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第1章 绪论1

1.1光纤光学学科的重要性与持续性1

1.2光纤光学主要研究方向2

1.3本书主要内容2

1.4本书主要特点3

1.4.1简要直观，突出重点3

1.4.2 系统深入，强调前沿3

1.4.3开拓思路，展望未来3

第2章 光纤波导概论5

2.1光纤类型与特性5

2.1.1光纤的几何尺寸与分类6

2.1.2归一化频率7

2.1.3光纤损耗7

2.1.4光纤色散8

2.1.5偏振模色散11

2.2常用特种光纤15

2.2.1保偏光纤15

2.2.2色散补偿光纤19

2.2.3稀土掺杂有源光纤22

2.2.4光敏光纤27

2.2.5 塑料光纤31

2.3光纤中的非线性效应33

2.3.1光纤中的非线性效应基本概念33

2.3.2光纤中的几种常见的非线性效应35

2.3.3小结38

参考文献39

第3章 光纤光栅与光纤耦合技术42

3.1光纤布拉格光栅42

3.1.1光纤光栅结构及应用42

3.1.2光纤布拉格光栅的光敏性45

3.1.3光纤光栅的写入方法46

3.1.4光纤光栅耦合模理论和传输矩阵47

3.2常用光纤布拉格光栅器件53

3.2.1均匀光纤布拉格光栅53

3.2.2啁啾光纤布拉格光栅53

3.2.3相移光纤布拉格光栅54

3.2.4取样光纤布拉格光栅54

3.2.5切趾光纤光栅55

3.2.6闪耀光纤光栅56

3.2.7声光光纤光栅56

3.3多信道光纤布拉格光栅器件56

3.3.1纯相位取样光纤布拉格光栅56

3.3.2取样大啁啾光纤光栅（LCSNG）58

3.3.3多信道光纤布拉格光栅在波分复用系统中的应用61

3.3.4等效啁啾63

3.3.5 等效相移67

3.3.6 重构-等效啁啾技术及应用69

3.4长周期光纤光栅72

3.5光纤耦合技术76

3.5.1光纤耦合的模场理论77

3.5.2光纤与半导体激光器的耦合79

3.5.3光纤与半导体激光器一维阵列的耦合81

3.5.4光纤与半导体激光器二维阵列的耦合83

参考文献85

第4章 光子晶体光纤95

4.1光子晶体光纤发展沿革95

4.1.1光子晶体光纤的导模机制及类型97

4.1.2光子晶体光纤的数值分析方法102

4.1.3光子晶体光纤的制造104

4.2光子晶体光纤的传输特性107

4.2.1损耗特性107

4.2.2 色散特性110

4.2.3双折射113

4.2.4非线性115

4.2.5无截止波长单模传输119

4.3光子晶体光纤光栅121

4.3.1光子晶体光纤光栅概述121

4.3.2光子晶体光栅的应用实例123

4.4光子晶体光纤在能量传输中的应用124

参考文献128

第5章 微纳光纤140

5.1微纳光纤制备140

5.2微纳光纤特性142

5.2.1损耗特性142

5.2.2模场分布特性143

5.2.3色散特性144

5.2.4其他相关特性研究144

5.3微纳光纤谐振腔与激光器145

5.3.1微纳光纤谐振腔145

5.3.2微纳光纤结型激光器149

5.4微纳光纤在冷原子、量子光学等领域中的应用150

5.4.1基于微纳光纤的冷原子的捕获和传导150

5.4.2微纳光纤在量子光学中的应用151

参考文献153

第6章 光纤光源158

6.1光纤放大器158

6.1.1放大器的种类158

6.1.2光纤放大器前沿进展159

6.2大功率光纤激光器163

6.2.1大功率光纤激光器的应用163

6.2.2大功率光纤激光器的发展历程与研究现状164

6.2.3光纤激光器的性能参数166

6.2.4大功率光纤激光器基本原理与关键技术167

6.2.5影响功率的关键因素177

6.2.6总结与展望178

6.3超短脉冲光纤激光器178

6.3.1孤子的由来和分类180

6.3.2孤子光纤激光器182

6.3.3展宽脉冲光纤激光器184

6.3.4自相似光纤激光器184

