光纤通信技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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邱琪 著

图书标签:

• 光纤通信
• 光纤技术
• 通信工程
• 信息技术
• 网络工程
• 光电子技术
• 物理学
• 电子工程
• 信号处理
• 通信原理

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030317636

版次：02

商品编码：11646184

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电子通信类特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：280

正文语种：中文

内容简介

　　《光纤通信技术》主要介绍光纤传输的基础理论和通信系统的构成，并根据各类通信信号对光纤通信系统的技术需求，阐述了实现这些目标的各种技术途径、方案和新技术。全书共分9章，包括导论、光纤和光缆、光电子器件、光纤通信系统原理々模拟信号光纤传输系统、数字信号光纤传输系统，波分复用技术、光放大技术和光纤通信新技术等内容。全书围绕光纤通信系统三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机）展开，重点阐述了光纤通信系统的设计原理，并通过对模拟和数字光纤传输系统的具体分析，进一步深化了系统设计的理念和途径。减少光纤损耗和色散对系统的限制，提高系统的传输距离和容量是光纤通信技术高速发展的源动力，基于这一思想介绍了光放大、波分复用技术和光纤通信新技术。　　光纤通信技术可作为光电信息科学与工程、通信工程、电子信息工程等本科专业和光学工程、通信与信息系统、光学、电子科学与技术等研究生学科的教材或教学、考研参考书。

