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柯熙政，邓莉君 著

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• 无线光通信
• 部分相干光
• 光传输
• 理论研究
• 光纤通信
• 大气光学
• 调制解调
• 信道建模
• 相干光通信
• 信息传输

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030503589

商品编码：29692118079

包装：平装

出版时间：2016-11-01

基本信息

书名:无线光通信中的部分相干光传输理论

定价：90.00元

售价：61.2元,便宜28.8元,折扣68

作者:柯熙政,邓莉君

出版社：科学出版社

出版日期：2016-11-01

ISBN：9787030503589

字数：

页码：254

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

无线激光通信融合了光纤通信与微波通信的优点，但是完全相干激光束在大气中传输易受大气湍流的影响，限制了无线激光通信系统性能的进一步提高。部分相干光受大气湍流影响小的优势弥补了相干光的不足，具有潜在的应用前景。《无线光通信中的部分相干光传输理论》详细介绍了完全相干光在大气中传输的湍流效应及研究部分相干光传输的分析方法。对部分相干光在湍流大气中的偏振特性、脉冲光束及部分涡旋光束的传输特性进行了分析。后在分析阵列光束在大气湍流中传输理论的基础上，对部分相干阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中的散斑特性进行了详细的论述。
　　《无线光通信中的部分相干光传输理论》可作为高等院校通信、网络等相关专业高年级本科生、研究生的教学用书，也可作为研究人员和工程技术人员的参考用书。

目录

作者介绍

文摘

序言

前言

章 绪论
1．1 无线光通信与大气湍流
1．2 大气湍流效应研究进展
1．3 大气湍流及其效应
1．3．1 湍流的形成
1．3．2 雷诺数
1．3．3 湍流的内、外尺度
1．3．4 湍流的特性
1．3．5 大气结构常数
1．4 大气湍流折射率起伏谱模型
1．4．1 光束扩展
1．4．2 光束漂移
1．4．3 光强闪烁
1．4．4 到达角起伏
1．4．5 大气湍流模型
1．5 部分相干光
1．5．1 部分相干光的定义
1．5．2 空间-时间域
1．5．3 空间-频率域
1．6 部分相干光的研究方法
1．6．1 广义惠更斯-菲涅耳原理
1．6．2 交叉谱密度函数
1．7 大气湍流中光传输的分析方法
1．7．1 Rytov近似
1．7．2 Markov近似
1．8 部分相干GSM光束的产生
1．8．1 基模高斯光束和GSM光束的相干性
1．8．2 相位屏理论
1．8．3 随机相位屏的生成及结果分析
1．8．4 实验及其结果分析
参考文献

第2章 光强分布与光束扩展
2．1 引言
2．2 光束在大气湍流中传输
2．2．1 光束在大气湍流中传输的几何模型
2．2．2 光束在大气湍流中传输的数学模型
2．3 大气湍流中光束传输数值分析
2．3．1 光强分布数值分析
2．3．2 光束扩展数值分析
参考文献

第3章 光束漂移
3．1 引言
3．2 部分相干光束在大气湍流中的光束漂移
3．3 水平传输的光束漂移与光束扩展
3．3．1 光束漂移
3．3．2 光束扩展半径
3．3．3 光束扩展特性分析
3．3．4 光束漂移特性分析
3．4 斜程传输的光束漂移与光束扩展
3．4．1 部分相干光斜程传输的几何模型
3．4．2 光束漂移理论推导
3．4．3 光束扩展半径
3．4．4 斜程传输扩展特性分析
参考文献

第4章 光强闪烁和到达角起伏
4．1 引言
4．2 相干光通信中的波前畸变与波前校正
4．3 光强闪烁与到达角起伏
4．3．1 光强起伏方差
4．3．2 到达角起伏方差
4．3．3 光强闪烁特性分析
4．3．4 到达角起伏特性分析
4．4 到达角起伏与湍流尺度等参数的关系
4．4．1 光束在湍流大气中传输时的到达角起伏方差
4．4．2 湍流内、外尺度与光束传输距离
4．4．3 不同源参数与到达角起伏
4．4．4 大气折射率结构常数与到达角起伏
4．4．5 到达角起伏与光束波长的关系
参考文献

