全新正版光纤通信系统中的偏振光学9787302616610清华大学出版社

目录 章绪论 1.1光纤通信系统中研究光偏振的重要 12光纤通信中偏振光学的数学描述体系 参考文献 篇偏振光学基础 第2章偏振光的描述 2.1偏振态的基本描述 2.1.1光的五种偏振态 2.1.2线偏振光 2.1.3圆偏振光 2.1.4椭圆偏振光 2.1.5自然光（非偏振光） 2.1.6部分偏振光 2.2偏振态的琼斯矢量描述 2.2.1偏振态的一般数学描述 2.2.2偏振态的琼斯矢量描述 .偏振表象 ..1偏振态的正交 ..2偏振态在不同正交偏振基下的表示——偏振表象 ..偏振态的表象变换 2.4偏振态的斯托克斯矢量描述 2.4.1斯托克斯参量的引入——偏振态的斯托克斯矢量 2.4.2斯托克斯矢量各分量的物理意义 2.4.3斯托克斯矢量各分量的测量方法（偏振态测试仪） 2.4.4偏振度的斯托克斯参量表示 2.5偏振态描述的庞加莱球和可视偏振态球 2.5.1偏振态的庞加莱球描述 2.5.2偏振态的可视偏振态球描述 2.6偏振态在琼斯空间和斯托克斯空间之间的转换 2.6.1琼斯矢量到斯托克斯矢量的变换 2.6.2斯托克斯矢量到琼斯矢量的变换 参考文献 第3章各向异介质中的双折 3.1普通光学中对于晶体双折的描述 3.1.1方解石中的双折现象 3.1.2普通光学对于双折的描述 3.1.3线偏振起偏器 3.1.4相位延迟器 3.1.5晶体旋光的普通光学描述 3.1.6法拉第旋光的普通光学描述 3.2光在各向异介质中传输的数学描述 3.2.1麦克斯韦电磁理论回顾 3.2.2各向异介质中的极化特点 3.3晶体双折——线双折 3.3.1光波在晶体中的传输特点 3.3.2光波在晶体中传输的本征偏振模式 3.3.3光波在晶体中传输的折率椭球描述 3.4旋光现象——圆双折 3.4.1在强磁场作用下抗磁材料的旋光理论 3.4.2法拉第旋光效应的本征偏振模式 3.4.3光学旋光效应理论 3.4.4光学旋光效应的本征偏振模式 3.5关于本征偏振模式的讨论 参考文献 第4章偏振器件的琼斯矩阵和米勒矩阵描述 4.1基本偏振器件的琼斯矩阵描述 4.1.1线起偏器的琼斯矩阵 4.1.2相位延迟器的琼斯矩阵 4.1.3旋转器的琼斯矩阵 4.2偏振器件琼斯矩阵的表象变换 4.2.1从偏振矩阵的坐标变换到偏振表象变换 4.2.2不同偏振表象中起偏器的琼斯矩阵表示 4..不同偏振表象中线相位延迟器的琼斯矩阵表示 4.2.4不同偏振表象中圆相位延迟器的琼斯矩阵表示 4.3偏振器件在斯托克斯空间的米勒矩阵描述 4.3.1线起偏器的米勒矩阵 4.3.2线相位延迟器的米勒矩阵 4.3.3旋转器的米勒矩阵 4.3.4θ方位角偏振器件的米勒矩阵 4.4对接近偏振光进行无损耗变换的3×3米勒矩阵 4.4.1基本偏振器件的3×3米勒矩阵和在斯托克斯空间的 旋转对应 4.4.2斯托克斯空间中绕任意轴旋转的米勒矩阵 4.5琼斯矩阵与米勒矩阵之间的相互转换 4.5.1偏振器件的琼斯矩阵到米勒矩阵的变换 4.5.2偏振器件的米勒矩阵到琼斯矩阵的变换 参考文献 第二篇光纤通信中的偏振现象与应用 第5章光纤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块状空间偏振分束器 5.1.2紧凑波导型偏振分束器 5.2基于法拉第磁光效应的光隔离器和光环形器 5.2.1法拉第磁光效应以及磁光材料 5.2.2光隔离器 5..光环形器 5.3偏振控制器 5.3.1相位差固定方位角可调的偏振控制器 5.3.2方位角固定相位差可调的偏振控制器 5.3.3典型商用偏振控制器举例 5.3.4关于偏振控制器自由度的讨论 参考文献 第6章光纤中的双折现象与保偏光纤 6.1光纤中的双折现象 6.1.1光纤横截面变形成椭圆引起的双折 6.1.2在光纤横向施加应力引起的双折 6.1.3光纤弯曲引起的双折 6.1.4光纤扭转引起的双折 6.1.5光纤轴向磁场引起的双折 6.1.6光纤纤芯附近存在金属层引起的双折 6.2光纤偏振控制器 6.2.1光纤环绕型波片偏振控制器 6.2.2光纤挤压型偏振控制器 6.3光纤中法拉第旋光效应的应用 6.3.1利用光纤法拉第旋光效应测量大电流 6.3.2闪电在光纤中引发的法拉第旋光效应 6.4保偏光纤 6.4.1领结型保偏光纤 6.4.2熊猫型保偏光纤 6.4.3椭圆芯保偏光纤 6.5光在双折光纤中传输的偏振态演化 6.5.1保偏光纤中偏振态的演化 6.5.2一般双折光纤中偏振态的演化方程 参考文献 第7章光纤中的偏振模色散 7.1偏振模色散的产生机理 7.2光纤通信领域中研究偏振模色散的意义 7.2.1光纤偏振模色散与光纤通信系统的关系 7.2.2光纤偏振模色散的研究历史与进展 7.3偏振模色散的主态理论与一阶偏振模色散 7.3.1偏振模色散的主态概念 7.3.2偏振模色散在琼斯空间和斯托克斯空间的不同描述 方法 7.4二阶偏振模色散理论 7.4.1偏振模色散矢量在斯托克斯空间泰勒展开的各阶偏振 