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童利民，Michael Sumetsky 著

图书标签:

• 微纳光纤
• 光纤光学
• 亚波长结构
• 光波导
• 纳米光子学
• 光学器件
• 光纤传感
• 生物光子学
• 材料科学
• 光学工程

出版社： 浙江大学出版社

ISBN：9787308068550

版次：1

商品编码：10649253

包装：精装

开本：16开

出版时间：2009-09-01

用纸：胶版纸

页数：228

字数：371000

内容简介

　　Subwavelength and Nanometer Diameter Optical Fibers provides acomprehensive and up-to-date coverage of research on nanoscaleoptical fibers including the basic physics and engineering aspects ofthe fabrication， properties and applications. The book discusses opti-cal micro/nanofibers that represent a perfect fusion of optical fibersand nanotechnology on subwavelength scale and covers a broadrange of topics in modern optical engineering， photonics and nano-technology spanning from fiber optics， near-field optics， nonlinearoptics， atom optics to nanofabrication and microphotonic compo-nents/devices. It is intended for researchers and graduate students inthe fields of photonics， nanotechnology， optical engineering and ma-terials science.

目录

Introduction
1.1 A Brief History of Micro- and Nanofibers
1.2 Concepts of MNFs and the Scope of this Book
References
2 Optical Waveguiding Properties of MNFs: Theory and Numerical Simulations
2.1 Basic Guiding Properties of Ideal MNFs
2.1.1 Mathematic Model
2.1.2 Single-mode Condition and Fundamental Modes
2.1.3 Fractional Power Inside the Core and Effective Diametet
2.1.4 Group Velocity and Waveguide Dispersion
2.2 Theory of MNFs with Microscopic Nonuniformities
2.2.1 Basic Equations
2.2.2 Conventional and Adiabatic Perturbation Theory
2.2.3 Transmission Loss Caused by a Weak and Smooth Nonuniformity
2.3 Theory of MNF Tapers
2.3.1 Semiclassical Solution of the Wave Equation in the Adiabatic Approximation and Expression of Radiation Loss
2.3.2 Optics of Light Propagation Along the Adiabatic MNF Tapers
2.3.3 Example of a Conical MNF Taper
2.3.4 Example of a Biconical MNF Taper
2.3.5 Example of an MNF Taper with Distributed Radiation Loss
2.4 The Thinnest MNF Optical Waveguide
2.5 Evanescent Coupling between Parallel MNFs: 3D-FDTD Simulation
2.5.1 Model for FDTD Simulation
2.5.2 Evanescent Coupling between two Identical Silica MNFs 45
2.5.3 Evanescent Coupling between two Silica MNFs with Different Diameters
2.5.4 Evanescent Coupling between a Silica MNF and a Tellurite MNF
2.6 Endface Output Patterns
2.6.1 MNFs with Flat Endfaces
2.6.2 MNFs with Angled Endfaces
2.6.3 MNFs with Spherical and Tapered Endfaces
2.7 MNF Interferometers and Resonators
2.7.1 MNF Mach-Zehnder and Sagnac Interferometers
2.7.2 MNF Loop Resonators
2.7.3 MNF Coil Resonators
References
3 Fabrication of MNFs
3.1 Taper Drawing Techniques
3.2 Taper-drawing Fabrication of Glass MNFs
3.2.1 Taper Grawing MNFs Rom Glass Fibers
3.2.2 Drawing MNFs Directly from Bulk Glasses
3.3 Drawing Polymer MNFs from Solutions
References
4 Properties of MNFs: Experimental Investigations
4.1 Micro/Nanomanipulation and Mechanical Properties of MNFs
4.1.1 Visibility of MNFs
4.1.2 MNF Manipulation
4.1.3 Tensile Strengths of MNFs
4.2 Optical Properties
4.2.1 Optical Losses
4.2.2 Effect of the Substrate References
5 MNF-based Photonic Components and Devices
5.1 Linear Waveguides and Waveguide Bends
5.1.1 Linear Waveguides
5.1.2 Waveguide Bends
5.2 Micro-couplers, Mach-Zehnder and Sagnac Interferometers
5.2.1 Micro-couplers
5.2.2 Mach-Zehnder Interferometers
5.2.3 Sagnac Interferometers
5.3 MNF Loop and Coil Resonators
5.3.1 MNF Loop Resonator （MLR） Fabricated by Macro-Manipulation
5.3.2 Knot MLR Fabricated by Micro-Manipulation
5.3.3 Experimental Demonstration of MCR
5.4 MNF Filters
5.4.1 Short-Pass Filters
5.4.2 Add-Drop Filters
5.5 MNF Lasers
5.5.1 Modeling MNF Ring Lasers
5.5.2 Numerical Simulation of Era+ and Yb3+ Doped MNF Ring Lasers
5.5.3 Er3+ and Yb3+ Codoped MNF Ring Lasers
5.5.4 Evanescent-Wave-Coupled MNF Dye Lasers
References
6 Micro/nanofiber Optical Sensors
6.1 Introduction
6.2 Application of a Straight MNF for Sensing
6.2.1 Microfluidic Refractive Index MNF Sensor
6.2.2 Hydrogen MNF Sensor
6.2.3 Molecular Absorption MNF Sensor
6.2.4 Humidity and Gas Polymer MNF Sensor
6.2.5 Optical Fiber Surface MNF Sensor
6.2.6 Atomic Fluorescence MNF Sensor
6.3 Application of Looped and Coiled MNF for Sensing
6.3.1 Ultra-Fast Direct Contact Gas Temperature Sensor
6.3.2 MCR Microfluidic Sensor
6.4 Resonant Photonic Sensors Using MNFs for Input and Output Connections
6.4.1 MNF/Microsphere and MNF/Microdisk Sensor
6.4.2 MNF/Microcylinder and MNF/Microcapillary Sensors
6.4.3 Multiple-Cavity Sensors Supported by MNFs
6.5 Summary
References
7 More Applications
7.1 Optical Nonlinear Effects in MNFs
7.2 MNFs for Atom Optics
7.3 Other Applications
References
Index

