Nonlinear Fiber Optics (Optics and Photonics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Govind Agrawal

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-01-15

价格:USD 93.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780120451432

丛书系列:

图书标签:

• 非线性
• 专业
• 非线性光学
• 光纤光学
• 光子学
• 非线性现象
• 光波导
• 光学材料
• 光通信
• 超连续谱
• 孤子
• 光纤激光器

现代光通信与光电子学基石：探索非线性光学现象及其应用 在瞬息万变的科技浪潮中，光通信以其惊人的传输速度和巨大的信息承载能力，成为现代社会不可或缺的动脉。而这一切的背后，是人类对光——这一古老而又神秘的现象——的深刻理解与巧妙驾驭。本书将带领您深入探索光学的奇妙世界，特别是其中最为迷人和富有挑战性的领域——非线性光学。 光与物质的深刻互动：非线性光学之源 传统的光学理论，即线性光学，描绘了光在介质中传播时，光强与介质响应之间呈线性关系的景象。然而，当光的强度达到一定阈值时，物质的响应便不再遵循线性规律，而是变得复杂且依赖于光的强度本身。这种光与物质之间非线性相互作用的现象，正是非线性光学所研究的核心。 本书将从基础概念出发，系统阐述非线性光学现象的本质。我们将探讨当光通过介质时，介质的折射率、吸收系数等光学参数如何随着光强的变化而改变。例如，介质的折射率不再是一个常数，而是与光强呈函数关系，这导致了诸如自聚焦、相位调制等一系列独特的物理效应。同样，介质的吸收特性也可能随着光强的升高而改变，催生出饱和吸收等现象。 关键的非线性效应及其物理机制 为了让读者对非线性光学有更直观的认识，本书将详细解析几种关键的非线性光学效应。 自聚焦（Self-focusing）与自散焦（Self-defocusing）： 当高强度光束通过具有正非线性折射率的介质时，光束中心折射率较高，边缘折射率较低，导致光束向中心聚焦，形成自聚焦现象。反之，负非线性折射率的介质则会导致自散焦。这种效应对于光束的控制和传输至关重要。 二次谐波产生（Second Harmonic Generation, SHG）与倍频： 在某些晶体中，当一束光以特定频率照射时，介质可以产生频率是入射光两倍的光。这是最经典的二次非线性光学效应之一，在激光技术、光学测量等领域有着广泛应用。 三阶非线性效应（Third-Order Nonlinear Effects）： 包括三阶谐波产生（Third Harmonic Generation, THG）、克尔效应（Kerr Effect，即光诱导折射率变化）、四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）等。克尔效应是产生自聚焦等现象的根本原因，而四波混频则允许不同频率的光波之间发生复杂的相互作用，是实现光信号处理和频率转换的重要机制。 光克尔效应（Optical Kerr Effect）： 详细剖析光克尔效应，这是许多其他非线性现象的基础。我们将讨论光克尔效应引起的瞬态折射率变化，以及它如何影响激光脉冲的形状和传播。 受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）与受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）： 这两种受激散射过程是强光与声学振动或分子振动相互作用的典型例子。它们能够有效地将入射光的能量转移到散射光中，并且常用于产生新的激光波长或实现光信号的放大。 自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）与交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）： SPM描述了单个光脉冲因其自身强度变化而引起的相位变化，这会 broaden 脉冲的频谱。XPM则描述了两个或多个光脉冲之间因相互作用而引起的相位变化，在多通道光通信中尤为重要。 光纤中的非线性现象：现代光通信的核心 在现代光通信系统中，光信号通常通过光纤进行传输。而光纤，尤其是具有高光强和长传输距离的光纤，正是孕育丰富非线性现象的理想场所。本书将深入探讨光纤中的非线性效应。 光纤克尔效应（Fiber Kerr Effect）： 这是光纤中最主要的非线性效应，导致了 SPM 和 XPM。我们将分析光纤的非线性系数以及光纤长度对这些效应的影响。 光纤色散（Fiber Dispersion）与非线性效应的协同作用： 色散会使光脉冲展宽，而非线性效应则可以补偿或加剧这种展宽。研究色散与非线性效应的相互作用，是理解和优化超长距离光纤通信系统性能的关键。 受激布里渊散射（SBS）在光纤中的应用与限制： SBS 在光纤中可以实现光信号的放大，但同时也可能导致信号失真和功率限制。我们将讨论如何控制和利用 SBS。 受激拉曼散射（SRS）在光纤中的应用： SRS 也是一种重要的非线性效应，可用于光纤放大器和波长转换。 四波混频（FWM）在密集波分复用（DWDM）系统中的影响： FWM 是 DWDM 系统中的一个重要噪声源，它会导致不同信道之间的串扰。我们将探讨 FWM 的发生机理以及抑制 FWM 的方法。 孤子（Solitons）的产生与特性： 在特定条件下，光纤中的色散效应和非线性效应可以达到一种动态平衡，形成具有稳定形状和独立传播特性的光孤子。光孤子是高密度、高速度光通信的理想载体，本书将对其生成条件、传播动力学以及应用进行深入探讨。 非线性光学的前沿应用与未来展望 非线性光学不仅是基础科学研究的热点，更是推动科技进步的重要力量。本书将展望非线性光学在各个领域的广泛应用。 超快激光技术： 非线性光学是产生和操控超短激光脉冲的关键，广泛应用于材料加工、精密测量、生物成像等领域。 光通信： 如前所述，非线性光学在提高光纤通信容量、延长传输距离、实现新型光信号处理等方面发挥着核心作用。 光信号处理： 利用非线性效应可以实现光开关、光逻辑门、光存储等，为未来光计算机和光网络的发展奠定基础。 光学传感与测量： 非线性光学效应的敏感性使其成为高精度传感和测量的有力工具，例如用于探测微弱信号或测量极端物理条件。 材料科学： 非线性光学材料的设计与合成，是开发新型光学器件和功能材料的关键。 光计算与量子信息： 在量子信息科学中，非线性光学效应在制备和操控量子态，实现量子计算方面展现出巨大潜力。 通过对非线性光学现象的深入剖析和对其在现代科技中的应用探索，本书旨在为读者提供一个全面、深入且前沿的视角，无论您是光学领域的学生、研究人员，还是对前沿技术充满好奇的科技爱好者，都将从中获益匪浅。本书将帮助您理解光如何以超越经典想象的方式与物质互动，并为您打开探索未来光技术无限可能的大门。