模色散表示 7.4.2二阶偏振模色散对光信号传输影响的物理图像 7.4.3斯托克斯空间偏振模色散矢量的一般表示式 7.5二阶偏振模色散琼斯空间描述与斯托克斯空间描述的对应问题 7.5.1琼斯空间与斯托克斯空间描述二阶偏振模色散对应 问题的提出 7.5.2二阶偏振模色散在琼斯空间中几种描述举例 7.6偏振传输矩阵中与频率相关部分和无关部分的分离 7.6.1在只包含一阶偏振模色散的传输矩阵中与 频率相关和与频率无关部分的分离 7.6.2将偏振传输矩阵进行频率相关部分和频率无关部分 划分的意义 7.7全阶偏振模色散的级联模型 7.7.1双折小段级联的偏振模色散级联规则 7.7.2琼斯空间中全阶偏振模色散的级联模型 7.8光纤偏振模色散的统计规律 7.8.1一阶和二阶偏振模色散服从的统计规律 7.8.2一阶和二阶偏振模色散的联合概率密度 7.9偏振模式耦合： 双折意义上的短光纤和长光纤 7.10斯托克斯空间描述偏振模色散演化的动态方程 7.11非线光纤通信系统中耦合非线薛定谔方程和 马纳科夫方程 参考文献 第8章偏振光学中基于自旋矢量的数学运算方法 8.1符号约定 8.2基于狄拉克符号的基本运算 8.2.1右矢和左矢表示偏振态 8.2.2偏振态的内积 8..偏振态的正交 8.2.4偏振态的外积 8.2.5完备正交偏振基 8.3特征矢量、厄米矩阵和幺正矩阵 8.3.1特征矢量和特征值 8.3.2厄米矩阵 8.3.3幺正矩阵 8.4借泡利矩阵描述算符 8.4.1泡利矩阵和泡利矢量 8.4.2借泡利矢量进行琼斯矢量和斯托克斯矢量之间 的互换 8.4.3包含泡利矢量的矢量运算公式 8.5e指数算符 8.5.1什么是e指数算符 8.5.2e指数算符的例子 8.5.3表述相位延迟器、偏振模色散和偏振相关损耗的 普遍e指数算符 8.5.4关于e指数算符相乘 参考文献 第9章偏振相关损耗 9.1偏振相关损耗器件的数学描述 9.2光波经过偏振相关损耗器件后的强度变化 9.3光波经过偏振相关损耗器件后偏振态的变化 9.4偏振相关损耗器件的级联与偏振相关损耗的统计分布 9.4.1偏振相关损耗器件的级联 9.4.2光纤通信系统中偏振相关损耗的统计规律 9.5光纤中偏振相关损耗的演化方程 9.6光纤中偏振相关损耗与偏振模色散共存时的分析方法 9.6.1偏振模色散分析方法回顾 9.6.2偏振模色散与偏振相关损耗共存时的类比分析方法 9.6.3偏振模色散与偏振相关损耗共同存在时的级联计算 参考文献 第三篇光纤中偏振效应的测量、建模与均衡 0章偏振效应的测量方法 10.1偏振模色散的时域测量方法 10.1.1光脉冲延迟法 10.1.2偏分复用孤子法 10.1.3干涉仪测量法 10.2偏振模色散的频域测量方法 10.2.1固定分析仪法和萨尼亚克干涉仪法 10.2.2琼斯矩阵特征值分析法 10..米勒矩阵法 10.2.4庞加莱球法 10.3偏振相关损耗的测量方法 10.3.1偏振态扫描法 10.3.2米勒矩阵法 参考文献 1章光纤通信系统中偏振效应建模 11.1光纤通信系统简介 11.1.1光纤通信概览 11.1.2光纤通信的基本概念与传输系统 11.2光纤中偏振旋转效应的三参量建模 11.2.1偏振旋转的描述矩阵是二参量的还是三参量的讨论 11.2.2三参量偏振旋转矩阵形式 11.3偏振旋转效应造成光信号损伤的讨论 11.3.1不同的二参量偏振旋转矩阵造成信号损伤的 情况考察 11.3.2不同偏振旋转矩阵之间相互补偿的问题 11.4偏振旋转的时间演化模型建模 11.4.1三参量时域演化RSOP模型 11.4.2基于维纳过程的RSOP模型 11.5一阶偏振模色散和偏振旋转同时存在时的光纤信道建模 11.6高阶偏振模色散和偏振旋转同时存在时的光纤信道建模 11.6.1光纤链路偏振模色散建模遵循的原则 11.6.2光纤链路偏振模色散的时频域演化建模 参考文献 2章光纤通信系统中偏振效应的均衡技术 12.1直接检测光纤通信系统中偏振模色散的均衡技术 12.1.1电域补偿技术 12.1.2光域补偿技术 12.2相干检测光纤通信系统中偏振效应的均衡技术 12.2.1相干检测光纤通信系统中偏振效应均衡概述 12.2.2基于两入两出的偏振效应均衡方法 12..基于斯托克斯空间的偏振效应均衡算法 1.相干检测光纤通信系统中基于卡尔曼滤波器的偏振效应 均衡技术 1..1卡尔曼滤波器概述 1..2基于卡尔曼滤波器的偏振效应均衡算法概述 1..国际上研究团队利用卡尔曼滤波器进行偏分解复用 的案例 12.4北京邮电大学研究组基于卡尔曼滤波器偏振效应均衡算法 的研究 12.4.1基于卡尔曼滤波器和三参量补偿矩阵的超快 RSOP均衡 12.4.2基于卡尔曼滤波器的大PMD和超快RSOP 联合均衡 12.4.3基于卡尔曼滤波器的大PMD、超快RSOP及RCD 联合均衡方案 12.4.4基于卡尔曼滤波器的线损伤一体化均衡方案 12.4.5协方差矩阵对角化的卡尔曼滤波器架构 参考文献 索引

