模分复用技术的开发与应用是近年来光信息领域的研究热点之一，对于推动以光通信和光计算为核心的全光网络发展意义重大。本书详细阐述了以涡旋光束为代表的空间结构光束在模分复用光通信与光计算领域中从基础理论、物理建模到系统应用的完整知识体系，并系统梳理了该类光束在模式复用传输、高速光互连及智能光计算等方面的前沿进展，为相关技术从理论走向实践提供了依据。 　　本书适合高等院校光学、通信工程、物理学及相关交叉学科的高年级本科生、研究生阅读，也可作为科研院所相关领域科研与技术人员的参考用书。本书力求为读者搭建系统化知识框架，助力读者在相关领域的科研探索与工程实践中实现创新突破。

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CONTENTS目录
前言
第1章绪论
1.1模分复用光通信基本概念
1.1.1光通信的发展与现状
1.1.2结构光模式
1.1.3模分复用光通信
1.2模分复用光计算基本概念
1.2.1光计算的发展与现状
1.2.2模拟光计算与数字光计算
1.2.3模式逻辑运算基础
1.3经典结构光束
1.3.1拉盖尔-高斯光束
1.3.2贝塞尔-高斯光束
1.3.3完美涡旋光束
1.3.4柱矢量光束
1.3.5线偏振光纤模式
1.4结构光束的产生方法
1.4.1涡旋光束的产生方法
1.4.2柱矢量光束的产生方法
1.4.3线偏振光纤模式的产生方法
1.5光场传输理论
1.5.1标量衍射方法
1.5.2矩阵光学
1.5.3柯林斯公式
1.5.4傅里叶光学
课后习题
参考文献
第2章模式的调制与解调
2.1引言
2.2直接调制
2.2.1单模态映射
2.2.2镜像模态映射
2.2.3多维调制
2.3相干调制
2.3.1多模态相干叠加
2.3.2相位差编码调制
2.4干涉解调
2.4.1平面波干涉
2.4.2球面波干涉
2.4.3多路径干涉
2.5衍射解调
2.5.1透镜衍射
2.5.2光栅衍射
2.5.3特殊孔径衍射
2.6神经网络解调
2.6.1神经网络基本原理
2.6.2全连接神经网络
2.6.3卷积神经网络
2.6.4光学神经网络
2.7模式键控通信
课后习题
参考文献
第3章模式的复用与解复用
3.1引言
3.2分束器组合法
3.3光栅多级衍射
3.3.1复合叉形光栅
3.3.2达曼涡旋光栅
3.4复合螺旋透镜
3.5几何坐标变换
3.5.1几何坐标变换的基本理论
3.5.2对数极坐标变换
3.5.3光束复制
3.5.4螺旋变换
3.6多平面光转换
3.6.1多平面光转换的基本理论
3.6.2基于多平面光转换的模式复用与解复用
3.7衍射神经网络
3.7.1衍射神经网络的基本理论
3.7.2基于衍射神经网络的模式复用与解复用
课后习题
参考文献
第4章基于超构表面的模分复用通信系统
4.1引言
4.2超构表面基本理论
4.2.1广义斯涅尔定律
4.2.2传输相位调控机理
4.2.3几何相位调控机理
4.2.4复合相位调控机理
4.2.5超构表面的电磁仿真原理
4.3模式复用通信
4.3.1宽带无偏模式复用器件
4.3.2模式-偏振联合复用器件
4.3.3模式-波长联合复用器件
4.3.4模式复用通信系统
4.4模式互连通信
4.4.1模式双工通信器件
4.4.2模式交叉连接器件
4.4.3模式光路由器件
4.4.4模式互连通信系统
课后习题
参考文献
第5章片上模分复用通信系统
5.1引言
5.2片上模分复用机理
5.2.1光波导器件的基本原理
5.2.2平板波导模式理论
5.2.3传输矩阵法
5.2.4耦合模方程
5.2.5时域有限差分法
5.3基础片上光波导器件
5.3.1光耦合器
5.3.2硅基光波导
5.3.3偏振分束器
5.3.4定向耦合器
5.3.5阵列波导光栅
5.3.6微环谐振器
5.3.7光子晶体波导
5.4片上模分复用器件
5.4.1片上模式复用与解复用器件
5.4.2片上模式互连器件
5.4.3片上多维复用与解复用器件
5.5片上模分复用通信
5.5.1片上模式复用通信
5.5.2片上模式互连通信
5.5.3片上多维复用通信
课后习题
参考文献
第6章模式信道补偿
6.1引言
6.2模式信道损伤
6.2.1湍流效应
6.2.2模间耦合
6.2.3模间色散
6.3基于LDPC编码的模式信道补偿
6.3.1LDPC编码原理
6.3.2LDPC编码对通信系统性能的提升
6.4基于分集技术的模式信道补偿
6.4.1分集技术的基本原理
6.4.2分集技术对通信系统性能的提升
6.5基于卷积神经网络的模式信道补偿
6.5.1卷积神经网络信息提取的基本原理
6.5.2卷积神经网络技术对通信系统性能的提升
6.6基于自适应光学的补偿技术
6.6.1夏克-哈特曼法
6.6.2GS相位恢复算法
6.6.3自适应光学补偿中的误差分析
课后习题
参考文献
第7章模式全光计算
7.1引言
7.2模式逻辑运算
7.2.1基础模式逻辑运算
7.2.2组合模式逻辑运算
7.3模式乘法与除法运算
7.3.1对数-极坐标变换
7.3.2圆扇形坐标变换
7.3.3螺旋变换
7.3.4多环变换
7.4其他模式光计算
7.4.1模式矩阵乘法运算
7.4.2模式卷积运算
7.4.3模式微分运算
课后习题
参考文献