光纖通信系統中的偏振光學

《光纖通信系統中的偏振光學》是2023年清華大學出版社出版的圖書，作者是張曉光、席麗霞、崔楠、張虎、肖曉晟、唐先鋒。

基本介紹

• 中文名：光纖通信系統中的偏振光學
• 作者：張曉光、席麗霞、崔楠、張虎、肖曉晟、唐先鋒
• 出版時間：2023年1月1日
• 出版社：清華大學出版社
• ISBN：9787302616610
• 定價：219 元

內容簡介

偏振復用技術(也稱為偏分復用技術)是光纖通信系統中的一項重要復用技術，套用偏振復用技術能夠使光纖通信容量加倍。光纖通信系統中套用到許多偏振器件。另外，光信號在光纖和光器件中傳輸時會因偏振效應引起偏振損傷，這些偏振效應主要包括光纖偏振模色散、偏振相關損耗和偏振旋轉等。

圖書目錄

第1章緒論

1.1光纖通信系統中研究光偏振的重要性

1.2光纖通信中偏振光學的數學描述體系

參考文獻

第一篇偏振光學基礎

第2章偏振光的描述

2.1偏振態的基本描述

2.1.1光的五種偏振態

2.1.2線偏振光

2.1.3圓偏振光

2.1.4橢圓偏振光

2.1.5自然光（非偏振光）

2.1.6部分偏振光

2.2偏振態的瓊斯矢量描述

2.2.1偏振態的一般數學描述

2.2.2偏振態的瓊斯矢量描述

2.3偏振表象

2.3.1偏振態的正交

2.3.2偏振態在不同正交偏振基下的表示——偏振表象

2.3.3偏振態的表象變換

2.4偏振態的斯托克斯矢量描述

2.4.1斯托克斯參量的引入——偏振態的斯托克斯矢量

2.4.2斯托克斯矢量各分量的物理意義

2.4.3斯托克斯矢量各分量的測量方法（偏振態測試儀）

2.4.4偏振度的斯托克斯參量表示

2.5偏振態描述的龐加萊球和可視偏振態球

2.5.1偏振態的龐加萊球描述

2.5.2偏振態的可視偏振態球描述

2.6偏振態在瓊斯空間和斯托克斯空間之間的轉換

2.6.1瓊斯矢量到斯托克斯矢量的變換

2.6.2斯托克斯矢量到瓊斯矢量的變換

參考文獻

第3章各向異性介質中的雙折射

3.1普通光學中對於晶體雙折射的描述

3.1.1方解石中的雙折射現象

3.1.2普通光學對於雙折射的描述

3.1.3線偏振起偏器

3.1.4相位延遲器

3.1.5晶體旋光的普通光學描述

3.1.6法拉第旋光的普通光學描述

3.2光在各向異性介質中傳輸的數學描述

3.2.1麥克斯韋電磁理論回顧

3.2.2各向異性介質中的極化特點

3.3晶體雙折射——線雙折射

3.3.1光波在晶體中的傳輸特點

3.3.2光波在晶體中傳輸的本徵偏振模式

3.3.3光波在晶體中傳輸的折射率橢球描述

3.4旋光現象——圓雙折射

3.4.1在強磁場作用下抗磁材料的旋光理論

3.4.2法拉第旋光效應的本徵偏振模式

3.4.3光學旋光效應理論

3.4.4光學旋光效應的本徵偏振模式

3.5關於本徵偏振模式的討論

參考文獻

第4章偏振器件的瓊斯矩陣和米勒矩陣描述

4.1基本偏振器件的瓊斯矩陣描述

4.1.1線起偏器的瓊斯矩陣

4.1.2相位延遲器的瓊斯矩陣

4.1.3旋轉器的瓊斯矩陣

4.2偏振器件瓊斯矩陣的表象變換

4.2.1從偏振矩陣的坐標變換到偏振表象變換

4.2.2不同偏振表象中起偏器的瓊斯矩陣表示

4.2.3不同偏振表象中線相位延遲器的瓊斯矩陣表示

4.2.4不同偏振表象中圓相位延遲器的瓊斯矩陣表示

4.3偏振器件在斯托克斯空間的米勒矩陣描述

4.3.1線起偏器的米勒矩陣

4.3.2線相位延遲器的米勒矩陣

4.3.3旋轉器的米勒矩陣

4.3.4θ方位角偏振器件的米勒矩陣

4.4對完全偏振光進行無損耗變換的3×3米勒矩陣

4.4.1基本偏振器件的3×3米勒矩陣和在斯托克斯空間的

