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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OADM304

10.4.2 光栅辅助M-Z干涉仪型OADM305

10.4.3 光栅辅助环行器型OADM306

10.4.4 微环共振器型OADM307

10.4.5 基于光开关的动态OADM307

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