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第1章 绪论1

1.1 光子晶体光纤1

1.1.1 PCF的分类1

1.1.2 PCF的色散2

1.1.3 PCF的特性和应用2

1.1.4 PCF的数值计算方法6

1.1.5 PCF的制备9

1.2 PCF中的非线性效应10

1.2.1 自相位调制和交叉相位调制10

1.2.2 受激拉曼散射和受激布里渊散射11

1.2.3 四波混频11

1.2.4 其他效应11

1.3 PCF中非线性特性的研究现状12

1.3.1 SC的产生12

1.3.2 光孤子14

1.3.3 全光开关14

1.4 PCF传感器的研究现状15

1.5 PCF弯曲损耗特性的研究现状17

参考文献18

第2章 理论模型28

2.1 平面波方法28

2.1.1 特征方程的建立28

2.1.2 带隙的计算33

2.1.3 模场的计算35

2.2 频域有限差分法36

2.2.1 模场计算理论36

2.2.2 带隙计算理论39

2.3 分步傅里叶算法44

2.3.1 广义非线性薛定谔方程44

2.3.2 耦合广义非线性薛定谔方程组47

2.3.3 分步傅里叶算法48

2.4 时域有限差分法50

2.4.1 麦克斯韦方程和Yee元胞50

2.4.2 三维FDTD法51

2.4.3 二维紧凑FDTD法54

2.4.4 吸收边界条件完全匹配层55

2.4.5 激励源设置58

2.4.6 时间步长和空间步长的选取59

2.5 光束传播法60

2.5.1 傅里叶变换光束传播法60

2.5.2 分步傅里叶算法61

2.5.3 边界条件63

2.6 光束传播-时域有限差分法63

2.6.1 已有算法的优缺点63

2.6.2 一种新型算法——光束传播-时域有限差分法64

2.6.3 BP-FDTD法的边界条件65

2.7 本章小结65

参考文献65

第3章 PBG-PCF的特性分析67

3.1 导光原理67

3.2 PWM程序实现步骤67

3.3 光波面内入射时的PBG68

3.3.1 正方晶格68

3.3.2 三角晶格73

3.4 二维光子晶体的模场分布78

3.4.1 周期性正方和三角晶格78

3.4.2 存在点缺陷的正方晶格81

3.4.3 存在点缺陷的三角晶格84

3.4.4 存在线缺陷的正方晶格85

3.5 光波由面外进入PCF时的PBG及模场分布86

3.5.1 晶格结构对PBG的影响86

3.5.2 原子占有率f对PBG的影响87

3.5.3 背景材料折射率n2对PBG的影响88

3.5.4 原子折射率n1对PBG的影响88

3.5.5 HC-1550-02型PCF的PBG及模场分布89

3.6 本章小结91

参考文献92

第4章 新型高双折射PCF的结构设计94

4.1 基本原理94

4.2 已有的高双折射PCF结构95

4.2.1 椭圆状的高双折射PCF95

4.2.2 中心空气孔不对称的高双折射PCF96

4.2.3 空气孔不规则的高双折射PCF96

4.2.4 空气孔非对称分布的高双折射PCF97

4.2.5 其他类型的高双折射PCF97

4.3 新型高双折射PCF的结构设计及特性分析98

4.3.1 模场分布和截止特性99

4.3.2 偏振特性101

4.3.3 损耗特性102

4.3.4 色散特性103

4.4 本章小结106

参考文献107

第5章 光子晶体光纤中SC的产生109

5.1 不同色散区域SC的产生109

5.1.1 反常色散区109

5.1.2 近零色散区111

5.1.3 正常色散区114

5.1.4 高阶效应对产生SC的影响115

5.2 高双折射PCF中SC的产生116

5.2.1 入射脉冲偏振方向沿PCF慢轴118

5.2.2 光脉冲沿任意偏振方向入射122

5.3 色散对超连续谱产生的影响123

5.3.1 二阶色散对超连续谱产生的影响124

5.3.2 三阶色散对超连续谱产生的影响126

5.3.3 数值模拟中色散阶数的选择129

5.4 色散平坦PCF和双零色散PCF中超连续谱的产生132

5.4.1 色散平坦PCF中超连续谱的产生132

5.4.2 双零色散PCF中超连续谱的产生136

5.4.3 PCF结构参数对色散曲线的影响143

5.5 双波长泵浦对超连续谱产生的影响143

5.5.1 泵浦脉冲中心波长对超连续谱产生的影响144

5.5.2 泵浦脉冲峰值功率对超连续谱产生的影响152

5.5.3 泵浦脉冲与信号脉冲之间的时间延迟对超连续谱产生的影响154

5.5.4 泵浦脉冲的初始脉冲宽度对超连续谱产生的影响156

5.6 本章小结158

参考文献158

第6章 类熊猫型高双折射PCF中的脉冲俘获分析160

6.1 理论模型160

6.2 泵浦和信号脉冲均沿快轴入射161

6.2.1 处于不同色散区的影响161

6.2.2 群速度的影响163

6.2.3 时域中心延迟的影响166

6.2.4 峰值功率的影响167

6.2.5 脉冲半宽度的影响167

6.2.6 脉冲中心波长的影响168

6.3 泵浦和信号脉冲分别沿快轴和慢轴入射169

6.3.1 时域中心延迟的影响170

6.3.2 峰值功率的影响171

6.3.3 脉冲半宽度的影响172

6.3.4 中心波长的影响173

6.4 本章小结174

参考文献174

第7章 PCF的弯曲特性分析176

7.1 弯曲光纤的等效折射率模型176

7.2 弯曲PCF的场能量及场分布沿传播方向的变化177

7.3 PCF弯曲振荡特性分析179

7.3.1 计算模型179

7.3.2 SMF的弯曲损耗振荡特性180

7.3.3 TIR-PCF的弯曲损耗振荡特性180

7.3.4 PBG-PCF的弯曲损耗振荡特性183

7.4 本章小结185

参考文献185

第8章 PCF中孤子的传输特性187

8.1 孤子187

8.2 孤子分裂与色散波的产生189

8.2.1 拉曼效应导致的孤子分裂189

8.2.2 高阶色散导致的孤子分裂及色散波产生190

8.2.3 色散曲线的影响191

8.3 孤子间的相互作用193

8.3.1 同频不同时的孤子间的相互作用193

8.3.2 同时不同频的孤子间的相互作用194

8.4 本章小结196

参考文献196

第9章 磁性光子晶体的光学特性197

9.1 磁性光子晶体的发展历史197

9.2 一维磁性光子晶体198

9.2.1 状态方程198

9.2.2 数值分析方法200

9.2.3 一维准周期结构磁性光子晶体201

9.2.4 斜入射情况205

9.3 二维磁性光子晶体206

9.3.1 周期结构二维磁性光子晶体206

9.3.2 缺陷结构二维磁性光子晶体212

9.4 本章小结214

参考文献214

第10章 用于分析PCF传输特性软件的用户界面设计217

10.1 MATLAB简介217

10.2 M文件实现界面设计217

10.3 界面操作流程及应用举例219

10.3.1 模式特性和散射特性219

10.3.2 光子晶体特性224

10.3.3 非线性特性224

10.4 本章小结226

参考文献226

第11章 时域有限差分程序设计及数值计算结果227

11.1 时域有限差分法实现的基本流程227

11.2 点源辐射场228

11.3 线源辐射场232

11.4 光波导辐射场234

11.5 本章小结236

参考文献236