旋轉對應

4.4.2斯托克斯空間中繞任意軸旋轉的米勒矩陣

4.5瓊斯矩陣與米勒矩陣之間的相互轉換

4.5.1偏振器件的瓊斯矩陣到米勒矩陣的變換

4.5.2偏振器件的米勒矩陣到瓊斯矩陣的變換

參考文獻

第二篇光纖通信中的偏振現象與套用

第5章光纖通信中常用的偏振器件和偏振控制器

5.1偏振分束器

5.1.1塊狀空間偏振分束器

5.1.2緊湊波導型偏振分束器

5.2基於法拉第磁光效應的光隔離器和光環形器

5.2.1法拉第磁光效應以及磁光材料

5.2.2光隔離器

5.2.3光環形器

5.3偏振控制器

5.3.1相位差固定方位角可調的偏振控制器

5.3.2方位角固定相位差可調的偏振控制器

5.3.3典型商用偏振控制器舉例

5.3.4關於偏振控制器自由度的討論

參考文獻

第6章光纖中的雙折射現象與保偏光纖

6.1光纖中的雙折射現象

6.1.1光纖橫截面變形成橢圓引起的雙折射

6.1.2在光纖橫向施加應力引起的雙折射

6.1.3光纖彎曲引起的雙折射

6.1.4光纖扭轉引起的雙折射

6.1.5光纖軸向磁場引起的雙折射

6.1.6光纖纖芯附近存在金屬層引起的雙折射

6.2光纖偏振控制器

6.2.1光纖環繞型波片偏振控制器

6.2.2光纖擠壓型偏振控制器

6.3光纖中法拉第旋光效應的套用

6.3.1利用光纖法拉第旋光效應測量大電流

6.3.2閃電在光纖中引發的法拉第旋光效應

6.4保偏光纖

6.4.1領結型保偏光纖

6.4.2熊貓型保偏光纖

6.4.3橢圓芯保偏光纖

6.5光在雙折射光纖中傳輸的偏振態演化

6.5.1保偏光纖中偏振態的演化

6.5.2一般雙折射光纖中偏振態的演化方程

參考文獻

第7章光纖中的偏振模色散

7.1偏振模色散的產生機理

7.2光纖通信領域中研究偏振模色散的意義

7.2.1光纖偏振模色散與光纖通信系統的關係

7.2.2光纖偏振模色散的研究歷史與進展

7.3偏振模色散的主態理論與一階偏振模色散

7.3.1偏振模色散的主態概念

7.3.2偏振模色散在瓊斯空間和斯托克斯空間的不同描述

方法

7.4二階偏振模色散理論

7.4.1偏振模色散矢量在斯托克斯空間泰勒展開的各階偏振

模色散表示

7.4.2二階偏振模色散對光信號傳輸影響的物理圖像

7.4.3斯托克斯空間偏振模色散矢量的一般表示式

7.5二階偏振模色散瓊斯空間描述與斯托克斯空間描述的對應問題

7.5.1瓊斯空間與斯托克斯空間描述二階偏振模色散對應

問題的提出

7.5.2二階偏振模色散在瓊斯空間中幾種描述舉例

7.6偏振傳輸矩陣中與頻率相關部分和無關部分的分離

7.6.1在只包含一階偏振模色散的傳輸矩陣中與

頻率相關和與頻率無關部分的分離

7.6.2將偏振傳輸矩陣進行頻率相關部分和頻率無關部分

劃分的意義

7.7全階偏振模色散的級聯模型

7.7.1雙折射小段級聯的偏振模色散級聯規則

7.7.2瓊斯空間中全階偏振模色散的級聯模型

7.8光纖偏振模色散的統計規律

7.8.1一階和二階偏振模色散服從的統計規律

7.8.2一階和二階偏振模色散的聯合機率密度

7.9偏振模式耦合： 雙折射意義上的短光纖和長光纖

7.10斯托克斯空間描述偏振模色散演化的動態方程

7.11非線性光纖通信系統中耦合非線性薛丁格方程和

馬納科夫方程

參考文獻

第8章偏振光學中基於自旋矢量的數學運算方法

8.1符號約定

8.2基於狄拉克符號的基本運算

8.2.1右矢和左矢表示偏振態

8.2.2偏振態的內積

8.2.3偏振態的正交

8.2.4偏振態的外積

8.2.5完備正交偏振基

8.3特徵矢量、厄米矩陣和么正矩陣

8.3.1特徵矢量和特徵值

8.3.2厄米矩陣