前言/序言

亚波长直径微纳光纤：一部关于光与物质互动极致探索的文献 这是一部深入探讨亚波长直径微纳光纤（Subwavelength-diameter Micro/Nano Fibers, 以下简称SDMFs）独特光学特性与广泛应用潜力的著作。本书旨在为读者构建一个关于SDMFs的全面认知框架，从基础理论到前沿技术，层层深入，揭示这种极细尺寸光纤在操控光与物质相互作用方面所能达到的极致境界。 第一部分：亚波长光纤的诞生与基本理论 本部分将追溯SDMFs的起源，介绍其发展历程，并详述其与传统光纤在尺寸、结构和光学特性上的根本区别。我们将详细阐述亚波长尺度下电磁场行为的独特之处，例如近场增强效应、高场强密度以及独特的束缚模式。 第一章：微纳光纤的演进与SDMFs的定义 从宏观到微观：光纤技术的发展简史。 微纳光纤的兴起：超越传统光纤尺寸的突破。 SDMFs的定义与关键特征：尺寸、几何形状、材料选择。 SDMFs在光波导领域的核心优势：高场约束、强非线性效应、紧凑尺寸。 第二章：亚波长尺度下的光学原理 麦克斯韦方程组在亚波长尺度下的特殊解。 表面等离激元共振（SPR）与SDMFs的相互作用。 倏逝波的增强与传播特性：超越衍射极限的可能。 非线性光学效应的激活：超连续谱产生、拉曼散射、光学参量放大等。 量子光学现象与SDMFs的结合：单光子源、量子纠缠的产生与操控。 第三章：SDMFs的制备技术 拉锥法： 核心技术原理与工艺流程。 不同拉锥方法（如火焰拉锥、电阻加热拉锥、CO2激光拉锥）的比较与优劣。 影响拉锥质量的关键参数：拉伸速率、温度梯度、原始光纤材质。 精确控制SDMFs直径、形貌与表面光滑度的挑战与对策。 其他制备技术： 化学气相沉积（CVD）法制备。 纳米压印与刻蚀技术。 3D打印技术在SDMFs制造中的潜力。 新型材料（如金属、半导体、介电材料）在SDMFs制备中的应用。 SDMFs的表征方法： 光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）在形貌分析中的应用。 光谱分析技术（如光谱仪、干涉仪）用于特性表征。 光传播损耗的测量与评估。 第二部分：SDMFs的独特光学特性与调控 本部分将深入剖析SDMFs在亚波长尺度下所展现出的非凡光学性能，并探讨如何通过设计和调控来优化这些性能，以满足不同应用的需求。 第四章：SDMFs的光场分布与传播模式 单一模式传播的极限与多模传播的控制。 亚波长光纤中电磁场分布的数值模拟与理论分析。 几何相位与动态相位在SDMFs中的应用。 不同直径和形状SDMFs的模式特性对比。 表面等离激元模式与介质模式的耦合。 第五章：非线性光学效应在SDMFs中的增强 高场强密度驱动下的非线性效应： 超连续谱（SC）产生： 原理、影响因素（脉冲参数、光纤长度、材料）。 拉曼散射与布里渊散射： 增强机理与潜在应用。 光学参量过程： 参量放大与振荡。 二次谐波与三次谐波产生： 在非线性晶体SDMFs中的实现。 SDMFs作为非线性光学器件的优势：低阈值、高效率、紧凑性。 新型非线性材料（如二维材料、量子点）与SDMFs的集成。 第六章：SDMFs的耦合、传感与操控 耦合机制： SDMFs与传统光纤的耦合。 SDMFs与微纳器件（如微腔、纳米粒子）的耦合。 定向耦合与模式选择性耦合。 传感应用： 高灵敏度折射率传感：基于SPR或模式变化。 温度、压力、应力传感。 生物分子与化学物质的检测。 表面增强拉曼散射（SERS）平台。 光场操控： 光镊与粒子操控。 光机械相互作用。 极化态的调控与转化。 第三部分：SDMFs的创新应用与未来展望 本部分将聚焦SDMFs在各个前沿领域的实际应用，并探讨其未来的发展趋势和潜在突破。 第七章：SDMFs在通信与信息处理领域的应用 超高密度光存储。 片上光子集成与微型化光学器件。 