光縴通信技術 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《光縴通信技術》主要介紹光縴傳輸的基礎理論和通信係統的構成，並根據各類通信信號對光縴通信係統的技術需求，闡述瞭實現這些目標的各種技術途徑、方案和新技術。全書共分9章，包括導論、光縴和光纜、光電子器件、光縴通信係統原理々模擬信號光縴傳輸係統、數字信號光縴傳輸係統，波分復用技術、光放大技術和光縴通信新技術等內容。全書圍繞光縴通信係統三個重要組成部分：光源（光發射機）、光縴（光纜）和光檢測器（光接收機）展開，重點闡述瞭光縴通信係統的設計原理，並通過對模擬和數字光縴傳輸係統的具體分析，進一步深化瞭係統設計的理念和途徑。減少光縴損耗和色散對係統的限製，提高係統的傳輸距離和容量是光縴通信技術高速發展的源動力，基於這一思想介紹瞭光放大、波分復用技術和光縴通信新技術。　　光縴通信技術可作為光電信息科學與工程、通信工程、電子信息工程等本科專業和光學工程、通信與信息係統、光學、電子科學與技術等研究生學科的教材或教學、考研參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 導論 1.1 光縴通信的發展和演進1.1.1 光縴通信的簡史1.1.2 光縴通信技術的廣泛應用1.1.3 光縴通信技術要點 1.2 光縴通信的基礎知識和概念1.2.1 模擬信號與數字信號1.2.2 帶寬與速率1.2.3 調製與解調1.2.4 光縴通信係統組成的3個要素1.2.5 數字光縴通信係統L 2.6 模擬光縴傳輸係統 1.3 光縴通信技術的學習思路 習題1第2章 光縴和光纜 2.1 光縴2.1.1 光縴的結構與分類2.1.2 光縴傳輸原理 2.2 單模光縴2.2.1 單模條件與截止波長2.2.2 模場直徑和光強分布2.2.3 單模光縴的雙摺射和綫偏振模 2.3 光縴的色散和損耗2.3.1 光縴的色散2.3.2 光縴的損耗 2.4 光縴和光纜的設計與製造2.4.1 光縴的設計與標準化2.4.2 光縴的製備工藝2.4.3 光纜的技術要求與結構 2.5 光縴的測量技術2.5.1 光縴損耗的測量2.5.2 光縴帶寬的測量2.5.3 光縴色散的測量 小結 習題2第3章 光電子器件 3.1 半導體光電器件的基本原理3.1.1 光發射與光吸收3.1.2 異質結與雙異質結的工作原理3.1.3 半導體材料與波長 3.2 半導體發光二極管（LED）和激光器（LD）3.2.1 LED的結構與工作原理3.2.2 LED的工作特性3.2.3 LD的結構與工作原理3.2.4 LD的工作特性3.2.5 單模半導體激光器 3.3 半導體光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD）3.3.1 PIN的結構與工作原理3.3.2 PIN的工作特性3.3.3 APD的結構與工作原理3.3.4 APD的工作特性 3.4 無源光器件3.4.1 光縴連接器3.4.2 光縴耦閤器3.4.3 光隔離器和光環行器3.4.4 光調製器3.4.5 光開關3.4.6 光衰減器 小結 習題3第4章 光縴通信係統原理 4.1 光縴通信係統的組成4.1.1 光縴通信係統的組成4.1.2 光發射機的組成4.1.3 光接收機的組成 4.2 光發射機4.2.1 光發射機的技術要求4.2.2 LED和LD的封裝結構4.2.3 LED光發射機4.2.4 LD光發射機 4.3 光接收機4.3.1 光接收機的技術要求4.3.2 光接收前置放大器4.3.3 光接收機的噪聲4.3.4 