【XH】 光纤偏振模色散原理.测量与自适应补偿技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张晓光，唐先锋，任晓敏 著

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• 光纤通信
• 偏振模色散
• 色散补偿
• 光纤技术
• 自适应补偿
• 光纤测量
• 信号处理
• 光通信系统
• 光纤器件
• 通信工程

店铺： 爱尚美润图书专营店

出版社： 北京邮电大学出版社

ISBN：9787563550920

商品编码：29489738700

包装：平装

出版时间：2017-06-01

基本信息

书名：光纤偏振模色散原理.测量与自适应补偿技术

定价：18.00元

作者：张晓光,唐先锋,任晓敏

出版社：北京邮电大学出版社

出版日期：2017-06-01

ISBN：9787563550920

字数：

页码：107

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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光纤偏振模色散是限制光纤通信系统进一步提升传输容量的重要限制因素之一，也是光纤通信领域里的一个研究热点。《光纤偏振模色散原理、测量与自适应补偿技术/国家出版基金“信息光子学与光通信系列丛书”》从基本的偏振光描述开始，较为系统、完整地介绍了光纤偏振模色散的产生机理，偏振模色散的主要测量方法，以及在直接检测光纤通信系统与相干检测光纤通信系统中对于偏振模色散补偿与均衡的主要方法。通过阅读《光纤偏振模色散原理、测量与自适应补偿技术/国家出版基金“信息光子学与光通信系列丛书”》，读者可以全面了解与光纤偏振和偏振模色散相关的原理与技术。
　　《光纤偏振模色散原理、测量与自适应补偿技术/国家出版基金“信息光子学与光通信系列丛书”》可供从事光纤通信领域研究的科技人员参考，也适合光纤通信相关专业的高年级本科生与研究生阅读，亦可作为研究生相应课程的教学用书。

目录

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章 绪论
1．1 光纤偏振模色散的研究意义
1．2 光纤偏振模色散的研究进展
本章参考文献

第2章 偏振光的描述
2．1 偏振光的一般数学表示
2．2 偏振光的琼斯矢量表示法
2．2．1 偏振光的琼斯矢量表示
2．2．2 偏振器件的琼斯矩阵表示
2．3 偏振光的斯托克斯矢量表示法
2．3．1 偏振光的斯托克斯矢量表示
2．3．2 偏振光的庞加莱球表示
2．3．3 偏振器件的米勒矩阵表示
2．4 偏振控制器的数学描述
本章参考文献

第3章 偏振模色散的产生机理与统计特性
3．1 单模光纤中偏振模色散的产生机理
3．2 偏振模色散的理论模型
3．2．1 偏振模色散的主态概念
3．2．2 偏振模色散的矢量描述
3．2．3 二阶偏振模色散
3．3 偏振模色散的数学分析模型与统计特性
3．3．1 动态方程
3．3．2 偏振模色散矢量的级联规则
3．3．3 琼斯矩阵传输法
3．3．4 光纤偏振模色散的统计规律
3．3．5 偏振模式耦合
3．3．6 耦合非线性薛定谔方程法与马纳科夫方程
本章参考文献

第4章 偏振模色散的测量方法
4．1 偏振模色散的时域测量方法
4．1．1 光脉冲延迟法
4．1．2 偏分孤子法
4．1．3 干涉仪测量法
4．2 偏振模色散的频域测量方法
4．2．1 固定分析仪法和Sagnac干涉仪法
4．2．2 琼斯矩阵特征值分析法
4．2．3 米勒矩阵法
4．2．4 庞加莱球法
4．3 偏振相关损耗的测量方法
4．3．1 偏振态扫描法
4．3．2 米勒矩阵法
本章参考文献

