Оптика микроструюурированных волокон, Желтиков A.M., 2004

Оптика микроструюурированных волокон, Желтиков A.M., 2004.

   Микроструктурированные волокна открывают новую главу оптической физики. Материал, представленный в настоящей книге, иллюстрирует многие замечательные свойства микроструктурированных волокон, обеспечивающих высокую степень локализации электромагнитного излучения в сердцевине волокна и открывающих широкие возможности управления спектральным профилем дисперсионных характеристик путем изменения геометрии поперечного сечения волокна.




Метод конечных разностей.
Применение метода конечных разностей (FDTD) [8,9] к системе уравнений Максвелла, описывающей волноводные моды, имеет следующие особенности. С учетом зависимости электрической и магнитной компонент поля от координаты z интегрирование уравнений в трехмерном пространстве сводится к двумерному интегрированию. Задача решается с помощью стандартной процедуры метода конечных разностей [5,10]. В исследуемой области пространства строится дискретная сетка, на которой реальные электрическое и магнитное поля заменяются дискретными функциями, а континуальные производные в исходных дифференциальных уравнениях аппроксимируются эквивалентными конечно-разностными выражениями. Уравнения Максвелла при этом сводятся к системе обыкновенных алгебраических уравнений, которая решается с учетом граничных условий и начального распределения полей. После выхода решения разностной системы уравнений на стационарный режим применяется алгоритм быстрого преобразования Фурье, позволяющий определить спектр мод и дисперсию волноводных мод.

Следует отметить, что решение начально-краевых задач для областей конечных размеров затруднено из-за того, что электромагнитная волна, достигнув границы, отражается от нее, попадая обратно в область вычислений, тем самым искажая действительное распределение электромагнитного поля. Один из способов решения этой проблемы заключается в увеличении области вычислений до таких размеров, чтобы световая волна не успевала достичь границ за интересующий нас отрезок времени. Однако такой подход требует значительных затрат времени вычислений. С учетом сказанного выше идеальные граничные условия должны обеспечивать поглощение волны, достигающей границы области вычислений. Для дву- и трехмерных задач имеются трудности, связанные с формулировкой идеально поглощающих и достаточно простых граничных условий. Способы решения проблемы граничных условий для метода FDTD обсуждаются в работах [11-13].