6.3.5全正色散光纤激光器186

6.3.6超短脉冲光纤激光器内其他孤子现象189

6.3.7基于新型饱和吸收体的超短脉冲光纤激光器194

6.4窄线宽光纤激光器195

6.4.1窄线宽光纤激光器的发展现状195

6.4.2 DFB光纤激光器的原理196

6.4.3高频调制大功率窄线宽DFB光纤激光器197

6.5基于非线性效应的激光器和振荡器200

6.5.1光纤拉曼激光器200

6.5.2光纤布里渊激光器202

6.5.3光纤参量振荡器203

6.6光子晶体光纤在激光器中的应用205

6.7超连续谱的产生及应用209

参考文献212

第7章 光纤布拉格光栅传感的复用与解调224

7.1光纤布拉格光栅传感机制224

7.2光纤布拉格光栅传感复用技术225

7.2.1 FBG的WDM技术226

7.2.2 FBG的TDM技术226

7.2.3 FBG的SDM技术228

7.2.4 FBG的FDM技术228

7.2.5 FBG的WDM+TDM+SDM技术230

7.3光纤布拉格光栅传感器的解调技术230

7.3.1滤波解调技术231

7.3.2成像光谱解调技术239

7.3.3基于光学色散补偿器件的解调制技术242

7.3.4基于DBR激光器的拍频解调技术243

参考文献244

第8章 分布式光纤传感技术249

8.1光时域反射（OTDR）传感技术250

8.1.1 OTDR传感原理250

8.1.2 OTDR的分类252

8.1.3 OTDR的性能指标255

8.2分布布里渊传感技术256

8.2.1光纤布里渊分布式传感机理256

8.2.2光纤布里渊分布式传感分类257

8.2.3光纤布里渊分布式传感的性能指标259

8.2.4高空间分辨率布里渊光纤传感系统260

8.2.5超长距离布里渊分布式传感263

8.3拉曼分布式传感技术265

8.4波长编码时域反射技术267

参考文献270

第9章 新型光纤传感机制与技术275

9.1光腔衰荡光谱传感275

9.1.1光腔衰荡光谱传感275

9.1.2法布里-拍罗（F-P）腔衰荡传感器279

9.1.3小结280

9.2光纤法布里-拍罗（F-P）传感器280

9.3光纤表面等离子体传感284

9.4光纤表面增强拉曼散射传感286

9.5光子晶体光纤在传感中的应用288

9.5.1基于PCF光栅的传感288

9.5.2干涉型PCF传感289

9.5.3 PCF液体／气体传感291

9.5.4 PCF表面增强拉曼散射传感297

9.6微纳光纤传感器299

9.6.1光强测量型微纳光纤传感器300

9.6.2光谱测量型微纳光纤传感器301

参考文献302

第10章 光纤信息处理技术315

10.1相位敏感光放大315

10.2波长转换与全光再生316

10.2.1波长转换317

10.2.2全光信号再生321

10.2.3光学相位共轭323

10.3光开关与光逻辑324

10.3.1光开关325

10.3.2全光逻辑327

10.4光纤延迟线与缓存327

10.5慢光330

10.5.1慢光原理330

10.5.2慢光的物理实现方法332

10.5.3基于光纤非线性效应的可调慢光333

10.5.4波长转换与色散组合的延迟技术339

10.5.5慢光性能衡量指标340

10.5.6光纤慢光应用实例341

10.5.7今后研究方向343

10.6码型变换与组播344

10.7多维光信息处理346

10.7.1多波长全光再生346

10.7.2偏振复用系统中的全光再生348

10.7.3偏振复用系统中的全光波长转换350

参考文献352

第11章 高速光纤通信前沿365

11.1高光谱效率调制方式365

11.2相干光检测369

11.3复用技术373

11.3.1偏振复用技术373

11.3.2光正交频分复用技术374

参考文献380

第12章 光纤通信中的光性能监测386

12.1基本光性能监测技术387

12.2光信噪比监测技术389

12.2.1带外光信噪比监测技术389