第5章 偏振模色散的补偿技术
5．1 直接检测光纤通信系统中偏振模色散的补偿技术
5．1．1 电域补偿技术
5．1．2 光域补偿技术
5．2 相干检测光纤通信系统中偏振模色散的补偿技术
5．2．1 相干接收系统中偏振效应均衡方法
5．2．2 恒模算法和判决导引小均方算法
5．2．3 基于斯托克斯空间的偏振效应均衡算法
5．2．4 基于卡尔曼滤波器的偏振效应均衡算法
本章参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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光信号传输的潜在挑战与先进解决方案 长距离光纤通信在现代信息社会中扮演着至关重要的角色，然而，在高速、大容量数据传输的追求过程中，信号质量的保持始终是一项严峻的挑战。其中，光纤的非线性效应、制造缺陷以及工作环境的变化，都可能导致信号在传输过程中发生一系列复杂的畸变，严重影响通信系统的性能。 偏振模色散（Polarization Mode Dispersion, PMD）便是其中一种极为普遍且难以忽视的效应。它源于光纤本身在制造或安装过程中不可避免存在的微小不对称性，导致光信号在不同偏振态下传播的速度和路径产生差异。打个比方，当一束光射入一根理想的光纤时，其在不同方向上的振动（即偏振态）理应以相同的速度前进。然而，在现实的光纤中，这种“理想”的对称性被打破了，就好比两条本应并行的赛道，其中一条的材质略有不同，导致两位选手即使起跑速度一致，也会因为赛道差异而产生先后到达终点的情况。 这种传播速度的差异，在短距离传输中可能微乎其微，但当光信号穿越成百上千公里的光纤网络时，这种累积效应将变得尤为显著。不同偏振态的光信号会随着传播距离的增加而逐渐“散开”，形成时间上的展宽。这种展宽不仅仅是简单的延迟，更会引起信号的形状扭曲，尤其是在高速传输的数字信号中，会直接导致相邻码元之间发生“串扰”（Inter-Symbol Interference, ISI）。试想一下，原本清晰明了的“0”和“1”信号，因为这种“散开”而变得模糊不清，甚至相互重叠，那么接收端就无法准确地判断出原始信号的序列，从而引发数据错误，严重时可能导致通信链路的完全失效。 PMD的影响并非静态不变，它具有显著的时间随机性和频率选择性。这意味着，即便是在同一根光纤上，PMD的程度也会随着时间（例如温度、应力等环境因素的变化）而波动，并且对于不同频率（也就是不同颜色的光）的光信号，其经历的PMD程度也可能不同。这种动态的不确定性，使得PMD的补偿和控制变得更加复杂。简单地采取某种固定策略来抵消PMD，往往难以适应其不断变化的状态。 PMD的成因主要可以归结为以下几点： 制造不完美（Manufacturing Imperfections）：光纤在拉丝过程中，即便是微量的非圆形截面、材料均匀性差异、以及内部应力分布不均，都会引入偏振相关的特性。这些细微的差异决定了光纤在两个正交偏振方向上具有不同的折射率，进而产生偏振相关延迟。 外界应力（External Stress）：光纤在铺设、弯曲、挤压过程中，会受到来自外部的机械应力。这些应力会改变光纤的几何形状和内部应力分布，导致双折射效应增强，从而加剧PMD。例如，在光缆的拐弯处，或者受到地面沉降、温度变化引起的材料膨胀收缩时，光纤都会承受不同程度的应力。 温度变化（Temperature Variations）：材料的热光效应（thermo-optic effect）和热膨胀效应（thermo-mechanical effect）都与温度有关。温度的变化会影响材料的折射率以及光纤的物理尺寸，从而改变其双折射特性，进而影响PMD。 非圆形截面（Non-circular Cross-section）：理想的光纤应具有完美的圆形截面。但实际生产的光纤，其截面往往存在微小的椭圆度。这种椭圆度使得光纤在不同方向上的有效折射率不同，从而引起PMD。 材料不均匀性（Material Inhomogeneity）：光纤芯层和包层材料的化学成分、掺杂浓度等如果存在微小的不均匀性，也会导致折射率在空间分布上产生差异，引入双折射。 PMD的严重性与信号的传输速率密切相关。随着通信系统向着10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s乃至更高的数据率发展，PMD的影响也日益凸显，成为限制超高速光通信系统性能提升的主要障碍之一。在这些高速系统中，码元间隔极短，即使是很小的PMD引起的时间展宽，也可能超过单个码元的持续时间，导致严重的误码。 因此，对于现代光通信系统而言，理解PMD的原理、准确地测量其参数，并开发有效的补偿技术，是确保信号完整性、提升通信质量、实现超高速率传输的关键。这涉及到对光纤物理特性的深入研究，对光信号偏振特性的精密监测，以及对复杂补偿算法的巧妙设计。 测量PMD是一个技术上颇具挑战性的环节。由于PMD的随机性和动态性，需要使用能够捕捉其瞬时特性的动态测量技术。传统的测量方法可能无法准确反映PMD在实际工作环境中的表现。准确的PMD测量为后续的补偿策略提供了重要依据，比如，知道PMD的平均值、方差以及其随时间的演化规律，才能设计出更具针对性的补偿方案。 自适应补偿技术的出现，为解决PMD问题提供了有力的手段。与固定补偿方式不同，自适应补偿系统能够实时监测PMD的变化，并根据监测结果自动调整补偿器件的参数，从而始终保持最佳的补偿效果。