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Предисловие.
Введение.
Глава 1. Свойства волноводных мод микроструктурированных волокон.
1.1. Одномодовый режим в микроструктурированных волокнах.
1.2. Уравнения волноводных мод: общая постановка задачи.
1.3. Методы численного анализа собственных мод микроструктурированных волокон.
1.3.1. Метод возмущений.
1.3.2. Метод разложения по плоским волнам.
1.3.3. Метод конечных разностей.
1.3.4. Модель коаксиального волновода.
1.3.5. Метод разложения по функциям Эрмита-Гаусса.
1.3.6. Степенной метод.
1.4. Качественный анализ оптических потерь и условий фазового согласования в собственных модах полых ФК-волокон.
1.4.1. Полые волноводы в нелинейной оптике сверхкоротких импульсов.
1.4.2. Уменьшение оптических потерь в полых волноводах с ФК-оболочкой.
1.4.3. Оптические потери излучения накачки в полом волокне со сплошной и ФК-оболочкой.
1.4.4. Распространение высших оптических гармоник в полом волноводе.
1.4.5. Фазовый синхронизм при генерации высших гармоник в полом волокне с ФК-оболочкой.
1.5. Заключение.
Литература.
Глава 2. Основы нелинейной волоконной оптики сверхкоротких импульсов.
2.1. Сверхкороткие импульсы в нелинейной волоконной оптике.
2.2. Основные физические процессы.
2.2.1. Эффекты дисперсии.
2.2.2. Фазовая самомодуляция.
2.2.3. Фазовая кросс-модуляция.
2.2.4. Многоволновые взаимодействия и генерация гармоник высокого порядка.
2.2.5. Вынужденное комбинационное рассеяние.
2.2.6. Эффекты, связанные с ионизацией газа.
2.3. Синтез сверхкоротких импульсов путем генерации сфазированных эквидистантных спектральных компонент.
2.4. Генерация сверхкоротких импульсов на основе фазовой самомодуляции.
2.4.1. Характеристики собственных мод полых волноводов.
2.4.2. Уравнение фазовой самомодуляции и его решение.
2.4.3. Эволюция амплитуды и чирпа.
2.4.4. Амплитуда сжатого импульса.
2.5. Фазовая кросс-модуляция и управление сверхкороткими импульсами.
2.6. Четырехволновые взаимодействия в полых волноводах и повышение чувствительности методов нелинейно-оптического газового анализа.
2.6.1. Диагностический аспект нелинейно-оптических процессов в полых волноводах
2.6.2. Основные соотношения для четырехволнового взаимодействия в полых волноводах.
2.6.2.1. Амплитуда ЧВВ-сигнала.
2.6.2.2. Увеличение эффективности ЧВВ в волноводном режиме.
2.6.2.3. Снятие запрета на генерацию третьей гармоники.
2.6.3. Экспериментальная техника.
2.6.4. Влияние высших волноводных мод.
2.7. Генерация гармоник высокого порядка в наполненных газом полых волноводах.
2.7.1. Полые волноводы как источники когерентного коротковолнового излучения.
2.7.2. Нелинейно-оптический отклик и эффекты распространения.
2.7.3. Эффекты ионизации.
2.8. Синтез сверхкоротких световых импульсов в полом волноводе с комбинационно-активным газом.
2.8.1. Нелинейно-оптические процессы в газовых средах и аттосекундная физика.
2.8.2. Влияние расстройки групповых скоростей на формирование сверхкоротких импульсов.
2.8.3. Пути уменьшения групповой расстройки в полых волноводах.
2.8.4. Генерация множественных стоксовых и антистоксовых компонент и синтез сверхкоротких импульсов.
2.8.5. Селективное возбуждение комбинационно-активных колебаний.
2.9. Уменьшение оптических потерь в полых волноводах с периодической оболочкой.
2.10. Заключение.
Литература.
Глава 3. Волноводное увеличение эффективности нелинейно-оптических процессов в микроструктурированных волокнах.
3.1. Микроструктурированные волокна: новый этап нелинейной оптики.
3.2. Физика волноводного увеличения эффективности нелинейно-оптических процессов.
3.3. Роль дифракции и физический предел волноводного увеличения эффективности нелинейно-оптических процессов.
3.4. Асимптотические выражения и численный анализ фактора волноводного увеличения эффективности нелинейно-оптических процессов.
3.5. ВКР и КАРС в собственных модах полых фотонно-кристаллических волокон.
3.6. Вынужденное комбинационное рассеяние.
3.7. Когерентное антистоксово рассеяние света.
3.8. Заключение.
Литература.
Глава 4. Управление локализацией света и нелинейно-оптическими взаимодействиями в микро- и наноструктурированных волокнах.
4.1. Управление оптическими явлениями в микроструктурированных волокнах.
4.2. Перестройка фотонной запрещенной зоны ФК-оболочки наноструктурированных волокон.
4.2.1. Численный анализ дисперсии и спектра пропускания ФК-волокна.
4.2.2. Измерение спектра пропускания оболочки ФК-волноводов.