内页插图

目录

第1章 导论 1.1 光纤通信的发展和演进1.1.1 光纤通信的简史1.1.2 光纤通信技术的广泛应用1.1.3 光纤通信技术要点 1.2 光纤通信的基础知识和概念1.2.1 模拟信号与数字信号1.2.2 带宽与速率1.2.3 调制与解调1.2.4 光纤通信系统组成的3个要素1.2.5 数字光纤通信系统L 2.6 模拟光纤传输系统 1.3 光纤通信技术的学习思路 习题1第2章 光纤和光缆 2.1 光纤2.1.1 光纤的结构与分类2.1.2 光纤传输原理 2.2 单模光纤2.2.1 单模条件与截止波长2.2.2 模场直径和光强分布2.2.3 单模光纤的双折射和线偏振模 2.3 光纤的色散和损耗2.3.1 光纤的色散2.3.2 光纤的损耗 2.4 光纤和光缆的设计与制造2.4.1 光纤的设计与标准化2.4.2 光纤的制备工艺2.4.3 光缆的技术要求与结构 2.5 光纤的测量技术2.5.1 光纤损耗的测量2.5.2 光纤带宽的测量2.5.3 光纤色散的测量 小结 习题2第3章 光电子器件 3.1 半导体光电器件的基本原理3.1.1 光发射与光吸收3.1.2 异质结与双异质结的工作原理3.1.3 半导体材料与波长 3.2 半导体发光二极管（LED）和激光器（LD）3.2.1 LED的结构与工作原理3.2.2 LED的工作特性3.2.3 LD的结构与工作原理3.2.4 LD的工作特性3.2.5 单模半导体激光器 3.3 半导体光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）3.3.1 PIN的结构与工作原理3.3.2 PIN的工作特性3.3.3 APD的结构与工作原理3.3.4 APD的工作特性 3.4 无源光器件3.4.1 光纤连接器3.4.2 光纤耦合器3.4.3 光隔离器和光环行器3.4.4 光调制器3.4.5 光开关3.4.6 光衰减器 小结 习题3第4章 光纤通信系统原理 4.1 光纤通信系统的组成4.1.1 光纤通信系统的组成4.1.2 光发射机的组成4.1.3 光接收机的组成 4.2 光发射机4.2.1 光发射机的技术要求4.2.2 LED和LD的封装结构4.2.3 LED光发射机4.2.4 LD光发射机 4.3 光接收机4.3.1 光接收机的技术要求4.3.2 光接收前置放大器4.3.3 光接收机的噪声4.3.4 模拟光接收机4.3.5 数字光接收机4.3.6 主放大器、自动增益控制和动态范围 4.4 光纤通信系统的设计和考虑4.4.1 拓扑结构的设计4.4.2 传输波长与光纤的设计4.4.3 功率与带宽的设计 小结 习题4第5章 模拟信号光纤传输系统 5.1 基带模拟信号的光纤传输5.1.1 工作原理和系统组成5.1.2 基带电视信号的光纤传输系统 5.2 多路副载波信号的光纤传输5.2.1 多路副载波系统原理和系统组成5.2.2 多路电视调幅副载波的光纤传输系统5.2.3 多路电视调频副载波的光纤传输系统 5.3 微波信号光纤传输系统5.3.1 微波信号光纤传输原理5.3.2 直接调制微波信号光纤传输5.3.3 外调制微波信号光纤传输 小结 习题5第6章 数字信号光纤传输系统 6.1 异步数字信号光纤传输系统6.1.1 异步数字信号光纤传输原理6.1.2 连续数字信号光纤传输系统6.1.3 串行数字信号光纤传输系统设计 6.2 同步数字信号光纤传输系统6.2.1 SDH同步数字系列6.2.2 同步数字光纤传输的工作原理 6.3 突发模式光纤传输系统6.3.1 突发模式光纤传输的应用方向与技术要求6.3.2 突发模式光发射机6.3.3 突发模式光接收机6.3.4 突发模式同步技术 小结 习题6第7章 波分复用技术 7.1 波分复用技术的工作原理7.1.1 波分复用技术的提出7.1.2 波分复用技术的工作原理 7.2 波分复用的关键技术7.2.1 波分复用的国际标准7.2.2 波分复用器7.2.3 稳定的光源 7.3 波分复用技术的应用7.3.1 大容量点对点传输系统7.3.2 多信道广播与分配网7.3.3 多路多址光纤网络 小结 习题7第8章 光放大技术 8.1 光放大器的工作原理8.1.1 光放大器的提出8.1.2 光放大器的主要技术参数8.1.3 光放大器的分类和特征 8.2 半导体光放大器8.2.1 半导体光放大器工作原理与技术特点8.2.2 半导体光放大器的应用 8.3 掺铒光纤放大器8.3.1 掺铒光纤放大器工作原理与技术特点8.3.2 掺铒光纤放大器的设计8.3.3 EDFA的特点与技术参数 8.4 非线性光纤放大器8.4.1 光纤拉曼放大器8.4.2 光纤布里渊放大器 8.5 光放大器的应用8.5.1 光放大器的对比8.5.2 光放大器的应用 小结 习题8第9章 光纤通信新技术 9.1 相干光通信技术9.1.1 工作原理9.1.2 相干光通信的调制与解调9.1.3 相干光接收机的误码率和灵敏度9.1.4 相干光接收机灵敏度恶化与系统设计考虑9.1.5 相干光通信系统的性能 9.2 光孤子通信技术9.2.1 光孤子原理和特性9.2.2 光孤子的传输与放大9.2.3 光孤子系统的通信容量及其限制因素9.2.4 光孤子的传输控制9.2.5 多信道光孤子系统9.2.6 光纤孤子通信系统 9.3 光网络技术9.3.1 光网络的概念9.3.2 光传送网9.3.3 光交叉连接和光分插复用9.3.4 光网络的拓扑结构9.3.5 光路由与波长分配9.3.6 自动交换光网络 9.4 光交换技术9.4.1 光交换的原理9.4.2 光交换的关键技术9.4.3 光波长路由9.4.4 光突发交换9.4.5 光分组交换 9.5 光纤接入网技术9.5.1 光纤接入网9.5.2 光纤数字接入网——PON接入网9.5.3 APON9.5.4 EPON9.5.5 GPON9.5.6 PON光纤传输的设计要点9.5.7 光纤模拟接入网——HFC接入网 小结 习题9参考文献

