非均匀光学传输系统中自相似脉冲与畸形脉冲操控的研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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戴朝卿，王悦悦 著

图书标签:

• 非均匀光学传输
• 自相似脉冲
• 畸形脉冲
• 脉冲操控
• 非线性光学
• 光纤通信
• 光学传输
• 脉冲压缩
• 孤子
• 光学效应

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030469618

版次：1

商品编码：11855523

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：125

字数：171000

正文语种：中文

内容简介

　　《非均匀光学传输系统中自相似脉冲与畸形脉冲操控的研究》以非均匀光纤中的各种变系数非线性薛定谔方程为模型，利用解析和数值模拟两种互补方法研究了空间衍射、时空耦合、高阶色散和高阶非线性效应对自相似脉冲的振幅、相位、啁啾因子及光波宽度等传输特性的影响，分析了畸形波的湮灭消失、维持、重现、快速激发等操控问题，着重讨论了多自相似脉冲和畸形脉冲的产生及其相互作用问题。对规避和利用畸形脉冲提出了可行性方案，为研究实际非均匀光纤系统中光脉冲的参量调控和动力学控制提供了一定的理论依据，对物质波孤子和等离子体中的孤波等其他物理领域中的动力学研究具有潜在的应用价值，并为高等院校和科研机构的非线性光学、数学物理、凝聚态物理等专业的科研工作者和研究生提供了重要的富有启发性的参考。
　　《非均匀光学传输系统中自相似脉冲与畸形脉冲操控的研究》可作为高等院校和科研机构的光学、数学、物理等专业的研究生和高年级本科生学习非线性科学的教材，也为从事光学、理论物理、数学物理和工程等方面研究的科技工作者提供了一本实用的参考书。

内页插图

目录

前言
第1章 绪论
1．1 光孤子的研究进展
1．2 自相似孤子的研究进展
1．3 光学畸形波的研究进展

第2章 光孤子相关的一些基本概念
2．1 光孤子的分类
2．1．1 时间光孤子
2．1．2 空间光孤子
2．1．3 时空光孤子
2．2 包络孤子
2．3 色散效应
2．4 非线性效应
2．4．1 克尔非线性效应
2．4．2 饱和非线性效应
2．4．3 热光非线性效应
2．4．4 重取向非线性效应
2．4．5 光折变非线性效应
2．5 脉冲自变陡和孤子自频移现象
2．5．1 脉冲自变陡现象
2．5．2 孤子自频移现象

第3章 理论研究方法
3．1 基于AKNS系统的达布变换法
3．2 相似约化方法
3．2．1 基于定态非线性薛定谔方程的约化方法
3．2．2 基于标准方程的约化方法
3．3 分裂步长快速傅里叶变换算法
3．4 稳定性分析
3．4．1 本征值方法
3．4．2 直接数值模拟
3．5 小结

第4章 1+1维自相似脉冲的操控研究
4．1 1+1维时间自相似孤子
4．1．1 理论模型及时间自相似孤子解
4．1．2 光纤中自相似脉冲传输特性及操控
4．2 1+1维空间自相似孤子
4．2．1 理论模型及空间自相似孤子解
4．2．2 光学波导中自相似脉冲传输特性及操控
4．3 小结

第5章 2+l维空间自相似子的操控研究
5．1 2+1维空间自相似孤子
5．1．1 理论模型及空间自相似孤子解
5．1．2 空间自相似脉冲传输特性及操控
5．2 2+1维非均匀三次一五次非线性介质中的局域孤子
5．2．1 理论模型及局域孤子解
5．2．2 局域孤子动力学及稳定性分析
5．3 小结

第6章 3+1维时空自相似脉冲的操控研究
6．1 时空自相似孤子
6．1．1 时空自相似孤子解
6．1．2 时空自相似脉冲传输特性及操控
6．2 三次一五次非线性介质中的时空自相似孤子
6．2．1 时空自相似孤子解
6．2．2 时空白相似脉冲传输特性及操控
6．3 小结

第7章 1+l维畸形波的操控研究
7．1 1+l维皮秒畸形波
7．1．1 理论模型及畸形波解
7．1．2 皮秒畸形波传输特性及操控
7．2 1+1维飞秒畸形波
7．2．1 理论模型及畸形波解
7．2．2 飞秒畸形波操控及隧穿效应
7．3 小结

第8章 高维畸形波的操控研究
8．1 2+1维库兹涅佐夫一马孤子
8．1．1 理论模型及库兹涅佐夫一马孤子解
8．1．2 叠加的库兹涅佐夫一马孤子传输特性及操控
8．2 3+1维畸形波
8．2．1 理论模型及畸形波解
8．2．2 高维畸形波传输特性及操控
8．3 小结
参考文献
结束语