第5章 角反射器回波光强特性
5．1 引言
5．1．1 目标回波特性研究进展
5．1．2 逆向调制系统
5．2 GSM光束双程斜程传输公式
5．3 归一化光强分布特性
5．3．1 上行链路中的光强分布
5．3．2 接收端的光强分布
5．4 数值分析
5．4．1 上行链路平均光强特性
5．4．2 接收端光强分布特性
参考文献

第6章 大气湍流中部分相干光束的偏振特性
6．1 引言
6．1．1 光束通过湍流介质时的偏振特性变化
6．1．2 相干检测及其偏振控制
6．2 理论分析
6．2．1 交叉谱密度矩阵
6．2．2 光束的偏振特性
6．2．3 光束的偏振方向角
6．3 数值计算分析
6．3．1 上行与下行传输偏振特性对比
6．3．2 水平与斜程传输偏振特性对比
参考文献

第7章 大气湍流尺度对部分相干光传输特性的影响
7．1 引言
7．2 理论计算
7．3 GSM光束在湍流大气中传输的光强分布
7．4 GSM光束在湍流大气中传输的光束扩展
7．5 GSM光束在湍流大气中传输的光束漂移
参考文献

第8章 脉冲光束在大气湍流中水平传输时的展宽
8．1 引言
8．2 频域-波束半径
8．3 时域-脉冲展宽
参考文献

第9章 部分相干涡旋光束在大气湍流中的传输
9．1 引言
9．2 理论计算
9．2．1 部分相干涡旋光束的光强分布
9．2．2 部分相干离轴涡旋光束的光强分布
9．3 数值计算分析
9．3．1 部分相干GSM涡旋光束在大气湍流中的光强分布
9．3．2 部分相干离轴涡旋光束在大气湍流中的光强分布
参考文献

0章 阵列光束在大气湍流中的传输
10．1 引言
10．2 理论计算
10．2．1 光强分布
10．2．2 均方根束宽
10．2．3 桶中功率
10．3 部分相干GSM阵列光束的光强分布和自耦合特性
10．3．1 传输距离对光强分布和自耦合特性的影响
10．3．2 光束圆心位置对光强分布和自耦合特性的影响
10．3．3 相干长度、大气折射率结构常数对光强分布和自耦合特性的影响
10．3．4 湍流内、外尺度对光强分布和自耦合特性的影响
10．4 部分相干GSM阵列光束的光束扩展
10．4．1 光束束腰宽度对均方根束宽的影响
10．4．2 相干长度、大气折射率结构常数对均方根束宽的影响
10．4．3 内、外尺度对均方根束宽的影响
10．5 部分相干GSM阵列光束的PIB
10．5．1 阵列光束圆心位置、大气折射率结构常数对PIB的影响
10．5．2 相干长度、桶半径对PIB的影响
参考文献

1章 非Kolmogorov大气湍流对径向部分相干阵列的影响
11．1 引言
11．2 理论分析
11．2．1 瑞利区间
11．2．2 湍流距离
11．3 数值计算分析
11．3．1 瑞利区间的比较
11．3．2 湍流距离的比较
参考文献