模擬光接收機4.3.5 數字光接收機4.3.6 主放大器、自動增益控製和動態範圍 4.4 光縴通信係統的設計和考慮4.4.1 拓撲結構的設計4.4.2 傳輸波長與光縴的設計4.4.3 功率與帶寬的設計 小結 習題4第5章 模擬信號光縴傳輸係統 5.1 基帶模擬信號的光縴傳輸5.1.1 工作原理和係統組成5.1.2 基帶電視信號的光縴傳輸係統 5.2 多路副載波信號的光縴傳輸5.2.1 多路副載波係統原理和係統組成5.2.2 多路電視調幅副載波的光縴傳輸係統5.2.3 多路電視調頻副載波的光縴傳輸係統 5.3 微波信號光縴傳輸係統5.3.1 微波信號光縴傳輸原理5.3.2 直接調製微波信號光縴傳輸5.3.3 外調製微波信號光縴傳輸 小結 習題5第6章 數字信號光縴傳輸係統 6.1 異步數字信號光縴傳輸係統6.1.1 異步數字信號光縴傳輸原理6.1.2 連續數字信號光縴傳輸係統6.1.3 串行數字信號光縴傳輸係統設計 6.2 同步數字信號光縴傳輸係統6.2.1 SDH同步數字係列6.2.2 同步數字光縴傳輸的工作原理 6.3 突發模式光縴傳輸係統6.3.1 突發模式光縴傳輸的應用方嚮與技術要求6.3.2 突發模式光發射機6.3.3 突發模式光接收機6.3.4 突發模式同步技術 小結 習題6第7章 波分復用技術 7.1 波分復用技術的工作原理7.1.1 波分復用技術的提齣7.1.2 波分復用技術的工作原理 7.2 波分復用的關鍵技術7.2.1 波分復用的國際標準7.2.2 波分復用器7.2.3 穩定的光源 7.3 波分復用技術的應用7.3.1 大容量點對點傳輸係統7.3.2 多信道廣播與分配網7.3.3 多路多址光縴網絡 小結 習題7第8章 光放大技術 8.1 光放大器的工作原理8.1.1 光放大器的提齣8.1.2 光放大器的主要技術參數8.1.3 光放大器的分類和特徵 8.2 半導體光放大器8.2.1 半導體光放大器工作原理與技術特點8.2.2 半導體光放大器的應用 8.3 摻鉺光縴放大器8.3.1 摻鉺光縴放大器工作原理與技術特點8.3.2 摻鉺光縴放大器的設計8.3.3 EDFA的特點與技術參數 8.4 非綫性光縴放大器8.4.1 光縴拉曼放大器8.4.2 光縴布裏淵放大器 8.5 光放大器的應用8.5.1 光放大器的對比8.5.2 光放大器的應用 小結 習題8第9章 光縴通信新技術 9.1 相乾光通信技術9.1.1 工作原理9.1.2 相乾光通信的調製與解調9.1.3 相乾光接收機的誤碼率和靈敏度9.1.4 相乾光接收機靈敏度惡化與係統設計考慮9.1.5 相乾光通信係統的性能 9.2 光孤子通信技術9.2.1 光孤子原理和特性9.2.2 光孤子的傳輸與放大9.2.3 光孤子係統的通信容量及其限製因素9.2.4 光孤子的傳輸控製9.2.5 多信道光孤子係統9.2.6 光縴孤子通信係統 9.3 光網絡技術9.3.1 光網絡的概念9.3.2 光傳送網9.3.3 光交叉連接和光分插復用9.3.4 光網絡的拓撲結構9.3.5 光路由與波長分配9.3.6 自動交換光網絡 9.4 光交換技術9.4.1 光交換的原理9.4.2 光交換的關鍵技術9.4.3 光波長路由9.4.4 光突發交換9.4.5 光分組交換 9.5 光縴接入網技術9.5.1 光縴接入網9.5.2 光縴數字接入網——PON接入網9.5.3 APON9.5.4 EPON9.5.5 GPON9.5.6 PON光縴傳輸的設計要點9.5.7 光縴模擬接入網——HFC接入網 小結 習題9參考文獻

前言/序言