前言/序言

光电信息处理与新型调制技术研究 本书系统性地探讨了光电信息处理领域的前沿技术，聚焦于高带宽、高精度信号传输与调制方案的设计与实现。内容涵盖了从基础光通信原理到先进调制格式的优化，以及在特定应用场景下的系统集成与性能评估。 第一章：光通信系统基础与传输限制 本章首先回顾了现代光通信系统的基本架构，包括光源、调制器、传输介质和探测器等关键组件的工作原理。重点分析了光纤通信中影响信息传输质量的几个核心因素：色散（Chromatic Dispersion, CD）和偏振模色散（Polarization Mode Dispersion, PMD）。我们详细阐述了这些线性损伤机制如何导致信号的展宽和码间串扰（Inter-Symbol Interference, ISI）。 随后，引入了非线性效应在高速光通信中的作用。尤其关注了光纤中的自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）和交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM），以及四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）等效应，它们在高功率、高谱度占用率的系统中对信号的相位和幅度造成复杂的耦合失真。 第二章：先进光调制格式与编码理论 本章深入剖析了为克服传输限制而发展起来的先进光调制格式。传统的强度调制/直接检测（IM/DD）系统因其灵敏度低和带宽受限，已逐渐被相干光通信技术取代。 我们详细介绍了相干检测技术的原理，包括本振光注入、偏振复用和数字信号处理（DSP）的协同作用。重点对比了多种高阶调制格式的性能优势与挑战： 1. 偏振复用（Polarization Division Multiplexing, PDM）技术：如何通过在两个正交偏振态上传输独立数据流来成倍提高频谱效率。讨论了PDM系统中偏振串扰的抑制方法。 2. M-ary 相移键控（M-PSK）与 M-ary 正交幅度调制（M-QAM）：分析了这些格式在相同符号率下实现更高比特率的能力，以及它们对光信噪比（OSNR）的敏感性差异。重点分析了高阶QAM（如 16QAM, 64QAM）在面对噪声和非线性效应时的鲁棒性设计。 此外，本章引入了前向纠错（Forward Error Correction, FEC）的原理及其在光通信中的应用。探讨了软判决译码（Soft-Decision Decoding）的性能提升，并讨论了针对不同调制格式优化的定制化FEC编码方案。 第三章：DSP在光信号恢复中的应用 数字信号处理（DSP）是现代高速光传输系统的“大脑”。本章集中讨论DSP在补偿传输损伤方面的关键技术。 1. 色散补偿：详细阐述了如何在接收端利用快速傅里叶变换（FFT）和逆傅里叶变换（IFFT）实现基于电子域的色散补偿算法，包括如何根据监测到的信号特征自适应地确定色散参数。 2. PMD补偿：介绍了基于算法的PMD均衡技术，如多模滤波（MMF）和基于代价函数的自适应均衡器（如最大似然序列估计 MLSE），以处理光纤中随机变化的时延和偏振旋转。 3. 非线性损伤的抑制：探讨了利用基于代价函数的迭代算法，如非线性均衡（NLE）技术，来预先或实时地逆转光纤中的非线性相位畸变。重点分析了基于多项式展开的近似逆模型在实际系统中的实现复杂度与性能权衡。 第四章：新型光信号处理技术与器件 本章侧重于物理层和混合处理层面上的创新，旨在提高系统的集成度和能效。 1. 硅光子集成（Silicon Photonics）：探讨了利用CMOS工艺制造光波导、调制器（如马赫-曾德尔调制器 MZMs）和探测器的最新进展，及其在构建紧凑、低成本相干收发机中的潜力。 2. 波长选择开关与复用技术：研究了密集波分复用（DWDM）系统的关键技术，包括无源和有源的波长选择开关（WSS）在灵活网络重构中的应用。讨论了频谱效率更高的超密集波分复用（UDWDM）的物理限制。 3. 基于电吸收调制器（EAM）的高速调制：分析了EAM在光载波上直接调制的技术细节，以及其在数据中心内部连接（DCI）场景中的成本效益优势。 第五章：光突发交换与动态网络架构 本章将视野扩展到网络层面，讨论了如何实现更灵活、资源利用率更高的光网络。 1. 光突发交换（Optical Burst Switching, OBS）：介绍了OBS的基本概念，以及它如何通过缓存机制（电子缓存或光缓存）来解决分组网络中的同步问题。重点分析了资源预留协议和调度算法的设计，以最小化丢包率和延迟。 2. 软件定义网络（SDN）在光网络中的集成：探讨了如何利用SDN的集中控制平面来优化光层资源的分配，实现对波长路径、功率电平的动态、全局优化管理。 3. 面向边缘计算和物联网的光接入网（Access Networks）：分析了在5G和未来6G网络中，光纤到户（FTTH）和无源光网络（PON）面临的带宽需求激增和延迟敏感性挑战。研究了如何将先进的调制和多址接入技术应用于这些接入场景。 本书旨在为从事高速光通信系统设计、光网络规划以及光电子器件研发的工程师和研究人员提供深入的理论指导和实用的技术参考。 --- （总字数约1500字）