张晓光,北京邮电大学信息光子学与光通信重点实验室、工程学院教授，享受津贴专家。长期从事《大学物理》、《光学》、《导波光学》、《非线光学》、《偏振光学》的教学，获得北京市高等学校名师奖。多次作为主持人主持863计划项目、自然科学项目、华为委托研发项目，从事光纤偏振效应与均衡、光频梳在光纤通信中的应用、光孤子通信的研究，获得信息产业部科技进步三等奖、中国通信学会科学技术三等奖、科技进步二等奖。2017年出版专著《光纤偏振模色散原理、测量与自适应补偿技术》，2013年和2019年分别出版译著《光学，第4版》、《光学，第6版》。

偏振复用技术(也称为偏分复用技术)是光纤通信系统中的一项重要复用技术，应用偏振复用技术能够使光纤通信容量加倍。光纤通信系统中应用到许多偏振器件。另外，光信号在光纤和光器件中传输时会因偏振效应引起偏振损伤，这些偏振效应主要包括光纤偏振模色散、偏振相关损耗和偏振旋转等。因此从事光纤通信研究的科学家、业界以及学通信工程的大学生都需要具备较系统的光偏振知识。本书以光纤通信系统为应用背景，系统介绍了偏振光学的相关理论、数学描述语言和偏振物理机理。在光偏振的理论基础上，本书还介绍了光通信常用的偏振器件，偏振旋转、偏振模色散和偏振相关损耗的物理机理，偏振效应的测量方法，光纤通信系统中的偏振效应建模以及偏振损伤的均衡方法。本书适合于光纤通信领城的研究人员、阅读，也可以作为通信专业、专业高年级生和相应课程的教材。

本书从偏振光的基本概念和基本理论出发，详细阐述偏振光在琼斯空间和斯托克斯空间的描述，以及两个空间之间的关系变换；紧接着作光纤中偏振效应的概述和介绍偏振控制器等偏振器件；接下来详细介绍光纤中主要的偏振效应偏振模色散和偏振相关损耗的理论模型、测量方法以及缓解补偿方法；详细介绍光纤通信系统中偏振效应的各种均衡技术，着重介绍本课题组有很大贡献的基于斯托克斯空间和基于卡尔曼滤波器的偏振效应均衡方法。

偏振复用技术(也称为偏分复用技术)是光纤通信系统中的一项重要复用技术，应用偏振复用技术能够使光纤通信容量加倍。光纤通信系统中应用到许多偏振器件。另外，光信号在光纤和光器件中传输时会因偏振效应引起偏振损伤，这些偏振效应主要包括光纤偏振模色散、偏振相关损耗和偏振旋转等。