《光縴通信技術》：穿越光脈搏的奧秘之旅 本書旨在深入淺齣地剖析現代通信的基石——光縴通信技術。它並非是一份枯燥的技術手冊，而是一場引導讀者穿越光脈搏，領略信息洪流如何以光速傳遞的奇妙旅程。我們將從光與物質的根本交互齣發，逐步揭示光縴通信係統中每一個組件的精巧設計與工作原理，最終勾勒齣信息如何穿越萬水韆山，到達我們指尖的宏偉圖景。 第一章：光的基礎——信息傳遞的媒介 本章將迴歸通信的本源，探討光作為信息載體的基本屬性。我們將從物理學最迷人的領域之一——光的本質齣發，理解光波的特性，如頻率、波長、振幅以及偏振。我們不僅會介紹牛頓的微粒說和惠更斯、麥剋斯韋的光波說，更會深入到量子力學的範疇，闡述光子的概念，理解光如何能夠承載和傳遞信息。 光的電磁本質：我們將詳細闡述麥剋斯韋方程組如何預言瞭電磁波的存在，並指齣光正是其中的一種。通過理解電磁波的傳播規律，讀者將初步建立起對信息在介質中傳遞的物理認知。 光譜的奧秘：可見光隻是電磁波譜中的一小部分。我們將介紹不同波段的光，特彆是近紅外波段，為何成為光縴通信的首選。探討不同波長下光信號的衰減和色散特性，為後續光縴選擇和係統設計奠定基礎。 光的調製與解調：信息並非直接以光的形式傳輸，而是通過對光的某種屬性進行改變來實現。本章將初步介紹如何通過改變光的強度（幅度調製）、頻率（頻率調製）或相位（相位調製）來編碼信息。讀者將瞭解到，調製是信息“上車”的關鍵一步。 光子的角色：在量子層麵，我們將探討光子作為離散能量包如何攜帶信息。理解光子在光源的産生、光縴的傳輸以及探測器中的響應過程，為更深入的技術理解做好鋪墊。 第二章：光縴的奇跡——信息高速公路 光縴，這一根根縴細的玻璃或塑料絲，是構建信息高速公路的關鍵。本章將聚焦於光縴的結構、特性以及其作為信息傳輸介質的獨特優勢。我們將從材料科學的角度，理解光縴的製造工藝，並深入探討其內部的光學原理。 光縴的結構與分類：詳細介紹光縴的縴芯、包層和塗覆層結構。解釋為何縴芯的摺射率需要高於包層，以及這一差異如何實現光的全反射。我們將介紹單模光縴和多模光縴的區彆，並分析它們在不同應用場景下的適用性。 全反射原理：這是光縴通信的核心物理現象。本章將通過幾何光學和惠更斯原理，清晰地闡述光綫如何在光縴內部沿著縴芯傳播，而不會泄露到包層中。讀者將理解到，正是這種“鏡子”般的反射，使得光信號能夠高效地長距離傳輸。 光縴的損耗：雖然光縴傳輸效率極高，但並非零損耗。我們將分析導緻光信號衰減的主要因素，包括吸收損耗、散射損耗（瑞利散射、米氏散射）以及彎麯損耗。理解這些損耗機製，對於設計長距離通信係統和選擇閤適的傳輸波長至關重要。 色散效應：當一束光信號通過光縴傳輸時，其不同頻率（或波長）的分量會以不同的速度傳播，導緻信號脈衝展寬，這就是色散。本章將詳細介紹兩種主要的色散：材料色散和波導色散。理解色散對信號完整性的影響，以及如何通過選擇閤適的光縴類型和工作波長來減小其影響。 光縴的製造與封裝：簡要介紹光縴的製造過程，包括石英玻璃的提純、預製棒的拉伸以及塗覆層的敷設。同時，我們將探討光縴的連接和封裝技術，如熔接、機械連接以及光縴連接器，這些都是構建完整光縴鏈路不可或缺的環節。 第三章：光源與探測器——光信號的“眼睛”與“心髒” 光縴通信係統的心髒和眼睛，分彆是負責産生光信號的光源和負責接收光信號的探測器。本章將深入探討這些關鍵器件的設計原理、性能指標以及它們在整個通信鏈路中的作用。 光源的種類與原理：我們將重點介紹兩種主流的光源：發光二極管（LED）和激光器（LD）。詳細闡述LED的自發輻射原理，以及激光器受激輻射的獨特機製。重點對比分析它們的性能差異，如輸齣功率、譜綫寬度、調製速度和相乾性，並說明它們各自適用的場閤。 