第1章 光开关概论 1
1.1 光开关的重要性 1
1.1.1 光学发展对光开关的需求 1
1.1.2 光子技术对光开关的需求 5
1.2 光开关的分类 8
1.2.1 按光参量与工作域分类 8
1.2.2 按工作特性分类 9
1.2.3 按控制方法分类 10
1.3 光开关的性能参数 13
1.3.1 光开关的技术参数 13
1.3.2 对光开关参量的要求 14
1.3.3 光开关材料的品质因数 15
参考文献 15
第2章 电控光开关 17
2.1 电光开关 17
2.1.1 电光耦合器光开关 18
2.1.2 电光M-Z干涉仪光开关 23
2.1.3 电光数字式光开关 25
2.2 热光开关 27
2.2.1 定向耦合器型热光开关 28
2.2.2 M-Z干涉仪型热光开关 28
2.2.3 多模干涉型热光开关 30
2.2.4 分支型热光开关 30
2.2.5 相变型热光开关 31
2.3 液晶光开关 33
2.3.1 双折射型液晶光开关 34
2.3.2 偏振分光型液晶光开关 35
2.3.3 反射型液晶光开关 36
2.4 电控机械光开关 37
2.4.1 电磁机械光开关 37
2.4.2 MEMS光开关 38
2.5 其他电控光开关 41
2.5.1 磁光开关 41
2.5.2 声光开关 42
参考文献 45
第3章 光学双稳光开关 47
3.1 光学双稳性概论 47
3.1.1 光学双稳性 47
3.1.2 光学双稳器件 48
3.2 全光型光学双稳器件 51
3.2.1 吸收型光学双稳器件 51
3.2.2 折射型光学双稳器件 56
3.2.3 其他全光型光学双稳器件 66
3.3 电光混合型光学双稳器件 73
3.3.1 电光非线性F-P型光学双稳器件 74
3.3.2 电光偏振调制型光学双稳器件 77
3.3.3 电光M-Z干涉仪型光学双稳器件 79
3.3.4 其他电光混合型光学双稳器件 81
3.4 光学双稳性的稳定性理论 84
3.4.1 光学双稳性的稳定性 84
3.4.2 光学双稳性的不稳定性 87
参考文献 94
第4章 非线性干涉仪全光开关 97
4.1 非线性耦合器全光开关 98
4.1.1 线性对称光耦合器原理 98
4.1.2 对称耦合器自相位调制全光开关 100
4.1.3 非对称耦合器交叉相位调制全光开关 102
4.1.4 非线性耦合器共振非线性全光开关 105
4.2 非线性M-Z干涉仪全光开关 109
4.2.1 对称MZI与实现光开关的条件 109
4.2.2 两臂折射率不同的MZI全光开关 111
4.2.3 两臂长度不同的MZI全光开关 112
4.3 非线性环共振器全光开关 113
4.3.1 单耦合器环共振器全光开关 113
4.3.2 具环共振器M-Z干涉仪全光开关 116
4.3.3 双耦合器环共振器全光开关 117
4.4 非线性Sagnac干涉仪全光开关 120
4.4.1 对称Sagnac干涉仪理论 120
4.4.2 含非对称耦合器的SI全光开关 123
4.4.3 用不同频率泵浦光的SI全光开关 125
4.4.4 环中偏置光放大器的SI全光开关 127
4.4.5 采用非线性耦合器的SI全光开关 128
参考文献 132
第5章 含光放大器的全光开关 134
5.1 光放大器基本原理 134
5.1.1 光放大器原理 134
5.1.2 掺铒光纤放大器 137
5.1.3 半导体光放大器 140
5.2 含EDFA环共振器全光开关 143
5.2.1 含EDFA环耦合MZI全光开关 143
5.2.2 含EDFA的DCRR全光开关 147
5.2.3 含EDFA的DCRR光学双稳开关 150
5.3 含半导体光放大器的全光开关 155
5.3.1 SOA的交叉增益调制 155
5.3.2 SOA的交叉相位调制 157
5.3.3 SOA的四波混频 161
参考文献 164
第6章 纳米光子学全光开关 165
6.1 纳米波导共振环全光开关 165
6.1.1 微环耦合MZI型纳米波导光开关 165
6.1.2 单耦合器微环型1×1纳米波导光开关 166
6.1.3 双耦合器微环型1×2纳米波导光开关 167
6.2 光子晶体全光开关 173
6.2.1 光子晶体的基本概念 173
6.2.2 二维光子晶体耦合器全光开关 175
6.2.3 二维光子晶体环共振器全光开关 176
6.2.4 二维光子晶体非线性MCI全光开关 177
6.2.5 一维光子晶体带隙移动双稳开关 179
6.2.6 二维光子晶体带隙移动全光开关 182
6.2.7 二维光子晶体缺陷位移全光开关 186
