高等光学教程 非线性光学与导播光学2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

高等光学教程 非线性光学与导播光学PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 光学介质的非线性极化和二阶非线性光学现象1

1.1 介质的极化、极化强度和极化率1

1.1.1 介质的线性极化和线性波动方程1

1.1.2 光频电磁场在介质中产生电极化效应的物理机制2

1.1.3 光波场的数学表示3

1.1.4 介质的电极化响应函数和电极化强度5

1.1.5 电极化率x（1）、x（2）、x（3）数量级的估计7

1.1.6 电极化强度的展开式8

1.2 研究介质极化响应的经典模型12

1.2.1 非中心对称介质中的电极化12

1.2.2 中心对称介质中的电极化及其x（1）、x（3）的讨论19

1.3 非线性电极化率的性质和倍频电极化率23

1.3.1 电极化率张量的一般性质23

1.3.2 倍频极化率26

1.3.3 描述三波相互作用的二阶极化率张量x（2）独立张量元的数目31

1.4 非线性光学介质中的波动方程和三波混频的耦合方程组32

1.4.1 非线性光学介质中的波动方程32

1.4.2 三波混频的耦合方程组34

1.4.3 门莱-罗（Manley-Rowe）关系37

1.5 和频的产生和耦合波振幅方程39

1.5.1 和频光波为小信号的条件下耦合波振幅方程的解39

1.5.2 频率上转换40

1.5.3 三波耦合的相位匹配44

1.5.4 有效倍频极化率46

1.6 光学二次谐波的产生49

1.6.1 二次谐波产生的耦合波方程49

1.6.2 二次谐波产生的稳态小讯号解51

1.6.3 二次谐波产生的一般解52

1.7 二次谐波产生中的相位匹配56

1.7.1 相位匹配条件的物理意义56

1.7.2 二次谐波产生中的角度匹配方法56

1.8 差频的产生和光学参量放大60

1.8.1 波矢匹配情况下差频耦合波方程的解61

1.8.2 描述光学参量放大过程耦合波方程的一般解62

1.9 光学参量振荡器65

1.9.1 参量振荡器的耦合方程65

1.9.2 参量振荡器的振荡条件66

1.9.3 双共振参量振荡器68

1.9.4 单共振参量振荡器70

1.9.5 参量振荡器的频率调谐71

1.9.6 光学参量振荡器中的准相位匹配76

1.10 聚焦高斯光束产生的非线性光学相互作用80

1.10.1 近轴波动方程80

1.10.2 高斯光束的表示80

1.10.3 用聚焦高斯光束产生谐波82

参考文献84

第2章 三阶非线性光学现象85

2.1 光学克尔效应85

2.1.1 各向同性介质中的三阶极化率张量元85

2.1.2 光学克尔效应86

2.1.3 光场感应折射率变化和电光效应91

2.1.4 利用光学克尔效应制作快速光开关93

2.2 强光通过各向同性非线性介质后偏振状态的变化94

2.2.1 频率为ω的泵浦光通过各向同性非线性介质时的电极化强度94

2.2.2 一般椭圆偏振光通过各向同性非线性介质时偏振椭圆主轴的旋转95

2.3 高斯光束的自聚焦98

2.3.1 高斯光束通过非线性介质时的自聚焦、自陷及自散焦现象98

2.3.2 稳态自聚焦理论99

2.4 光学双稳态103

2.4.1 腔中含有非线性介质的F-P干涉仪104

2.4.2 吸收型光学双稳态105

2.4.3 色散型光学双稳态107

2.4.4 全光型光学双稳态器件简介109

2.4.5 用干涉仪实现的光学双稳态的实验研究介绍110

2.5 两光束耦合112

2.5.1 动态光栅和非线性折射率nNL112

2.5.2 非线性介质中的两光束耦合114

2.6 光孤子115

2.6.1 自相位调制116

2.6.2 群速度色散118

2.6.3 光脉冲传播的方程119

2.7 光学相位共轭123

2.7.1 相位共轭波介绍123

