.4 本章小结 174

参考文献 174

第7章 PCF的弯曲特性分析 176

7.1 弯曲光纤的等效折射率模型 176

7.2 弯曲PCF的场能量及场分布沿传播方向的变化 177

7.3 PCF弯曲振荡特性分析 179

7.3.1 计算模型 179

7.3.2 SMF的弯曲损耗振荡特性 180

7.3.3 TIR-PCF的弯曲损耗振荡特性 180

7.3.4 PBG-PCF的弯曲损耗振荡特性 183

7.4 本章小结 185

参考文献 185

第8章 PCF中孤子的传输特性 187

8.1 孤子 187

8.2 孤子分裂与色散波的产生 189

8.2.1 拉曼效应导致的孤子分裂 189

8.2.2 高阶色散导致的孤子分裂及色散波产生 190

8.2.3 色散曲线的影响 191

8.3 孤子间的相互作用 193

8.3.1 同频不同时的孤子间的相互作用 193

8.3.2 同时不同频的孤子间的相互作用 194

8.4 本章小结 196

参考文献 196

第9章 磁性光子晶体的光学特性 197

9.1 磁性光子晶体的发展历史 197

9.2 一维磁性光子晶体 198

9.2.1 状态方程 198

9.2.2 数值分析方法 200

9.2.3 一维准周期结构磁性光子晶体 201

9.2.4 斜入射情况 205

9.3 二维磁性光子晶体 206

9.3.1 周期结构二维磁性光子晶体 206

9.3.2 缺陷结构二维磁性光子晶体 212

9.4 本章小结 214

参考文献 214

第10章 用于分析PCF传输特性软件的用户界面设计 217

10.1 MATLAB简介 217

10.2 M文件实现界面设计 217

10.3 界面操作流程及应用举例 219

10.3.1 模式特性和散射特性 219

10.3.2 光子晶体特性 224

10.3.3 非线性特性 224

10.4 本章小结 226

参考文献 226

第11章 时域有限差分程序设计及数值计算结果 227

11.1 时域有限差分法实现的基本流程 227

11.2 点源辐射场 228

11.3 线源辐射场 232

11.4 光波导辐射场 234

11.5 本章小结 236

参考文献 236