2章 部分相干光束的散斑特性
12．1 引言
12．2 平均散斑半径
12．3 数值分析
12．3．1 光源参数的影响
12．3．2 大气湍流的影响
参考文献

《量子纠缠与信息传输》 简介 量子世界以其超越经典物理的奇妙现象，为信息科学带来了革命性的视角。本书《量子纠缠与信息传输》深入探讨了量子纠缠这一核心概念，以及如何利用其独特的非局域性与关联性，构建前所未有的信息传输和处理方式。我们不会触及任何与无线光通信、部分相干光传输或相关领域的内容，而是将视角完全聚焦于量子力学原理及其在信息学中的应用。 第一部分：量子纠缠的理论基础 本部分将详细介绍量子纠缠的起源、本质及其数学描述。我们将从量子力学基本假设出发，逐步引导读者理解什么是量子态，以及量子叠加和量子测量如何成为纠缠产生的温床。 1.1 量子态与量子叠加： 我们将回顾量子力学中的基本概念，如波函数、希尔伯特空间，并重点讲解量子叠加态的含义。例如，一个量子比特可以同时处于 $|0 angle$ 和 $|1 angle$ 的叠加态，这种状态在经典世界中是不可能存在的。我们将深入分析叠加态的数学表示，例如 $|psi angle = alpha|0 angle + eta|1 angle$，其中 $|alpha|^2 + |eta|^2 = 1$。 1.2 量子测量与波函数坍缩： 经典测量总是以一种“观察而不影响”的方式进行，但在量子世界，测量行为本身会改变被测量系统的状态。我们将详细阐述量子测量的概率性以及测量后波函数坍缩的现象。例如，对处于 $|psi angle$ 态的量子比特进行测量，得到 $|0 angle$ 的概率是 $|alpha|^2$，得到 $|1 angle$ 的概率是 $|eta|^2$，并且一旦测量结果为 $|0 angle$，该量子比特的状态将变为 $|0 angle$。 1.3 纠缠态的定义与产生： 纠缠是量子力学中最令人费解但也最具潜力的特性之一。我们将正式定义什么是量子纠缠，特别是对于多粒子系统。当一个多粒子系统的整体量子态无法被分解为各个粒子独立量子态的乘积时，这些粒子就被称为处于纠缠态。我们将介绍几种常见的纠缠态，例如贝尔态（Bell states），如 $|Phi^+ angle = frac{1}{sqrt{2}}(|00 angle + |11 angle)$ 和 $|Psi^+ angle = frac{1}{sqrt{2}}(|01 angle + |10 angle)$。本书将重点分析这些纠缠态的性质，以及它们如何通过特定的物理过程产生，例如通过粒子衰变或受控量子门操作。 1.4 非局域性与贝尔不等式： 量子纠缠最令人惊叹的特性是其非局域性。即使两个纠缠粒子相隔遥远，对其中一个粒子的测量结果似乎能够瞬间影响另一个粒子的状态。我们将深入探讨这一“幽灵般的超距作用”，并详细介绍贝尔不等式。我们将解释贝尔不等式如何将经典关联的上限与量子关联区分开来，以及实验如何一次又一次地违反贝尔不等式，有力地证明了量子纠缠的非局域性，并排除了局域隐变量理论的可能性。 第二部分：量子纠缠在信息传输中的应用 在理解了量子纠缠的理论基础后，本部分将聚焦于如何利用这一奇特性质来实现超越经典极限的信息传输任务。 2.1 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 量子隐形传态是量子纠缠最著名的应用之一。它并非传输粒子本身，而是传输一个未知量子态的信息。我们将详细阐述量子隐形传态的协议，包括所需资源（一对纠缠粒子、经典通信信道）以及通信过程中的具体操作步骤。我们将分析这一过程如何结合量子纠缠和经典通信，实现对一个未知量子态的精确复制，即使通信双方事先不知道这个量子态是什么。我们将深入讲解贝尔测量在隐形传态中的关键作用，以及如何根据经典通信的结果重构原始量子态。 2.2 量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）： 量子密钥分发利用量子力学原理，使得通信双方能够生成一套完全随机且无法被窃听的密钥。