前言/序言

《光纤通信技术》：穿越光脉搏的奥秘之旅 本书旨在深入浅出地剖析现代通信的基石——光纤通信技术。它并非是一份枯燥的技术手册，而是一场引导读者穿越光脉搏，领略信息洪流如何以光速传递的奇妙旅程。我们将从光与物质的根本交互出发，逐步揭示光纤通信系统中每一个组件的精巧设计与工作原理，最终勾勒出信息如何穿越万水千山，到达我们指尖的宏伟图景。 第一章：光的基础——信息传递的媒介 本章将回归通信的本源，探讨光作为信息载体的基本属性。我们将从物理学最迷人的领域之一——光的本质出发，理解光波的特性，如频率、波长、振幅以及偏振。我们不仅会介绍牛顿的微粒说和惠更斯、麦克斯韦的光波说，更会深入到量子力学的范畴，阐述光子的概念，理解光如何能够承载和传递信息。 光的电磁本质：我们将详细阐述麦克斯韦方程组如何预言了电磁波的存在，并指出光正是其中的一种。通过理解电磁波的传播规律，读者将初步建立起对信息在介质中传递的物理认知。 光谱的奥秘：可见光只是电磁波谱中的一小部分。我们将介绍不同波段的光，特别是近红外波段，为何成为光纤通信的首选。探讨不同波长下光信号的衰减和色散特性，为后续光纤选择和系统设计奠定基础。 光的调制与解调：信息并非直接以光的形式传输，而是通过对光的某种属性进行改变来实现。本章将初步介绍如何通过改变光的强度（幅度调制）、频率（频率调制）或相位（相位调制）来编码信息。读者将了解到，调制是信息“上车”的关键一步。 光子的角色：在量子层面，我们将探讨光子作为离散能量包如何携带信息。理解光子在光源的产生、光纤的传输以及探测器中的响应过程，为更深入的技术理解做好铺垫。 第二章：光纤的奇迹——信息高速公路 光纤，这一根根纤细的玻璃或塑料丝，是构建信息高速公路的关键。本章将聚焦于光纤的结构、特性以及其作为信息传输介质的独特优势。我们将从材料科学的角度，理解光纤的制造工艺，并深入探讨其内部的光学原理。 光纤的结构与分类：详细介绍光纤的纤芯、包层和涂覆层结构。解释为何纤芯的折射率需要高于包层，以及这一差异如何实现光的全反射。我们将介绍单模光纤和多模光纤的区别，并分析它们在不同应用场景下的适用性。 全反射原理：这是光纤通信的核心物理现象。本章将通过几何光学和惠更斯原理，清晰地阐述光线如何在光纤内部沿着纤芯传播，而不会泄露到包层中。读者将理解到，正是这种“镜子”般的反射，使得光信号能够高效地长距离传输。 光纤的损耗：虽然光纤传输效率极高，但并非零损耗。我们将分析导致光信号衰减的主要因素，包括吸收损耗、散射损耗（瑞利散射、米氏散射）以及弯曲损耗。理解这些损耗机制，对于设计长距离通信系统和选择合适的传输波长至关重要。 色散效应：当一束光信号通过光纤传输时，其不同频率（或波长）的分量会以不同的速度传播，导致信号脉冲展宽，这就是色散。本章将详细介绍两种主要的色散：材料色散和波导色散。理解色散对信号完整性的影响，以及如何通过选择合适的光纤类型和工作波长来减小其影响。 光纤的制造与封装：简要介绍光纤的制造过程，包括石英玻璃的提纯、预制棒的拉伸以及涂覆层的敷设。同时，我们将探讨光纤的连接和封装技术，如熔接、机械连接以及光纤连接器，这些都是构建完整光纤链路不可或缺的环节。 第三章：光源与探测器——光信号的“眼睛”与“心脏” 光纤通信系统的心脏和眼睛，分别是负责产生光信号的光源和负责接收光信号的探测器。本章将深入探讨这些关键器件的设计原理、性能指标以及它们在整个通信链路中的作用。 光源的种类与原理：我们将重点介绍两种主流的光源：发光二极管（LED）和激光器（LD）。详细阐述LED的自发辐射原理，以及激光器受激辐射的独特机制。