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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