我们将介绍几种主要的QKD协议，例如BB84协议和E91协议。BB84协议利用单光子的偏振态编码信息，而E91协议则巧妙地利用量子纠缠的非局域性来保证安全性。我们将详细分析这些协议的原理，以及它们如何通过测量量子态来检测窃听者的存在。我们将重点阐述为何基于量子力学原理的QKD能够提供信息论安全保障，而经典加密算法可能面临被破解的风险。 2.3 量子纠缠辅助通信： 除了直接传输信息，量子纠缠还可以作为一种资源，提升经典通信的效率或安全性。我们将探讨一些量子纠缠辅助的通信方案，例如： 超密度编码（Superdense Coding）： 利用一对预先共享的纠缠粒子，一位发送者可以通过发送单个量子比特，将两个经典比特的信息传递给接收者。我们将分析其原理，并与经典通信中的信息传输速率进行对比。 量子纠缠蒸馏（Quantum Entanglement Distillation）： 在实际的量子通信过程中，纠缠态会受到环境噪声的影响而退化。量子纠缠蒸馏技术可以从一对不完美的纠缠态中提取出更高质量的纠缠对，从而维持通信质量。我们将介绍一些基本的纠缠蒸馏协议，例如Wootters协议。 2.4 量子网络与量子互联网的初步设想： 展望未来，将无数的量子设备连接起来，构建一个量子互联网，将是信息传输领域的一大飞跃。本书将初步探讨构建量子网络所面临的挑战，以及量子纠缠在其中扮演的关键角色。我们将讨论量子中继器（Quantum Repeaters）的概念，以及如何利用量子纠缠的性质来克服长距离传输中的信号衰减问题。 第三部分：量子纠缠的实验实现与挑战 理论的美妙需要通过实验来验证。本部分将审视量子纠缠的实验实现现状，并讨论其面临的挑战和未来的发展方向。 3.1 产生和操纵纠缠的物理系统： 我们将介绍目前用于产生和操纵量子纠缠的主要物理系统，包括： 光子： 光子是实现量子信息任务的理想载体，因为它们可以长距离传播且与环境相互作用较弱。我们将讨论如何通过非线性光学过程（如参量下转换）产生纠缠光子对。 超导电路： 超导量子比特（如Transmon）是当前实现量子计算和量子通信的重要平台，它们可以通过微波光子与环境进行相互作用，实现纠缠。 囚禁离子： 囚禁离子通过电磁场被固定在真空中，并可通过激光进行精确控制，实现高质量的纠缠。 中性原子： 中性原子通过光镊等技术被囚禁，并可以通过里德堡态等相互作用实现纠缠。 3.2 衡量纠缠的度量： 如何量化一个纠缠态的“纠缠度”是理论和实验中都非常重要的问题。我们将介绍一些常用的纠缠度量方法，例如纠缠熵（Entanglement Entropy）和纠缠保真度（Entanglement Fidelity）。 3.3 实验中的主要挑战： 尽管取得了显著进展，但实现大规模、高保真度的量子纠缠通信仍面临诸多挑战，例如： 退相干（Decoherence）： 量子系统极易受到环境噪声的影响而失去其量子特性，导致纠缠退化。 可扩展性（Scalability）： 如何将少量的纠缠粒子扩展到大规模系统，是构建实用量子网络的瓶颈。 量子器件的集成与控制： 如何精确地控制大量的量子比特，并实现它们之间的有效连接，是巨大的工程挑战。 远距离传输： 在远距离传输中，如何保持纠缠态的质量，以及如何构建高效的量子中继器，是亟待解决的问题。 3.4 未来展望： 本部分将展望量子纠缠在信息传输领域未来的发展趋势，包括更高性能的量子密钥分发系统、更强大的量子隐形传态协议，以及更接近现实的量子互联网。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的量子纠缠与信息传输的理论框架，并激发对这一前沿领域更深入的探索。我们避免了与无线光通信相关的任何技术细节，而是专注于量子力学最深刻的现象及其在信息革命中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

