第1章 导论 1
1.1 历史的回顾 1
1.2 光纤的基本特性 2
1.2.1 材料和制造 2
1.2.2 光纤损耗 3
1.2.3 色度色散 4
1.2.4 偏振模色散 7
1.3 光纤非线性 9
1.3.1 非线性折射 10
1.3.2 受激非弹性散射 11
1.3.3 非线性效应的重要性 11
1.4 综述 12
习题 14
参考文献 14
第2章 脉冲在光纤中的传输 17
2.1 麦克斯韦方程组 17
2.2 光纤模式 19
2.2.1 本征值方程 19
2.2.2 单模条件 20
2.2.3 基模特性 20
2.3 脉冲传输方程 22
2.3.1 非线性脉冲传输 22
2.3.2 高阶非线性效应 25
2.3.3 喇曼响应函数及其作用 27
2.3.4 延伸到多模光纤 29
2.4 数值方法 31
2.4.1 分步傅里叶法 31
2.4.2 有限差分法 33
习题 34
参考文献 35
第3章 群速度色散 38
3.1 不同的传输区 38
3.2 色散感应的脉冲展宽 39
3.2.1 高斯脉冲 40
3.2.2 啁啾高斯脉冲 42
3.2.3 双曲正割脉冲 43
3.2.4 超高斯脉冲 43
3.2.5 实验结果 45
3.3 三阶色散 46
3.3.1 啁啾高斯脉冲的演化 47
3.3.2 展宽因子 48
3.3.3 任意形状脉冲 50
3.3.4 超短脉冲测量 52
3.4 色散管理 53
3.4.1 群速度色散引起的限制 53
3.4.2 色散补偿 54
3.4.3 三阶色散补偿 55
习题 56
参考文献 57
第4章 自相位调制 59
4.1 自相位调制感应频谱变化 59
4.1.1 非线性相移 59
4.1.2 脉冲频谱的变化 60
4.1.3 脉冲形状和初始啁啾的影响 63
4.1.4 部分相干效应 65
4.2 群速度色散的影响 66
4.2.1 脉冲演化 66
4.2.2 展宽因子 68
4.2.3 光波分裂 69
4.2.4 实验结果 71
4.2.5 三阶色散效应 72
4.2.6 光纤放大器中的自相位调制效应 74
4.3 半解析方法 75
4.3.1 矩方法 75
4.3.2 变分法 77
4.3.3 具体解析解 77
4.4 高阶非线性效应 79
4.4.1 自变陡效应 79
4.4.2 群速度色散对光波冲击的影响 81
4.4.3 脉冲内喇曼散射 83
习题 85
参考文献 85
第5章 光孤子 88
5.1 调制不稳定性 88
5.1.1 线性稳定性分析 88
5.1.2 增益谱 89
5.1.3 实验结果 91
5.1.4 超短脉冲产生 92
5.1.5 调制不稳定性对光波系统的影响 93
5.2 光孤子 95
5.2.1 逆散射法 95
5.2.2 基阶孤子 97
5.2.3 二阶和高阶孤子 98
5.2.4 实验验证 100
5.2.5 孤子稳定性 101
5.3 其他类型的孤子 103
5.3.1 暗孤子 103
5.3.2 双稳孤子 105
5.3.3 色散管理孤子 106
5.3.4 光相似子 106
5.4 孤子微扰 108
5.4.1 微扰法 109
5.4.2 光纤损耗 109
5.4.3 孤子放大 111
5.4.4 孤子互作用 113
5.5 高阶效应 116
5.5.1 脉冲参量的矩方程 116
5.5.2 三阶色散 118
5.5.3 自变陡效应 119
5.5.4 脉冲内喇曼散射 121
5.5.5 飞秒脉冲的传输 124
习题 126
参考文献 126
第6章 偏振效应 132
6.1 非线性双折射 132
6.1.1 非线性双折射的起源 132
6.1.2 耦合模方程 134
6.1.3 椭圆双折射光纤 135
6.2 非线性相移 136
6.2.1 无色散交叉相位调制 136
6.2.2 光克尔效应 137
6.2.3 脉冲整形 140
6.3 偏振态的演化 141
6.3.1 解析解 141
6.3.2 邦加球表示法 143
6.3.3 偏振不稳定性 144
6.3.4 偏振混沌 146
6.4 矢量调制不稳定性 147
6.4.1 低双折射光纤 147
6.4.2 高双折射光纤 149
6.4.3 各向同性光纤 150
6.4.4 实验结果 151
6.5 双折射和孤子 153