6.2.8 三维光子晶体全光开关 189
6.3 表面等离子体激元全光开关 191
6.3.1 表面等离子体激元及其极化子波 191
6.3.2 金属纳米结构的吸收谱及其应用 194
6.3.3 光栅耦合型SPP全光开关 196
6.3.4 棱镜激发型SPP全光开关 198
6.3.5 非线性光栅型SPP光学双稳开关 198
参考文献 201
第7章 非线性光纤光栅全光开关 204
7.1 非线性光纤布拉格光栅全光开关 204
7.1.1 光纤布拉格光栅全光开关原理 204
7.1.2 交叉相位调制FBG全光开关 209
7.1.3 自相位调制FBG全光开关 210
7.1.4 高非线性FBG全光开关 211
7.1.5 相移光纤光栅全光开关 212
7.2 非线性长周期光纤光栅全光开关 215
7.2.1 长周期光纤光栅全光开关原理 215
7.2.2 LPBG自相位调制全光开关 217
7.3 非线性长周期光纤光栅对全光开关 221
7.3.1 以常规光纤连接的LPFG对全光开关 221
7.3.2 以非线性光纤连接的LPFG对全光开关 223
7.4 非线性光纤布拉格光栅对的光学双稳开关 230
7.4.1 单FBG的传输矩阵 230
7.4.2 非线性FBG对光学双稳性的调制和反馈公式 232
7.4.3 非线性FBG对的光学双稳特性 235
参考文献 238
第8章 光学限制全光开关 240
81 光限制器概述 240
8.1.1 光限制的概念和用途 240
8.1.2 光限制器的分类与参量 241
8.2 反饱和吸收效应 242
8.2.1 反饱和吸收物理模型 242
8.2.2 动态反饱和吸收方程 244
8.2.3 稳态反饱和吸收方程解 246
8.3 线性光限制器 247
8.3.1 多层膜反射镜光限制器 247
8.3.2 衍射光栅光限制器 249
8.4 非线性光限制器 249
8.4.1 非线性散射光限制器 249
8.4.2 双光子吸收光限制器 250
8.4.3 反饱和吸收光限制器 251
8.5 线性与非线性结合的光栅光限制器 252
8.5.1 毛玻璃散射非线性光限制器 253
8.5.2 全反射棱镜非线性光限制器 253
8.5.3 光栅衍射非线性光限制器 254
参考文献 259
第9章 其他原理的全光开关 261
9.1 非线性吸收型全光开关 261
9.1.1 饱和吸收全光开关 261
9.1.2 光致变色性全光开关 263
9.1.3 双光子吸收全光开关 265
9.2 非线性折射型全光开关 269
9.2.1 自聚焦全光开关 269
9.2.2 双折射型全光开关 270
9.2.3 非线性界面反射型全光开关 272
9.2.4 空间光孤子全光开关 276
9.3 原子气体全光开关 281
9.3.1 横向光斑图样的产生及其对称性 281
9.3.2 开关稳态行为的研究 282
9.3.3 开关动态行为的研究 283
9.4 悬浮微粒光物质相变全光开关 285
9.4.1 悬浮微粒光物质的形成 285
9.4.2 悬浮微粒光物质相变开关 287
9.4.3 磁性纳米团簇相变开关 289
参考文献 292
第10章 光开关在光通信中的应用 294
10.1 通信网络安全和器件检测 294
10.1.1 通信线路的安全保护 294
10.1.2 网络状态的在线监测 294
10.1.3 光学器件的批量检测 295
10.2 早期的光通信网络技术 296
10.2.1 广播与选择网络 296
10.2.2 波长路由网络 296
10.2.3 波导光栅路由器 297
10.3 波长转换器 299
10.3.1 光电子再生器式的波长转换器 299
10.3.2 基于SOA增益饱和的波长转换器 299
10.3.3 含SOA的M-Z干涉仪波长转换器 300
10.3.4 基于SOA四波混频的波长转换器 301
10.3.5 基于光纤干涉仪的波长转换器 302
10.4 光学分插复用器 303
10.4.1 光栅辅助耦合器型OADM 304
10.4.2 光栅辅助M-Z干涉仪型OADM 305
10.4.3 光栅辅助环行器型OADM 306
10.4.4 微环共振器型OADM 307
10.4.5 基于光开关的动态OADM 307
10.5 光学交叉互连网络 308
10.5.1 波长选择交叉互连网络 308
10.5.2 波长互换交叉互连网络 310
10.6 光学时域开关与网络 313
10.6.1 光学触发器 313
10.6.2 光学时分复用器 317
10.6.3 包开关网络 321
参考文献 323