该书在处理光通信中的随机过程和概率论应用方面，展现出了卓越的洞察力。它成功地将统计物理学的概念无缝地嫁接到了光场传输的分析中，使得原本难以捉摸的随机噪声和干扰源，得以在清晰的概率密度函数框架下进行量化处理。我被作者对“相干性”这一物理量在不同尺度下的多重定义所折服，这体现了作者对光物理本质的深刻理解。书中的章节安排清晰地引导读者理解，为什么在特定的传输条件下，经典的光传输模型会失效，以及如何通过引入更精细的相干性描述来修正这些不足。对于从事新型光源（如超辐射或高阶调制格式）研究的人员来说，理解这些底层机制至关重要。这本书的论述风格大气磅礴，它不局限于单一的解决方案，而是致力于提供一套普适性的分析工具集，帮助读者构建自己解决问题的理论武器库。总而言之，这是一部奠基性的学术著作，其影响力将超越当前的技术热点，辐射到更广阔的光学信息科学领域。

评分☆☆☆☆☆

这部文献的阅读体验是相当“硬核”的，它显然是写给那些已经对光通信有扎实背景知识的专业人士阅读的。行文之间洋溢着一种对精确性的不懈追求，每一个术语的引入都经过了审慎的考量，每一个数学符号的运用都服务于严密的逻辑链条。我尤其对其中关于“光束质量因子”与“相干性退化”之间关系的探讨印象深刻。作者没有停留在常用的高斯光束模型上，而是引入了更具一般性的光场描述方法，这极大地拓宽了分析的适用范围。对于那些致力于设计下一代超高速、超远距离光传输系统的研究人员来说，书中对信噪比（SNR）边界的严格推导，提供了不可或缺的理论依据。它不是一本快速获取答案的书，而是一本需要坐下来、拿起笔进行演算和深思的书籍。它的价值在于构建了一套严密的思维框架，让读者能够独立应对未来可能出现的、尚未被现有模型完全覆盖的光传输挑战。

评分☆☆☆☆☆

我最近翻阅的这本关于光传输的专著，给我的感觉是它更像是一本“理论探索手册”，而非面向初学者的入门指南。它的语言风格偏向于高度的数学化和物理抽象，对于那些习惯于工程应用层面的读者来说，可能需要花费更多的精力去消化其中蕴含的深刻物理内涵。我尤其关注了其中关于非线性光学效应在高速传输中的作用分析部分，作者似乎将重点放在了如何利用理论工具来预测和规避这些效应带来的系统性能劣化。书中的推导过程非常细致，每一步的假设和结论都论证得无懈可击，体现了作者对该领域研究前沿的敏锐把握。然而，对于实践工程师而言，可能略微缺乏一些关于实际器件参数选择和系统搭建的“经验之谈”或“案例分析”。当然，这或许是这类偏重理论深度的书籍的特点，它旨在提供“为什么会这样”的底层逻辑，而非“如何做”的具体步骤。总体而言，这是一部对学术研究者极具价值的深度文献，它挑战了读者对光传播基础认知的极限。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排体现出一种高度的系统性和完备性，它似乎想穷尽所有与“相干性”相关的理论细节。从电磁波场的统计描述开始，逐步过渡到光束在湍流介质中的传播特性，这种由宏观到微观的叙事方式，让人在阅读时有一种抽丝剥茧的快感。我发现作者在阐述脉冲展宽和色散管理时，采用了不同于传统教科书的视角，这使得原本枯燥的数学公式焕发出新的生命力。特别是在涉及高阶色散对脉冲形状影响的分析中，作者引入了一些非正交基函数展开的方法，这对于深入理解脉冲在复杂光纤或自由空间中的动态演变至关重要。唯一让我略感遗憾的是，书中对实验验证的描述相对精简，更多的是理论预测和数值模拟的结果展示，如果能有更多实际测量数据的对比和讨论，将更能增强理论的可信度和实用价值。不过，单就理论的自洽性和完整性而言，这本书达到了很高的水准。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的深入探讨无疑为该领域的研究者们提供了一份宝贵的参考资料。我特别欣赏作者在构建理论框架时的严谨性，清晰地勾勒出了复杂物理现象背后的数学模型和基本原理。书中对于不同信道模型下光信号传输特性的分析，展现出作者深厚的专业功底。例如，在处理大气湍流对光束稳定性和模间串扰的影响时，作者没有满足于定性的描述，而是给出了详尽的定量分析，辅以直观的图表，极大地帮助读者理解这些非线性效应是如何耦合作用于整个传输系统的。特别是对于相干检测技术的深入剖析，它不仅涵盖了理论基础，更触及了实际应用中如何通过优化接收端结构来抑制噪声、提升信噪比的关键技术点。对于任何希望从基础理论层面掌握光通信系统性能极限的工程师或研究生来说，这本书无疑是架起理论与工程实践之间的一座坚实桥梁。那种层层递进的逻辑结构，使得即便是初次接触这一前沿领域的读者，也能在跟随作者的思路中，逐步建立起清晰、系统的知识体系，对“部分相干”这一核心概念的理解也因此而变得更加立体和深刻。