2.7.2 畸变修正定理125

2.7.3 相位共轭光的产生127

2.8 受激拉曼散射133

2.8.1 拉曼散射现象133

2.8.2 受激拉曼散射的经典理论136

2.8.3 斯托克斯波和反斯托克斯波的耦合振幅方程140

2.8.4 耦合振幅方程组的求解145

2.8.5 斯托克斯波和反斯托克斯波的耦合增益与波矢失配关系的讨论148

2.8.6 受激拉曼散射的方向性151

2.9 受激布里渊散射153

2.9.1 受激布里渊散射的量子模型154

2.9.2 强光作用下介质中的声波场方程157

2.9.3 存在弹性光学效应时的电磁场方程159

2.9.4 受激布里渊散射160

2.9.5 受激布里渊散射的多级散射谱线结构163

2.10 光折变效应165

2.10.1 光折变效应概述165

2.10.2 Kukhtarev光折变方程170

2.10.3 光折变晶体中的两光束耦合172

2.10.4 光折变晶体中的简并四波混频180

参考文献182

第3章 介质光波导的模式理论184

3.1 平板波导的线光学模型184

3.1.1 三层平板波导184

3.1.2 线光学模型确立的平板波导中模式本征方程185

3.1.3 模式本征方程的图解方法188

3.1.4 波导的归一化参量191

3.1.5 波导的有效厚度194

3.2 介质光波导电磁理论的基本原理196

3.2.1 介质光波导中场量及其分量所满足的方程196

3.2.2 波导的模式197

3.2.3 介质光波导中的波动方程199

3.2.4 由对称性得出的波导本征模的性质200

3.2.5 波导模式的正交性202

3.2.6 波导模式的展开式和归一化204

3.3 三层平板波导的电磁理论206

3.3.1 平板波导中模式的一般讨论206

3.3.2 对称平板波导中的导模208

3.3.3 不对称平板波导中的导模212

3.3.4 三层平板波导中波导层等效厚度和古斯-汉欣位移的估算217

3.4 具有渐变折射率分布的平板波导218

3.4.1 具有平方律分布的平板波导219

3.4.2 具有指数型分布的平板波导223

3.4.3 WKB近似法226

3.4.4 一维扩散平板波导233

3.5 条形介质波导236

3.5.1 矩形介质波导的马卡提里近似分析方法237

3.5.2 有效折射率法及其在矩形波导模式分析中的应用243

3.5.3 脊形波导246

3.6 渐变折射率矩形波导248

3.6.1 一维扩散条载波导248

3.6.2 二维扩散条形波导251

参考文献256

第4章 介质光波导器件和原理258

4.1 模耦合振幅方程的一般形式258

4.1.1 微扰波导中的微扰极化波源ΔP（r,t）258

4.1.2 模耦合振幅方程一般形式的推导258

4.2 定向耦合262

4.2.1 两相邻波导模式耦合的耦合振幅方程263

4.2.2 两相邻波导模式间的同向耦合263

4.2.3 两相邻波导模式间的反向耦合271

4.2.4 耦合波导系统的本征模式——超模273

4.2.5 半导体激光器阵列中的模耦合278

4.3 光波导结构中的光栅理论284

4.3.1 集成光路中使用的无源光栅器件介绍284

4.3.2 光栅耦合的模耦合方程一般形式285

4.3.3 共线耦合287

4.3.4 周期平板介质波导中的反向耦合289

4.3.5 用作光滤波器和反射器的周期性光波导294

4.4 常用光束——波导耦合方法和原理298

4.4.1 光栅耦合器298

4.4.2 棱镜耦合器308

4.4.3 端面的耦合方法316

4.5 电光波导调制器和开关317

4.5.1 相位调制器317

4.5.2 强度调制器320

4.5.3 定向耦合调制器和开关322

4.6 光波导波分复用器件327

4.6.1 马赫-曾德尔干涉仪复用器328

4.6.2 采用电光开关定向耦合结构的复用器330

4.6.3 阵列波导光栅复用器332

4.7 光波导偏振器338