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注光通信和超快物理学的研究者，我一直在寻找能将基础理论与前沿应用紧密结合的著作。这本书的标题立刻将我的注意力吸引到了一个非常关键且具有挑战性的领域——如何精确控制在非标准光纤或波导中传输的超短脉冲。在许多实际应用场景中，比如高功率激光系统或光纤传感，传输路径的非均匀性是不可避免的“敌人”。因此，如果本书能够系统地阐述如何通过设计特定的非均匀结构（比如梯度折射率材料）来实现对脉冲形状、群速度色散（GVD）甚至脉冲频谱的精准塑形，那将是非常宝贵的知识财富。我特别关注作者是否深入探讨了诸如自聚焦、自散焦的相互作用如何导致这些奇异脉冲的产生与演化，以及是否给出了有效的控制策略，这比单纯的理论推导更具实际指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当引人注目，那种深邃的蓝色背景下，光束以一种奇特的方式扭曲延伸，立刻抓住了我对非线性光学领域的兴趣。我一直对光在复杂介质中传输时的行为感到好奇，尤其是当介质本身的性质随着空间或时间变化时，光脉冲会发生怎样意想不到的演变。这本书的书名，虽然听起来专业性极强，但正是它所暗示的挑战性让我跃跃欲试。我期待看到作者如何深入浅出地剖析那些在均匀介质中很难观察到的现象。尤其“自相似脉冲”和“畸形脉冲”这两个概念，听起来就充满了动态和不确定性，很想了解它们是如何在非均匀环境中被成功地“操控”的。如果这本书能够提供清晰的理论框架和富有洞察力的实验验证，那它无疑会成为我书架上的一本常青树，随时可以拿出来回顾和学习。我对它的物理图像的清晰度和数学模型的严谨性抱有很高的期望。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对这种偏向理论物理的专著通常会持谨慎态度，因为很多时候，概念的解释会过于抽象，缺乏直观感受。然而，这本书“非均匀光学传输”这个前缀，让我觉得它可能提供了一种全新的视角来审视那些我们习以为常的光学现象。我希望作者不仅仅停留在求解非线性薛定谔方程（NLS）的特定解，而是能用更生动的方式解释这些解背后的物理机制。比如，自相似脉冲的形成机制，它是否暗示了一种能量与形状的某种内在平衡？而“畸形脉冲”的出现，又意味着哪些新的非线性效应被激发出来了？如果书中配有大量精美的仿真图或实验结果对比，能够直观展示脉冲从“正常”到“自相似”或“畸形”的转变过程，那阅读体验一定会大大提升。我期待看到一个既有深度又有广度的叙述。

评分☆☆☆☆☆

每一次接触新的专业书籍，我都会关注其作者团队的学术背景和研究方向，这很大程度上决定了书籍的侧重点。这本书的题目暗示了作者团队在探索光场动力学中非常前沿的分支。我非常好奇，在“操控”脉冲的过程中，作者是否引入了诸如光孤子重组、光包络振荡等更高级的非线性动力学概念？特别是在非均匀背景下，传统的孤子理论如何被修正？我希望看到的是一种对光脉冲在复杂环境中“生存与演化”的全面哲学探讨，而不仅仅是工程上的应用指导。如果书中能对未来该领域可能的发展方向，比如利用这些畸形脉冲进行新型信息编码或高精度传感，提供一些富有启发性的展望，那就再完美不过了。这本书的潜在价值，在于它能否激发下一代研究者去探索那些尚未被充分理解的非线性光场结构。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构和深度，对于我这种需要经常进行跨学科研究的人来说，是极其重要的考量因素。我希望这本书不仅仅是针对光学专业人士的，还能为材料科学和等离子体物理背景的研究人员提供一个可理解的切入点。非均匀性往往意味着边界效应或局部强耦合，这些在不同领域都有广泛的应用。我最感兴趣的是，作者如何处理那些具有高度空间依赖性的非线性项。在处理这些问题时，数值方法的选择至关重要。如果书中能够详细对比不同数值方案（比如分裂步法在非均匀介质中的适用性或更高级的有限差分方法）的优缺点，并且分析它们在捕捉脉冲的细微畸变时的局限性，那这本书的实用价值将得到指数级的提升。这种对计算方法严谨性的关注，往往是区分优秀专著和平庸教材的关键。