光纖通信系統(tǒng)中的偏振光學

第1章緒論
 
1.1光纖通信系統(tǒng)中研究光偏振的重要性
 
1.2光纖通信中偏振光學的數(shù)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(tài)的基本描述
 
2.1.1光的五種偏振態(tài)
 
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(tài)的瓊斯矢量描述
 
2.2.1偏振態(tài)的一般數(shù)學描述
 
2.2.2偏振態(tài)的瓊斯矢量描述
 
2.3偏振表象
 
2.3.1偏振態(tài)的正交
 
2.3.2偏振態(tài)在不同正交偏振基下的表示——偏振表象
 
2.3.3偏振態(tài)的表象變換
 
2.4偏振態(tài)的斯托克斯矢量描述
 
2.4.1斯托克斯參量的引入——偏振態(tài)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(tài)測試儀）
 
2.4.4偏振度的斯托克斯參量表示
 
2.5偏振態(tài)描述的龐加萊球和可視偏振態(tài)球
 
2.5.1偏振態(tài)的龐加萊球描述
 
2.5.2偏振態(tài)的可視偏振態(tài)球描述
 
2.6偏振態(tài)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普通光學中對于晶體雙折射的描述
 
3.1.1方解石中的雙折射現(xiàn)象
 
3.1.2普通光學對于雙折射的描述
 
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?shù)臄?shù)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?shù)谋菊髌衲Ｊ?br /> 
3.3.3光波在晶體中傳輸?shù)恼凵渎蕶E球描述
 
3.4旋光現(xiàn)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征偏振模式
 
3.4.3光學旋光效應理論
 
3.4.4光學旋光效應的本征偏振模式
 
3.5關于本征偏振模式的討論
 
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(xiàn)象與應用
 
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基于法拉第磁光效應的光隔離器和光環(huán)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(huán)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關于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(xiàn)象與保偏光纖
 
6.1光纖中的雙折射現(xiàn)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(huán)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應用
 
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(fā)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?shù)钠駪B(tài)演化
 
6.5.1保偏光纖中偏振態(tài)的演化
 
6.5.2一般雙折射光纖中偏振態(tài)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(chǎn)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(tǒng)的關系
 
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(tài)理論與一階偏振模色散
 
7.3.1偏振模色散的主態(tài)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(lián)模型
 
7.7.1雙折射小段級聯(lián)的偏振模色散級聯(lián)規(guī)則
 
7.7.2瓊斯空間中全階偏振模色散的級聯(lián)模型
 
7.8光纖偏振模色散的統(tǒng)計規(guī)律
 
7.8.1一階和二階偏振模色散服從的統(tǒng)計規(guī)律
 
7.8.2一階和二階偏振模色散的聯(lián)合概率密度
 
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(tài)方程
 
7.11非線性光纖通信系統(tǒng)中耦合非線性薛定諤方程和
馬納科夫方程
 
參考文獻
 
第8章偏振光學中基于自旋矢量的數(shù)學運算方法
 
8.1符號約定
 
8.2基于狄拉克符號的基本運算
 
8.2.1右矢和左矢表示偏振態(tài)
 
8.2.2偏振態(tài)的內積
 
8.2.3偏振態(tài)的正交
 
8.2.4偏振態(tài)的外積
 
8.2.5完備正交偏振基
 
8.3特征矢量、厄米矩陣和幺正矩陣
 
8.3.1特征矢量和特征值
 
8.3.2厄米矩陣
 
8.3.3幺正矩陣
 
8.4借助泡利矩陣描述算符
 
8.4.1泡利矩陣和泡利矢量
 
8.4.2借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(shù)算符
 
8.5.1什么是e指數(shù)算符
 
8.5.2e指數(shù)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(shù)算符
 
8.5.4關于e指數(shù)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(shù)學描述
 
9.2光波經(jīng)過偏振相關損耗器件后的強度變化
 
9.3光波經(jīng)過偏振相關損耗器件后偏振態(tài)的變化
 
9.4偏振相關損耗器件的級聯(lián)與偏振相關損耗的統(tǒng)計分布
 
9.4.1偏振相關損耗器件的級聯(lián)
 
9.4.2光纖通信系統(tǒng)中偏振相關損耗的統(tǒng)計規(guī)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(lián)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光脈沖延遲法
 
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瓊斯矩陣特征值分析法
 
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(tài)掃描法
 
10.3.2米勒矩陣法
 
參考文獻
 
第11章光纖通信系統(tǒng)中偏振效應建模
 
11.1光纖通信系統(tǒng)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(tǒng)
 
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?shù)膯栴}
 
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基于維納過程的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(tǒng)中偏振效應的均衡技術
 
12.1直接檢測光纖通信系統(tǒng)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(tǒng)中偏振效應的均衡技術
 
12.2.1相干檢測光纖通信系統(tǒng)中偏振效應均衡概述
 
12.2.2基于兩入兩出的偏振效應均衡方法
 
12.2.3基于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(tǒng)中基于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基于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于卡爾曼濾波器偏振效應均衡算法
的研究
 
12.4.1基于卡爾曼濾波器和三參量補償矩陣的超快
RSOP均衡
 
12.4.2基于卡爾曼濾波器的大PMD和超快RSOP
聯(lián)合均衡
 
12.4.3基于卡爾曼濾波器的大PMD、超快RSOP及RCD
聯(lián)合均衡方案
 
12.4.4基于卡爾曼濾波器的線性損傷一體化均衡方案
 
12.4.5協(xié)方差矩陣對角化的卡爾曼濾波器架構
 
參考文獻
 
索引