4.3. Нелинейно-оптические взаимодействия сверхкоротких импульсов в микроструктурированных волокнах.
4.3.1. Площадь волноводной моды и эффективность фазовой самомодуляции в дырчатом волокне.
4.3.2. Экспериментальная техника.
4.3.3. Результаты и обсуждение.
4.4. Заключение.
Литература.
Глава 5. Модовая структура и спектральные свойства излучения суперконтинуума в микроструктурированных волокнах.
5.1. Генерация суперконтинуума в микроструктурированных волокнах.
5.2. Экспериментальная методика генерации суперконтинуума.
5.3. Модовая структура излучения суперконтинуума.
5.4. Нелинейно-оптическое преобразование частотных компонент суперконтинуума и кросс-корреляционные измерения.
5.5. Управление генерацией суперконтинуума с помощью изменения начального чирпа.
5.6. Форма спектра излучения суперконтинуума.
5.7. Заключение.
Литература.
Глава 6. Преобразование частоты фемтосекундных импульсов в микроструктурированных волокнах.
6.1. Проблема преобразования частоты и микроструктурированные волокна.
6.2. Мультиплексное преобразование частоты неусиленных импульсов титан-сапфирового лазера.
6.2.1. Экспериментальная методика.
6.2.2. Четырехволновые взаимодействия и мультиплексное преобразование частоты.
6.3. Преобразование частоты импульсов оптического параметрического усилителя и генерация управляемого суперконтинуума.
6.4. Нелинейно-оптическая трансформация спектра фемтосекундных импульсов лазера на хром-форстерите.
6.5. Преобразование частоты неусиленных фемтосекундных импульсов в МС-волокнах для приложений в фотохимии.
6.6. Генерация третьей гармоники в условиях фазовой кросс-модуляции.
6.6.1. Фазовая кросс-модуляция.
6.6.2. Амплитуда и фаза импульса третьей гармоники.
6.6.3. Фазовая расстройка для процесса генерации третьей гармоники.
6.6.4. Форма спектра импульса третьей гармоники.
6.7. Фемтосекундная спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света с использованием перестраиваемого излучения, генерируемого в фотоннокристаллических волокнах.
6.8. Поляризационно-управляемая трансформация спектра фемтосекундных импульсов в двулучепреломляющих микроструктурированных волокнах.
6.9. Генерация фемтосекундных импульсов антистоксова излучения.
6.10. Заключение.
Литература.
Глава 7. Волноводные моды полых фотонно-кристаллических волокон.
7.1. Полые волокна с фотонно-кристаллической оболочкой.
7.2. Экспериментальная техника и методика измерений.
7.3. Спектры пропускания и оптические потери.
7.4. Транспортировка мощных лазерных импульсов.
7.5. Полые волокна с апериодической структурой оболочки.
7.6. Эволюция огибающей и фазы фемтосекундных импульсов в полых фотонно-кристаллических волокнах.
7.7. Возможности транспортировки и фокусировки сверхкоротких импульсов мягкого рентгеновского излучения в поликапиллярных волноводах.
7.8. Заключение.
Литература.
Глава 8. Нелинейные взаимодействия лазерных импульсов в полых фотонно-кристаллических волокнах.
8.1. Четырехволновое взаимодействие в полых фотонно-кристаллических волокнах.
8.2. Фазовая самомодуляция фемтосекундных импульсов в полых фотоннокристаллических волокнах.
8.3. Эффекты пространственного само воздействия мощных лазерных импульсов в полых фотонно-кристаллических волноводах.
8.4. Заключение.
Литература.
Глава 9. Нелинейная оптика фемтосекундных импульсов в перетянутых волокнах.
9.1. Спектральное сверхуширение субнаноджоулевых фемтосекундных импульсов лазера на хром-форстерите в перетянутом волокне.
9.2. Условия обобщенного фазового синхронизма для процесса генерации третьей гармоники в условиях групповой задержки и нелинейного сдвига фазы.
9.3. Синхронная генерация третьей гармоники и двойной фазовый синхронизм при каскадных параметрических взаимодействиях в перетянутых волокнах
9.4. Заключение.
Литература.
Глава 10. Фотонно-молекулярные моды микроструктурированных волокон.
10.1. Микроструктурированные волокна: многообразие архитектуры и новые приложения.
10.2. Скалярная теория дисперсии двумерной циклической фотонной молекулы.
10.3. Экспериментальная техника.
10.4. Фотонные молекулы и фотонные кристаллы, генерирующие суперконтинуум.
10.5. Заключение.
Литература.
Заключение.



Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Оптика микроструюурированных волокон, Желтиков A.M., 2004 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.Купить эту книгу


Скачать - pdf - Яндекс.Диск.




Теги: учебник по физике :: физика :: Желтиков :: оптика