8.3.3么正矩陣

8.4藉助泡利矩陣描述算符

8.4.1泡利矩陣和泡利矢量

8.4.2藉助泡利矢量進行瓊斯矢量和斯托克斯矢量之間

的互換

8.4.3包含泡利矢量的矢量運算公式

8.5e指數算符

8.5.1什麼是e指數算符

8.5.2e指數算符的例子

8.5.3表述相位延遲器、偏振模色散和偏振相關損耗的

普遍e指數算符

8.5.4關於e指數算符相乘

參考文獻

第9章偏振相關損耗

9.1偏振相關損耗器件的數學描述

9.2光波經過偏振相關損耗器件後的強度變化

9.3光波經過偏振相關損耗器件後偏振態的變化

9.4偏振相關損耗器件的級聯與偏振相關損耗的統計分布

9.4.1偏振相關損耗器件的級聯

9.4.2光纖通信系統中偏振相關損耗的統計規律

9.5光纖中偏振相關損耗的演化方程

9.6光纖中偏振相關損耗與偏振模色散共存時的分析方法

9.6.1偏振模色散分析方法回顧

9.6.2偏振模色散與偏振相關損耗共存時的類比分析方法

9.6.3偏振模色散與偏振相關損耗共同存在時的級聯計算

參考文獻

第三篇光纖中偏振效應的測量、建模與均衡

第10章偏振效應的測量方法

10.1偏振模色散的時域測量方法

10.1.1光脈衝延遲法

10.1.2偏分復用孤子法

10.1.3干涉儀測量法

10.2偏振模色散的頻域測量方法

10.2.1固定分析儀法和薩尼亞克干涉儀法

10.2.2瓊斯矩陣特徵值分析法

10.2.3米勒矩陣法

10.2.4龐加萊球法

10.3偏振相關損耗的測量方法

10.3.1偏振態掃描法

10.3.2米勒矩陣法

參考文獻

第11章光纖通信系統中偏振效應建模

11.1光纖通信系統簡介

11.1.1光纖通信概覽

11.1.2光纖通信的基本概念與傳輸系統

11.2光纖中偏振旋轉效應的三參量建模

11.2.1偏振旋轉的描述矩陣是二參量的還是三參量的討論

11.2.2三參量偏振旋轉矩陣形式

11.3偏振旋轉效應造成光信號損傷的討論

11.3.1不同的二參量偏振旋轉矩陣造成信號損傷的

情況考察

11.3.2不同偏振旋轉矩陣之間相互補償的問題

11.4偏振旋轉的時間演化模型建模

11.4.1三參量時域演化RSOP模型

11.4.2基於維納過程的RSOP模型

11.5一階偏振模色散和偏振旋轉同時存在時的光纖信道建模

11.6高階偏振模色散和偏振旋轉同時存在時的光纖信道建模

11.6.1光纖鏈路偏振模色散建模遵循的原則

11.6.2光纖鏈路偏振模色散的時頻域演化建模

參考文獻

第12章光纖通信系統中偏振效應的均衡技術

12.1直接檢測光纖通信系統中偏振模色散的均衡技術

12.1.1電域補償技術

12.1.2光域補償技術

12.2相干檢測光纖通信系統中偏振效應的均衡技術

12.2.1相干檢測光纖通信系統中偏振效應均衡概述

12.2.2基於兩入兩齣的偏振效應均衡方法

12.2.3基於斯托克斯空間的偏振效應均衡算法

12.3相干檢測光纖通信系統中基於卡爾曼濾波器的偏振效應

均衡技術

12.3.1卡爾曼濾波器概述

12.3.2基於卡爾曼濾波器的偏振效應均衡算法概述

12.3.3國際上研究團隊利用卡爾曼濾波器進行偏分解復用

的案例

12.4北京郵電大學研究組基於卡爾曼濾波器偏振效應均衡算法

的研究

12.4.1基於卡爾曼濾波器和三參量補償矩陣的超快

RSOP均衡

12.4.2基於卡爾曼濾波器的大PMD和超快RSOP

聯合均衡

12.4.3基於卡爾曼濾波器的大PMD、超快RSOP及RCD

聯合均衡方案

12.4.4基於卡爾曼濾波器的線性損傷一體化均衡方案

12.4.5協方差矩陣對角化的卡爾曼濾波器架構

參考文獻

索引