4.7.1 金属包覆介质波导偏振器338

4.7.2 覆盖层使用各向异性晶体的偏振器342

4.7.3 钛扩散和质子交换组合波导偏振器343

参考文献343

第5章 光纤的模式理论和传输特性345

5.1 光纤的类型和阶跃型折射率光纤的光线理论分析345

5.1.1 常用光纤的结构和分类345

5.1.2 光纤中光线的种类347

5.1.3 子午光线传输特性分析348

5.1.4 偏斜光线传输特性分析351

5.1.5 传导偏斜光线的模式本征方程353

5.2 圆柱坐标系中的波动方程356

5.3 阶跃型折射率光纤中的模式理论360

5.3.1 阶跃型折射率光纤中导模的模式本征方程361

5.3.2 阶跃型折射率光纤中导模的类型、特征和模截止条件365

5.3.3 一般情形下用图解法求解阶跃型折射率光纤中模式本征方程370

5.3.4 光纤横截面内低阶导波模的电力线分布图373

5.4 阶跃型折射率光纤中的线偏振模式——LP模374

5.4.1 弱导条件下TE0m模和TM0m模的简并374

5.4.2 弱导条件下HEl+1,m模和EHl-1,m模的本征方程和模式简并375

5.4.3 弱导光纤中由HEl+1,m模和EHl-1,m模形成的叠加模式场分量376

5.4.4 线偏振模式LPlm378

5.4.5 阶跃型折射率光纤中LP模式的特性382

5.4.6 阶跃型折射率光纤中的功率流387

5.5 渐变折射率光纤的近似分析方法389

5.5.1 折射率具有平方律分布的光纤中模式近似分析方法390

5.5.2 在折射率具有圆对称平方律分布的光纤中光脉冲的传播393

5.5.3 具有平方律分布的光纤在柱坐标系中模场分布的近似解析解394

5.5.4 具有平方律分布的光纤中模式场分布的WKB近似分析方法397

5.5.5 用WKB近似法得到的结果求渐变折射率光纤中导模的容量402

5.6 光纤的损耗404

5.6.1 光纤的衰减系数404

5.6.2 光纤的损耗机理404

5.7 光纤的色散411

5.7.1 群延时和群延时率，模内色散简介412

5.7.2 模内色散之一——材料色散413

5.7.3 模内色散之二——波导色散418

5.7.4 群速度色散对单个模式构成的光脉冲传播的影响421

5.7.5 多模色散425

参考文献426

第6章 单模光纤：性质、器件和传感应用428

6.1 单模光纤的性质428

6.1.1 单模光纤中的传播模式和场的径向分布428

6.1.2 单模光纤中的色散431

6.2 单模光纤横向场分布的近似表示和耦合损耗的讨论435

6.2.1 单模光纤模式近场分布的高斯近似435

6.2.2 存在对准误差情况下单模光纤的耦合损耗438

6.3 单模光纤的双折射及其对脉冲展宽的影响440

6.3.1 纤芯不圆引起的形状双折射440

6.3.2 各向异性应力通过弹光效应引起的应力双折射442

6.3.3 保偏光纤444

6.4 单模光纤无源器件介绍447

6.4.1 光纤耦合器447

6.4.2 光纤偏振器450

6.4.3 光纤偏振控制器452

6.4.4 光纤光栅453

6.4.5 光纤相位调制器458

6.5 掺铒光纤放大器459

6.5.1 掺铒光纤放大器简介459

6.5.2 掺铒光纤放大器的工作原理460

6.5.3 掺铒光纤放大器中的速率方程462

6.5.4 掺铒光纤放大器中的泵浦光功率Pp（z）和信号光功率Ps（z）466

6.5.5 掺铒光纤放大器的增益471

6.5.6 掺铒光纤放大器中的噪声476

6.5.7 掺铒光纤放大器的结构476

6.6 光纤传感器简介477

6.6.1 马赫-曾德尔干涉仪型光纤传感器478

6.6.2 光纤电流传感器482

6.6.3 光纤旋转传感器（光纤陀螺）484

参考文献488

练习题490

附录A 单色平面波平均光强的计算公式505

附录B 分贝507

附录C 单模光纤中模场分布的高斯近似508

附录D 萨奈克效应的经典证明510

索引512