12.2.2带内光信噪比监测技术390

12.3色度色散监测技术393

12.3.1相移技术394

12.3.2射频功率技术396

12.4偏振模色散监测技术399

12.4.1射频功率技术399

12.4.2偏振度测量技术402

12.5多参数监测技术403

12.5.1非线性效应技术403

12.5.2异步采样技术403

12.5.3相干检测技术404

12.6结论404

参考文献405

第13章 波分复用无源光网络412

13.1无源光网络概述412

13.2 WDM-PON光源技术413

13.2.1长可调谐激光器413

13.2.2基于光谱分割技术的宽带光源414

13.2.3自注入式光源415

13.2.4载波分配技术（carrier distributed）416

13.2.5注入锁定技术（injection locking）417

13.2.6波长再利用技术418

13.3 WDM-PON组网与传输421

13.3.1断路保护421

13.3.2广播与组播服务422

13.3.3长距离WDM-PON423

13.3.4混合无源光网络（hybrid TDM/WDM PON）424

13.4小结425

参考文献426

第14章 光纤保密通信与编码技术428

14.1偏振与量子密钥保密通信编码428

14.1.1量子保密通信简介428

14.1.2偏振纠缠对的产生429

14.1.3量子保密系统430

14.2 OCDMA编解码技术434

14.2.1 OCDMA技术的原理及特点435

14.2.2 OCDMA技术的发展历程及分类436

14.2.3 OCDMA的关键技术440

14.3光纤混沌同步通信编码技术448

14.3.1同步混沌编码技术449

14.3.2影响光纤混沌保密通信系统通信质量的因素453

14.3.3光纤混沌保密通信发展456

14.4光跳频编码保密通信技术456

14.4.1光跳频通信基本原理456

14.4.2光跳频通信的应用领域458

14.4.3波长快速编码光电子器件459

14.4.4光跳频编码通信技术方案461

14.4.5光跳频编码通信的未来发展462

参考文献462

第15章 微波光子链路及信息处理技术469

15.1微波光纤链路469

15.1.1链路模型469

15.1.2噪声指数470

15.1.3系统带宽471

15.1.4非线性失真与无杂散动态范围471

15.2光载无线通信系统475

15.3光生微波／毫米波／UWB信号技术481

15.3.1光生微波／毫米波技术481

15.3.2超宽带（UWB）信号的光子学产生方法488

15.4光子微波滤波与频率测频技术497

15.4.1微波光子滤波器497

15.4.2光子型微波测频技术504

15.5光子移相器及光控相控阵天线513

15.5.1光子射频移相器513

15.5.2光控相控阵天线518

15.6光子模数转换技术527

参考文献538

第16章 光纤微波光子技术547

16.1高速光探测器频率响应测量547

16.1.1高速光探测器频响测量方法547

16.1.2采用单个DBR可调谐激光器的光外差法测量探测器频响549

16.2光纤色散在光谱精细结构分析中的应用554

16.2.1半导体激光器光谱的精细结构555

16.2.2利用光纤的群速色散研究光谱精细结构559

16.3光纤延迟在光谱线形和线宽分析中的应用562

16.3.1半导体激光光源线形线宽的时域-频域模型563

16.3.2半导体激光光源线形线宽的理论推导564

16.3.3基于光外差方式及光纤延迟技术对光谱线形的测量565

16.4光纤环在光自注入中的应用569

16.4.1激光器光谱线宽的压窄569

16.4.2窄线宽微波信号的产生574

16.5基于光纤环的激光器波长漂移精确测量575

16.5.1光纤环谐振腔的频率响应575

16.5.2频率响应曲线576

16.5.3光波长漂移精确测量577

参考文献579