光子晶體光縴的特性與應用 [Photonic crystal fibers：properties and applications] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　光子晶體光縴，又稱為微結構光縴或中空光縴，提供瞭一種不同於常規光縴的控製和導引光的新方法，近年來引起瞭科學界廣泛的研究興趣。自上世紀90年代早期首次被提齣以來，光子晶體光縴在全世界激發瞭不可遏止的巨大研究熱情。它首先是在通信領域展開，繼而逐漸延伸到測量學、光譜學、微光學、天文、微機械、生物以及傳感等領域。
　　《光子晶體光縴的特性與應用》試圖通過光子晶體光縴的特性對其進行專業的導讀，重點是在通信方麵。作者相信，光子晶體光縴能夠給導波光學及其應用帶來革命，尤其是考慮到光子晶體光縴在信號處理和特殊功能方麵的應用，而不是應用於長距離傳輸。全書采用有限元方法這一有力工具，深刻地分析瞭光子晶體光縴的物理與幾何特性，並說明這些特性是如何導緻瞭這種新型光縴的特殊錶現，同時關注瞭光子晶體光縴製造技術的極限和可能性。
　　因此，《光子晶體光縴的特性與應用》將對有誌於探索通信領域中光子晶體光縴這一充滿活力並不斷發展專題的研究者以及尋求當前的和新興應用的研究者提供幫助。

內頁插圖

目錄

第1章 光子晶體光縴基礎
1．1 從傳統光縴到光子晶體光縴
1．2 導光機理
1．2．1 改進的全內反射
1．2．2 光子帶隙導引
1．3 特性與應用
1．3．1 實心光縴
1．3．2 空心光縴
1．4 損耗機理
1．4．1 本徵損耗
1．4．2 限製損耗
1．4．3 彎麯損耗
1．5 光縴製作過程
1．5．1 堆積拉製法
1．5．2 擠齣製作法
1．5．3 徽結構塑料光縴
1．5．4 全導嚮光縴
1．6 商用的光子晶體光縴
參考文獻

第2章 導光特性
2．1 方形晶格PCF
2．1．1 導光特性
2．1．2 截止特性
2．2 大模場麵積三角形PCF的截止條件
2．3 改進的蜂窩結構空心PCF
2．3．1 導光與泄漏
2．3．2 雙摺射
參考文獻

第3章 色散特牲
3．1 色散補償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 改進的空氣孔環PCF
3．3．2 三角形縴芯的PCF
參考文獻

第4章 非綫性特牲
4．1 超連續譜産生
4．1．1 起連續譜産生的物理機理
4．1．2 高非綫性PCF
4．1．3 色散特性與泵浦波長
4．1．4 泵浦脈衝長度的影響
4．1．5 應用
4．2 光參量放大
4．2．1 用於OPA的三角形PCF
4．2．2 三角形PCF中的相位匹配條件
4．3 空心PCF的非綫性係數
參考文獻

第5章 垃曼特性
5．1 拉曼有效麵積與拉曼增益係數
5．2 三角形PCF的拉曼特性
5．2．1 矽基三角形PCF
5．2．2 亞碲酸鹽三角形PCF
5．2．3 增大空氣孔的三角形PCF
5．3 蜂窩形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 背景損耗對PCF拉曼放大器的影響
5．6 多泵浦PCF拉曼放大器
參考文獻