这种“随遇而变”的智能补偿机制，能够有效地应对PMD的动态特性，确保在各种工作条件下信号质量的稳定。自适应补偿技术通常包含两个核心部分：一是PMD监测单元，负责实时获取PMD信息；二是补偿单元，根据监测信息动态地改变其对偏振模色散的补偿作用。补偿单元通常采用可调双折射器件，如电光调制器、声光调制器或者机械式可调波片等，通过精确控制这些器件的参数，来抵消光纤引入的PMD。 开发高效、低成本、易于集成的PMD测量和补偿技术，是当前光通信领域研究的热点之一。这不仅有助于提升现有光网络的性能，还能为下一代超高速、超长距离光通信系统的设计奠定坚实的基础，进一步拓展信息传输的边界。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在光通信领域摸爬滚打多年的工程师，我对市面上大部分关于光纤特性的书籍都有所涉猎，但真正能够深入到偏振模色散（PMD）这种高阶、非线性效应的书籍并不多见。这本书的题目暗示了它将涵盖从基础的物理机理（原理）、到现场实际的量化手段（测量），再到最终的工程化解决方案（自适应补偿），形成一个完整的闭环知识体系。我非常关注其“测量”部分的内容，因为PMD的统计特性和时变性使得准确、快速的测量至关重要。书中是否会深入探讨如延迟差测量法（DMD）、回扫法（回差扫描）以及更先进的基于偏振分析仪的同步测量技术？尤其是在实际光缆部署环境下，如何处理温度变化、机械应力导致的PMD动态波动，并将其有效地整合到补偿算法的实时反馈回路中，是工程实践中的一大挑战。如果作者能提供一些真实的现场案例分析，哪怕是模拟环境下的复杂工况模拟，都将为我们解决实际问题提供宝贵的参考和思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的定位似乎是面向专业研究人员和资深工程师的，从其专业术语的密度来看，它不太可能提供太多基础物理知识的回顾。我猜测，书中的重点将放在如何将理论模型转化为可操作的工程指标和设计参数上。例如，对于不同类型的光纤（单模光纤、保偏光纤等）在不同工作波段（如C波段、L波段），其PMD的特性有何差异？在设计一套完整的PMD管理方案时，我们需要在光发射机、中继站和接收端分别布置哪些补偿策略？如果书中能够提供一套完整的系统设计流程图，将原理、测量和补偿技术有机地串联起来，帮助读者构建起一个完整的PMD工程实施框架，那么这本书就非常具有指导意义。我尤其希望看到关于长期运行可靠性和维护策略的章节，因为任何复杂的补偿系统都需要经过严格的验证和持续的维护才能发挥其应有的效能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名称本身就带着一种扑面而来的理工科的“硬核”气质。我猜想，内容必然是建立在扎实的电磁场理论和随机过程基础之上的。对于初学者来说，理解PMD的随机性、其概率分布函数（如瑞利分布）以及如何量化其对脉冲展宽的影响，本身就是一个难点。因此，我期望作者能用清晰的语言和直观的类比来阐释这些抽象的概念。例如，如何形象地描述光纤中随机耦合引起的“慢光”和“快光”偏振态之间的分离，以及这种分离是如何随时间演变的。如果作者能把这些理论与实际的光纤链路参数（如衰减、非线性效应）联系起来进行综合分析，使得读者能跳出“孤立看PMD”的思维定势，形成一个全面的传输系统认识，那么这本书的价值将得到极大的提升。我期待它不仅仅是一本技术手册，更是一本能够激发对光纤物理深刻理解的教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常简洁大气，黑色的背景上用白色和蓝色的字体勾勒出书名，给人一种专业、严谨的感觉。光是看到这个标题——【XH】 光纤偏振模色散原理.测量与自适应补偿技术——我就能感受到作者在这一领域深厚的功底。这绝不是那种泛泛而谈的科普读物，而是直指核心技术的深度探讨。我尤其期待书中关于“自适应补偿技术”的部分，因为在实际光纤通信系统中，PMD（偏振模色散）是影响系统性能的顽固障碍之一，单纯的理论分析固然重要，但能提供实用的、动态的、能够实时应对环境变化的补偿方案，才是衡量一本技术专著价值的关键。我希望书中能详细剖析不同补偿算法的优劣，比如基于反馈控制的方案与基于数字信号处理的方案之间的权衡，以及如何在高速率、大容量的传输系统（比如40Gb/s甚至100Gb/s以上）中有效部署这些技术。如果书中能配有清晰的数学推导和仿真结果对比图，那无疑能极大地提升阅读体验，帮助我这样的工程人员更好地理解和应用这些前沿技术。

评分☆☆☆☆☆

从“自适应补偿”这几个字来看，这本书显然紧跟了光通信技术发展的最前沿。在当前的超大带宽需求下，传统的固定补偿或手动调整已经完全无法适应光纤网络瞬息万变的工作环境。我非常好奇作者团队在开发自适应算法时采用了何种先进的控制策略。是基于梯度下降的优化算法，还是更复杂的机器学习模型来预测PMD的变化趋势？在实际的DSP（数字信号处理器）实现层面，运算复杂度是一个必须考虑的关键因素。如果书中能够详细介绍实现这些自适应算法所需的计算资源，以及如何通过硬件加速（如FPGA或ASIC）来满足实时性要求，那就太棒了。特别是关于收敛速度和稳态误差的讨论，这直接关系到系统在突发干扰下的恢复能力。我希望能看到详细的性能指标对比，证明其所提出的补偿方案在实际部署中确实优于现有的商业化解决方案。