光信号处理与调制。 量子通信中的潜在应用。 第八章：SDMFs在生物医学与化学传感中的应用 高分辨率生物成像。 体外与体内诊断。 药物递送与靶向治疗。 环境监测与食品安全。 第九章：SDMFs在能源与环境领域的应用 高效光催化与能量转化。 新型太阳能电池。 水净化与污染物去除。 环境气体传感。 第十章：SDMFs的挑战与未来发展方向 SDMFs的稳定性和耐久性提升。 规模化、低成本的制造技术。 新型功能材料与SDMFs的融合。 跨学科的合作与应用拓展。 SDMFs在人工智能与机器学习领域的交叉研究。 下一代光子器件与光子集成电路的构建。 本书的读者群体涵盖了物理学、光学工程、材料科学、电子工程、生物医学工程、化学工程等多个领域的科研人员、工程师、研究生以及对光子技术充满好奇心的爱好者。通过阅读本书，读者将能够深刻理解SDMFs的科学原理，掌握其制备与调控技术，并洞察其在众多前沿科技领域展现出的巨大潜力和光明前景。我们相信，SDMFs将继续作为光与物质相互作用研究的强大工具，推动相关领域的革命性发展。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次翻开这本书的时候，就被其严谨的学术风格所震撼。序言部分深入浅出地阐述了研究亚波长直径微纳光纤的必要性和前瞻性，让我立刻感受到作者在这一领域深厚的积累和独到的见解。虽然我并非该领域的专业人士，但书中对基本概念的解释清晰易懂，即使是初学者也能循序渐进地理解。我特别喜欢作者在讲述理论知识时，穿插了大量的实验数据和图表，这不仅增加了说服力，也让抽象的概念变得更加具象化。我仿佛能够亲眼见证那些微纳光纤在显微镜下的形态，以及它们与光相互作用时产生的奇妙现象。我期待这本书能为我打开一个全新的视角，让我从微观的角度去理解光的本质，以及如何利用这些微小的结构来实现前所未有的光学功能。同时，我也对书中可能提及的实验方法和技术细节充满了好奇，希望能从中学习到一些严谨的科学研究方法，即使我不能亲自动手实践，也能从中汲取宝贵的知识养分。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，就像是打开了一本来自未来世界的说明书。我一直对那些改变我们生活的科技充满好奇，而亚波长直径微纳光纤这个概念，在我看来，无疑就属于这类能够颠覆现有格局的前沿技术。我常常在想，我们今天所使用的很多设备，可能在不久的将来就会被基于这些微纳光纤的新技术所取代。我希望这本书能够详细介绍这些技术的发展历程，它们是如何从最初的设想到最终的实现，其中经历了怎样的挑战和突破。我也很想了解，这些微纳光纤究竟能应用在哪些领域，比如通信、传感、医疗、能源等等，并且它们将如何革新这些行业。这本书的魅力在于，它不仅仅是停留在理论层面，而是充满了对未来应用场景的展望和预测，让我能够提前感受到科技发展的脉搏。读完这本书，我希望能对未来科技的发展有一个更清晰的认知，并且能够为之感到兴奋和期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，让我对光学领域有了全新的认识。我以前总觉得光学是一个相对古老而成熟的学科，但“亚波长直径微纳光纤”这个概念，却让我看到了这个领域蕴藏着无限的创新潜力。我希望这本书能够提供对这一前沿研究方向的全面梳理，包括其理论基础、实验技术以及潜在的应用前景。我特别想了解，科学家们是如何在纳米尺度上精确地控制光的行为，并且设计出具有特定功能的微纳光纤结构。书中是否会介绍一些创新的制造工艺，以及这些工艺所带来的挑战？同时，我也希望能够看到一些关于这项技术未来发展趋势的讨论，例如它将如何与人工智能、量子计算等其他新兴技术相结合，从而催生出颠覆性的应用。这本书对我来说，不仅仅是一份科学报告，更是一次关于人类智慧和探索精神的致敬。