6.5.1 低双折射光纤 153
6.5.2 高双折射光纤 154
6.5.3 孤子牵引逻辑门 156
6.5.4 矢量孤子 157
6.6 随机双折射 159
6.6.1 偏振模色散 159
6.6.2 非线性薛定谔方程的矢量形式 160
6.6.3 偏振模色散对孤子的影响 161
习题 164
参考文献 164
第7章 交叉相位调制 168
7.1 交叉相位调制感应的非线性耦合 168
7.1.1 非线性折射率 168
7.1.2 耦合非线性薛定谔方程 169
7.2 交叉相位调制感应的调制不稳定性 170
7.2.1 线性稳定性分析 170
7.2.2 实验结果 172
7.3 交叉相位调制配对孤子 173
7.3.1 亮-暗孤子对 173
7.3.2 亮-灰孤子对 174
7.3.3 周期解 175
7.3.4 多耦合非线性薛定谔方程 176
7.4 频域和时域效应 177
7.4.1 非对称频谱展宽 177
7.4.2 非对称时域变化 181
7.4.3 高阶非线性效应 183
7.5 交叉相位调制的应用 184
7.5.1 交叉相位调制感应的脉冲压缩 184
7.5.2 交叉相位调制感应的光开关 186
7.5.3 交叉相位调制感应的非互易性 187
7.6 偏振效应 188
7.6.1 交叉相位调制的矢量理论 188
7.6.2 偏振演化 189
7.6.3 偏振相关频谱展宽 190
7.6.4 脉冲捕获和压缩 192
7.6.5 交叉相位调制感应光波分裂 195
7.7 双折射光纤中的交叉相位调制效应 196
7.7.1 低双折射光纤 196
7.7.2 高双折射光纤 198
习题 199
参考文献 200
第8章 受激喇曼散射 203
8.1 基本概念 203
8.1.1 喇曼增益谱 203
8.1.2 喇曼阈值 204
8.1.3 耦合振幅方程 206
8.1.4 四波混频效应 208
8.2 准连续受激喇曼散射 209
8.2.1 单通喇曼产生 210
8.2.2 光纤喇曼激光器 211
8.2.3 光纤喇曼放大器 213
8.2.4 喇曼串扰 216
8.3 短泵浦脉冲的受激喇曼散射 217
8.3.1 脉冲传输方程 218
8.3.2 无色散情形 218
8.3.3 群速度色散效应 220
8.3.4 喇曼感应折射率变化 222
8.3.5 实验结果 223
8.3.6 同步泵浦光纤喇曼激光器 226
8.3.7 短脉冲喇曼放大 227
8.4 孤子效应 228
8.4.1 喇曼孤子 228
8.4.2 光纤喇曼孤子激光器 231
8.4.3 孤子效应脉冲压缩 232
8.5 偏振效应 233
8.5.1 喇曼放大的矢量理论 234
8.5.2 偏振模色散效应对喇曼放大的影响 237
习题 238
参考文献 239
第9章 受激布里渊散射 244
9.1 基本概念 244
9.1.1 受激布里渊散射的物理过程 244
9.1.2 布里渊增益谱 245
9.2 准连续受激布里渊散射 247
9.2.1 布里渊阈值 247
9.2.2 偏振效应 248
9.2.3 控制受激布里渊散射阈值的方法 249
9.2.4 实验结果 251
9.3 光纤布里渊放大器 253
9.3.1 增益饱和 253
9.3.2 放大器设计和应用 254
9.4 受激布里渊散射动力学 255
9.4.1 耦合振幅方程 256
9.4.2 利用Q开关脉冲的受激布里渊散射 257
9.4.3 受激布里渊散射感应的折射率变化 260
9.4.4 弛豫振荡 263
9.4.5 调制不稳定性和混沌 264
9.5 光纤布里渊激光器 266
9.5.1 连续运转方式 266
9.5.2 脉冲运转方式 268
习题 270
参考文献 271
第10章 四波混频 275
10.1 四波混频的起源 275
10.2 四波混频理论 277
10.2.1 耦合振幅方程 277
10.2.2 耦合振幅方程的近似解 277
10.2.3 相位匹配效应 279
10.2.4 超快四波混频过程 280
10.3 相位匹配技术 281
10.3.1 物理机制 281
10.3.2 多模光纤中的相位匹配 281
10.3.3 单模光纤中的相位匹配 284
10.3.4 双折射光纤中的相位匹配 286