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作为一名长期在光电领域摸爬滚打的从业者，我见过太多理论书籍，它们往往能把“是什么”讲清楚，但对于“为什么会这样”和“如何避免/利用”却含糊其辞。这部《非线性光纤光学》在这方面做得尤为出色。它对受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的系统性分析，简直是工程设计中的“救命稻草”。我记得有一次我们的高功率光纤放大器出现了不稳定的功率波动，查阅了许多资料都无法定位问题根源，最后还是回翻这本书中关于SBS阈值计算和频移特性的章节，才意识到是泵浦光与信号光在特定频率差下的耦合导致的。书中对这些散射机制的建模，考虑了泵浦光、信号光和斯托克斯光的相互作用，并给出了明确的增益系数表达式，这远比简单地引用一个临界功率值要实用得多。此外，它对光纤中色散补偿和非线性管理策略的讨论，也充满了实战经验的智慧。它没有提供万能药方，而是教会你如何根据具体的光纤参数和传输码率来权衡各种非线性效应的影响，这才是真正的高级知识传授。这本书的价值不在于它包含了多少公式，而在于它教你如何用这些公式去“诊断”和“优化”一个真实的光纤链路。

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说实话，我拿起这本专门聚焦于“非线性”的专著时，内心是抱着一丝怀疑的，因为很多教科书在处理“非线性”这三个字时，往往会流于表面或过于抽象。然而，这本书的叙事方式，就像一个经验极其丰富的老工程师在给你拆解一个复杂系统。它并未将光纤的非线性视为一个孤立的数学障碍，而是将其置于整个光纤系统传输链中去考量其对信号完整性的实际影响。它对克尔效应的非线性折射率模型的讨论，细致到可以分辨出不同类型光纤中介质响应时间的差异，这对于设计高精度、高码率的系统至关重要。我最欣赏的是它对光孤子的处理，不仅限于理想的、无损的背景，它还扩展到了损耗、增益和光纤中的随机过程，这才是真正贴近现实工程的场景。读完这些章节，我才真正理解，为什么在某些超低损耗光纤中，即便是很小的非线性项积累起来也会导致系统性能的急剧恶化。这本书的结构设计非常巧妙，它让你先建立起宏观的物理图像，然后才逐渐深入到微观的数学描述，而不是一上来就用一堆偏微分方程轰炸你。这种由浅入深、层层递进的写作风格，极大地降低了理解难度，使得非线性光学不再是少数顶尖专家的专属领域，而是可以被认真钻研的工程科学。