第6章 摻耳光縴放大器
6．1 摻雜光縴放大器模型
6．2 基於蜂窩形和蜘蛛網結構PCF的EDFA
6．3 基於三角形PCF的EDFA
參考文獻

附錄A 有限元法
A．1 公式
A．2 PCF參數評估
A．2．1 色散
A．2．2 非綫性係數
A．2．3 限製損耗
參考文獻

精彩書摘

　　《光子晶體光縴的特性與應用》：
　　SC光源最重要的應用之一是在OCT領域，這是一項新技術，它基於弱相乾乾涉測量技術，用於對活的有機體和微米尺度透明與不透明的生物組織原始位置橫截麵形態進行成像。OCT需要平滑的頻譜，即頻譜的幅度起伏小於10dB，因為頻譜之間的帶隙會影響成像的質量和測量精度。同時，SC的頻譜可展寬至可見光範圍，直至400nm，該寬帶頻譜覆蓋瞭可用於OCT光譜分析生物生色團的所需的所有波長。1200～1500nm之間的頻譜範圍對於OCT尤其重要，因為它可以穿透生物組織的深處，在頻譜上分辨吸水組分的圖像。然而OCT的縱嚮分辨率與光源的帶寬成反比，而與光源中心波長的平方成正比，因此對於帶寬不夠寬的光源，OCT的分辨率在長波長處變弱。對於采用摻雜光縴或半導體自發輻射放大效應所製成的光源，或者是基於超輻射發光二極管作為光源的標準OCT係統，其分辨率通常為10～15μm。這些光源的帶寬和波長範圍都受限。與此相反，已有的研究結果錶明，在PCF中産生的SC具有極大的帶寬，因此能提供無與倫比的分辨率。
　　……

前言/序言

　　直至不久前。人們仍認為光縴是由另一種低摺射率材料所包圍著的實心玻璃絲。而如今，光子晶體光縴（PCF）的齣現改變瞭人們的觀點。光子晶體光縴作為另一種光縴技術，首次演示是在1995年，它在包圍高摺射率材料的背景材料中周期性地安排瞭低摺射率材料。光子晶體光縴的背景材料通常是不摻雜質的矽（si），其上分布著貫穿整個長度的空氣孔，它們提供瞭低摺射率區域。
　　兩種主要類型的光子晶體光縴是高摺射率導引光縴和光子帶隙光縴。
　　高摺射率導引光縴更像傳統光縴，光也是被限製在實心中，這是由於利用瞭改進的全內反射機理。實際上，在縴芯區域和光縴晶體包層區域存在正摺射率差，包層中空氣孔的齣現導緻瞭低摺射率。導引機理被定義為“改進”，是由於包層的摺射率不像標準的常規（傳統）光縴是一常數，會隨波長而變化。
　　正是這一特點，以及矽與空氣之間高的摺射率差提供瞭一係列令人感興趣的特點。此外，高的設計靈活性是光子晶體光縴最為顯著的特點之一。尤其是，通過改變其橫截麵上空氣孔的幾何特性，即孔的大小與位置，可獲得截然相反的特性。與傳統光縴相比，小矽縴芯、大空氣孔，即高的空氣填充率的光子晶體光縴有更好的非綫性，已經有許多應用，如超連續譜産生。相反，為獲得大的模場麵積，有利於高功率傳輸，光子晶體光縴可設計成小空氣孔、大孑L間距。有彆於傳統光縴，特定結構的光子晶體光縴可以是無截止單模，即隻有基模被導引傳輸，而與波長無關。此外，在光子晶體光縴縴芯中可以簡單的方式引入重要的不對稱性，從而獲得高階雙摺射光縴。而且，光子晶體光縴的色散性能可被調控，且靈活性強。也就是說，將零色散波長移到可見光範圍，以及獲得超平坦的色散麯綫或具有高負色散斜率是可能的。、
　　當光子晶體光縴的縴芯區域具有比外圍的光子晶體包層小的摺射率，光的導引傳輸機理不同於全內反射，而是基於存在的光子帶隙（PBG）。事實上，構成光子晶體光縴包層的空氣孔微結構是二維光子晶體，它是一種具有光子帶隙特徵的周期性電介質材料，特定波長範圍的光是不能傳輸的。光子帶隙效應在自然界中同樣被發現，蝴蝶翅膀上美麗的色彩就是其貢獻的一例。光子晶體光縴縴芯區域低的摺射率可以通過在光子晶體結構中引入缺陷産生，如一個額外的孔或一個擴大的孔。
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