激光器的核心技術：對於激光器，我們將深入其內部機理，如增益介質、諧振腔和激勵方式。介紹不同類型的半導體激光器，如DFB（分布式反饋）激光器和FP（法布裏-珀羅）激光器，以及它們在光縴通信中的應用。 光探測器的作用與類型：探測器的核心任務是將接收到的微弱光信號轉換成電信號。本章將介紹幾種關鍵的光探測器，包括PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。詳細闡述它們的 pn 結工作原理，以及如何通過光電效應將光子轉換為電子。 探測器的性能指標：瞭解探測器的關鍵性能指標，如響應度、量子效率、噪聲等效功率（NEP）、暗電流和帶寬。這些指標直接影響著係統的靈敏度和傳輸速率。 光放大器的引入：在長距離傳輸中，信號會衰減，需要放大。本章將介紹光放大器的概念，特彆是摻鉺光縴放大器（EDFA），以及它如何通過受激輻射來放大光信號，而無需將光信號轉換為電信號再放大，從而極大提高瞭通信係統的效率。 第四章：光通信係統的構成——從點到網的連接 本章將視角從單個器件提升到整個係統層麵，勾勒齣光縴通信係統的整體架構和工作流程。我們將理解信息如何在不同節點之間流動，以及各個子係統如何協同工作。 通信係統的基本模型：介紹一個典型的光縴通信係統的組成部分，包括發送端、傳輸綫路和接收端。闡述信息從源頭産生，經過編碼、調製、光源轉換，通過光縴傳輸，再經過探測、解調、解碼，最終還原成原始信息的過程。 數字信號的編碼與復用：在現代光通信中，信息通常以數字形式傳輸。本章將介紹數字信號的編碼技術，如AMI碼、NRZ碼和RZ碼，以及這些編碼如何提高信號的抗乾擾能力和檢測效率。同時，介紹復用技術，如時分復用（TDM）和波分復用（WDM），如何將多路信息匯聚到一根光縴中傳輸，實現帶寬的極大化利用。 光調製與解調的實踐：在實際係統中，調製與解調的具體實現方式。介紹直接調製和外部調製技術，以及它們的優缺點。討論不同解調方案，如幅度解調、頻率解調和相位解調。 光開關與路由：在復雜的網絡環境中，信息需要根據目的地進行路由。本章將介紹光開關和光路由器的概念，以及它們如何實現光信號的動態切換和路徑選擇，構建起龐大的通信網絡。 網絡拓撲結構：簡要介紹不同的光縴通信網絡拓撲結構，如點對點、總綫型、星型和環型，以及它們在實際應用中的優劣勢。 第五章：現代光通信技術的挑戰與前沿 光縴通信技術仍在不斷發展，以滿足日益增長的帶寬需求和更復雜的應用場景。本章將探討當前麵臨的挑戰，以及正在蓬勃發展的未來技術。 提高傳輸速率的瓶頸：隨著信息量的爆炸式增長，對傳輸速率的要求也越來越高。我們將探討如何突破現有技術瓶頸，如色散限製、非綫性效應和器件性能限製。 非綫性效應：當光信號功率很高時，光縴材料的非綫性效應會變得顯著，對信號造成乾擾。本章將分析Kerr效應、拉曼散射等，以及如何通過優化調製格式、摻雜光縴等技術來抑製這些效應。 相乾光通信：介紹相乾光通信技術，它利用光波的相位信息來編碼信息，相比強度調製，可以實現更高的頻譜效率和更低的信噪比要求。 光子集成電路（PIC）：探討將多種光器件集成到單個芯片上，實現小型化、低功耗和高集成度的光子集成電路。這將為未來光通信的發展提供強大的動力。 下一代光網絡：展望未來，如可見光通信、量子通信等新興技術，以及它們可能為信息傳輸帶來的革命性變革。 通過對以上章節的深入學習，讀者將不僅能理解光縴通信的基本原理，更能對其技術發展脈絡有一個清晰的認識。本書力求在嚴謹的科學基礎上，用生動形象的語言，帶領讀者一同探索光縴通信的精彩世界，感受信息穿越光脈搏的強大力量。