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要评价一本如此专业的书籍，不能不提它的深度和广度。《非线性光纤光学》的覆盖面远远超出了基础的单模光纤传输。它深入探讨了少模光纤、特种光纤（如竹纤维或高双折射光纤）中的非线性行为差异，这对于前沿研究人员来说是极其宝贵的资源。例如，它对多模非线性耦合效应的讨论，直接关联到近年来热门的模式耦合激光器和模式复用技术。更进一步，它将非线性光学与更广阔的物理现象结合起来，比如在光纤布里渊光栅的形成过程中，非线性散射如何诱导周期性结构。这本书的伟大之处在于，它不仅总结了既有的成熟理论，还隐隐约约地指出了未来研究的方向和尚未完全解决的难题，这使得它即使在技术飞速迭代的今天，依然保持着强大的生命力。它成功地搭建了一座桥梁，连接了基础的量子电动力学、材料科学和前沿的光通信工程实践，为读者提供了一个全面、立体、且富有前瞻性的非线性光学知识体系。它不仅仅是一本书，更像是打开了一个通往更深层次光学世界的门户。

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这本书的排版和图示水平，也值得称赞，这在技术专著中往往是一个被忽视的细节。很多晦涩难懂的概念，如果配上糟糕的插图，读者的理解效率会大打折扣。但在这本书里，无论是色散曲线的示意图，还是非线性耦合项的矢量图，都制作得清晰明了，线条锐利，标注准确。特别是对于光纤模场分布和非线性相互作用区域的截面图示，极大地帮助我建立了三维的空间感。我尤其喜欢它在介绍光纤非线性参数 $gamma$（即非线性系数）时，是如何一步步从折射率的依赖关系推导出来的，这个过程非常严谨，没有跳过关键的积分步骤，这对于确保理论基础的牢固性至关重要。这种对细节的关注，体现了作者对该领域知识的深度掌握和对读者学习体验的尊重。阅读体验是学习效率的隐形推手，而这本书显然在这方面投入了大量精力，使得原本枯燥的理论推导过程，变成了一种富有条理的探索之旅。对于需要撰写技术报告或进行理论建模的人来说，书中提供的准确参数描述和标准化的数学表示，也为后续的工作提供了可靠的参考基准。

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这部《非线性光纤光学》的书，从我初次接触光纤通信领域到现在，一直是我案头常备的参考书。记得刚开始啃这块硬骨头时，感觉就像面对一座迷宫，公式和理论层出不穷，让人望而生畏。但这本书的厉害之处就在于，它没有像某些教科书那样，把复杂的物理现象堆砌在一起，而是循序渐进地引导读者理解其中的精髓。它不仅仅是罗列了薛定谔方程的各种形式，更重要的是，它深入剖析了非线性效应——比如自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）——是如何在光纤中扮演关键角色的。我尤其欣赏它在处理皮秒和飞秒脉冲传输时的那种细致入微。在超快光通信中，这些非线性效应既是限制因素，有时也是实现新功能的工具。作者没有回避那些棘手的数学推导，但总能配以清晰的物理图像作为支撑，这使得即便是初学者也能把握住核心概念。比如，它对孤子传播的阐述，简直是教科书级别的典范，如何通过平衡色散和非线性，构建出稳定的光脉冲，这一点讲得透彻极了。对于任何想在高速光通信、光纤激光器，或者更前沿的光学信号处理领域深耕的人来说，这本书提供的理论基石是无可替代的。它不是那种读完就束之高阁的工具书，更像是老朋友，每次翻阅都能从中找到新的理解和启发，尤其是在面对实际工程难题时，回溯书中的理论框架，往往能茅塞顿开。

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没怎么看。标记 一下。以后如果涉及非线性领域，或许会有用

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