10.4 参量放大 289
10.4.1 早期工作的回顾 289
10.4.2 光纤参量放大器的增益谱和带宽 290
10.4.3 单泵浦结构 292
10.4.4 双泵浦结构 295
10.4.5 泵浦消耗效应 298
10.5 偏振效应 299
10.5.1 四波混频的矢量理论 300
10.5.2 参量增益的偏振相关性 301
10.5.3 线偏振和圆偏振泵浦 303
10.5.4 残余光纤双折射效应 305
10.6 四波混频的应用 308
10.6.1 参量振荡器 308
10.6.2 超快信号处理 309
10.6.3 量子关联和噪声压缩 311
10.6.4 相敏放大 312
习题 313
参考文献 314
第11章 高非线性光纤 318
11.1 非线性参量 318
11.1.1 n2的单位和数值 318
11.1.2 自相位调制法 320
11.1.3 交叉相位调制法 322
11.1.4 四波混频法 323
11.1.5 n2值的变化 323
11.2 石英包层光纤 326
11.3 空气包层锥形光纤 327
11.4 微结构光纤 330
11.4.1 设计和制造 330
11.4.2 模式和色散特性 331
11.4.3 空芯光子晶体光纤 333
11.4.4 布拉格光纤 334
11.5 非石英光纤 335
11.5.1 硅酸铅光纤 335
11.5.2 硫化物光纤 338
11.5.3 氧化铋光纤 338
11.6 脉冲在细芯光纤中的传输 339
11.6.1 矢量理论 340
11.6.2 频率相关的模式分布 341
习题 342
参考文献 343
第12章 新型非线性现象 347
12.1 孤子分裂和色散波 347
12.1.1 二阶和高阶孤子的分裂 347
12.1.2 色散波产生 349
12.2 脉冲内喇曼散射 353
12.2.1 通过孤子分裂增强的喇曼感应频移 353
12.2.2 互相关技术 356
12.2.3 通过喇曼感应频移调谐波长 357
12.2.4 双折射效应 359
12.2.5 喇曼感应频移的抑制 361
12.2.6 零色散波长附近的孤子动力学 364
12.2.7 多峰喇曼孤子 366
12.3 四波混频 368
12.3.1 四阶色散的作用 368
12.3.2 光纤双折射的作用 369
12.3.3 参量放大器和波长变换器 371
12.3.4 可调谐光纤参量振荡器 372
12.4 二次谐波产生 374
12.4.1 物理机制 374
12.4.2 热极化和准相位匹配 375
12.4.3 二次谐波产生理论 377
12.5 三次谐波产生 379
12.5.1 高非线性光纤中的三次谐波产生 379
12.5.2 群速度失配效应 380
12.5.3 光纤双折射效应 382
习题 383
参考文献 383
第13章 超连续谱产生 388
13.1 皮秒脉冲泵浦 388
13.1.1 非线性机制 389
13.1.2 2000年后的实验进展 390
13.2 飞秒脉冲泵浦 392
13.2.1 微结构石英光纤 392
13.2.2 微结构非石英光纤 395
13.3 时域和频域演化 397
13.3.1 超连续谱的数值模拟 397
13.3.2 交叉相位调制的作用 400
13.3.3 交叉相位调制感应的捕获 402
13.3.4 四波混频的作用 405
13.4 连续（CW）或准连续（quasi-CW）光泵浦 406
13.4.1 非线性机制 407
13.4.2 实验进展 409
13.5 偏振效应 411
13.5.1 双折射微结构光纤 411
13.5.2 近各向同性光纤 412
13.5.3 各向同性光纤中的非线性偏振旋转 413
13.6 超连续谱的相干性 415
13.6.1 频域相干度 415
13.6.2 改善相干性的技术 417
13.6.3 频谱非相干孤子 419
13.7 光畸形波 421
13.7.1 脉冲间起伏的L形统计 421
13.7.2 控制畸形波统计的技术 422
13.7.3 再论调制不稳定性 423
习题 426
参考文献 426
附录A单位制 431
附录B非线性薛定谔方程的源代码 433
附录C缩写词 436
中英文术语对照表 438