评分☆☆☆☆☆

我之前对光纤的了解，大多停留在互联网和通信领域，知道它们在传输数据方面起着至关重要的作用。然而，这本书的标题“亚波长直径微纳光纤”立刻就引起了我的注意，它暗示着一种更精细、更微观的光纤技术。这让我好奇，为什么需要如此细的光纤，它们又有什么特别之处？我希望这本书能够解释清楚“亚波长”这个概念在光纤技术中的意义，以及它如何影响光的传播和操控。书中是否会涉及一些特殊的材料科学知识，用来制造如此精密的结构？我也很好奇，这种微纳光纤与传统光纤相比，在性能上会有哪些显著的优势，比如更高的带宽、更低的损耗，或者全新的功能？我期待这本书能够深入浅出地讲解这些关键问题，并且提供一些实际的例子，让我能够理解这项技术是如何被应用到实际中的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，深邃的蓝色背景上，几束微弱的光线交织成复杂的图案，仿佛预示着隐藏在其中的奥秘。我虽然对这个领域所知不多，但光是标题就足够让我产生浓厚的兴趣。亚波长，微纳光纤，这些词汇在我脑海中勾勒出微观世界的奇妙图景。我常常想象，在这个人类肉眼无法触及的尺度上，光是如何被引导、被操控的，又会展现出怎样令人惊叹的特性。我希望这本书能像一位经验丰富的向导，带领我一步步揭开这些面纱，让我理解那些微小的结构是如何影响光的行为，又能在哪些实际应用中发挥作用。我很好奇，这种技术是否能让我们看到更远的星辰，或者在医疗诊断上带来革命性的突破，亦或是构建更高效的光通信网络。即便我无法完全理解其中的技术细节，但光是能够窥探到这个领域的冰山一角，就已经足够让我心潮澎湃。我相信，这不仅仅是一本技术书籍，更是一扇通往未来科技之门，让我得以一窥那些正在改变世界的创新力量。