重点对比分析它们的性能差异，如输出功率、谱线宽度、调制速度和相干性，并说明它们各自适用的场合。 激光器的核心技术：对于激光器，我们将深入其内部机理，如增益介质、谐振腔和激励方式。介绍不同类型的半导体激光器，如DFB（分布式反馈）激光器和FP（法布里-珀罗）激光器，以及它们在光纤通信中的应用。 光探测器的作用与类型：探测器的核心任务是将接收到的微弱光信号转换成电信号。本章将介绍几种关键的光探测器，包括PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。详细阐述它们的 pn 结工作原理，以及如何通过光电效应将光子转换为电子。 探测器的性能指标：了解探测器的关键性能指标，如响应度、量子效率、噪声等效功率（NEP）、暗电流和带宽。这些指标直接影响着系统的灵敏度和传输速率。 光放大器的引入：在长距离传输中，信号会衰减，需要放大。本章将介绍光放大器的概念，特别是掺铒光纤放大器（EDFA），以及它如何通过受激辐射来放大光信号，而无需将光信号转换为电信号再放大，从而极大提高了通信系统的效率。 第四章：光通信系统的构成——从点到网的连接 本章将视角从单个器件提升到整个系统层面，勾勒出光纤通信系统的整体架构和工作流程。我们将理解信息如何在不同节点之间流动，以及各个子系统如何协同工作。 通信系统的基本模型：介绍一个典型的光纤通信系统的组成部分，包括发送端、传输线路和接收端。阐述信息从源头产生，经过编码、调制、光源转换，通过光纤传输，再经过探测、解调、解码，最终还原成原始信息的过程。 数字信号的编码与复用：在现代光通信中，信息通常以数字形式传输。本章将介绍数字信号的编码技术，如AMI码、NRZ码和RZ码，以及这些编码如何提高信号的抗干扰能力和检测效率。同时，介绍复用技术，如时分复用（TDM）和波分复用（WDM），如何将多路信息汇聚到一根光纤中传输，实现带宽的极大化利用。 光调制与解调的实践：在实际系统中，调制与解调的具体实现方式。介绍直接调制和外部调制技术，以及它们的优缺点。讨论不同解调方案，如幅度解调、频率解调和相位解调。 光开关与路由：在复杂的网络环境中，信息需要根据目的地进行路由。本章将介绍光开关和光路由器的概念，以及它们如何实现光信号的动态切换和路径选择，构建起庞大的通信网络。 网络拓扑结构：简要介绍不同的光纤通信网络拓扑结构，如点对点、总线型、星型和环型，以及它们在实际应用中的优劣势。 第五章：现代光通信技术的挑战与前沿 光纤通信技术仍在不断发展，以满足日益增长的带宽需求和更复杂的应用场景。本章将探讨当前面临的挑战，以及正在蓬勃发展的未来技术。 提高传输速率的瓶颈：随着信息量的爆炸式增长，对传输速率的要求也越来越高。我们将探讨如何突破现有技术瓶颈，如色散限制、非线性效应和器件性能限制。 非线性效应：当光信号功率很高时，光纤材料的非线性效应会变得显著，对信号造成干扰。本章将分析Kerr效应、拉曼散射等，以及如何通过优化调制格式、掺杂光纤等技术来抑制这些效应。 相干光通信：介绍相干光通信技术，它利用光波的相位信息来编码信息，相比强度调制，可以实现更高的频谱效率和更低的信噪比要求。 光子集成电路（PIC）：探讨将多种光器件集成到单个芯片上，实现小型化、低功耗和高集成度的光子集成电路。这将为未来光通信的发展提供强大的动力。 下一代光网络：展望未来，如可见光通信、量子通信等新兴技术，以及它们可能为信息传输带来的革命性变革。 通过对以上章节的深入学习，读者将不仅能理解光纤通信的基本原理，更能对其技术发展脉络有一个清晰的认识。本书力求在严谨的科学基础上，用生动形象的语言，带领读者一同探索光纤通信的精彩世界，感受信息穿越光脉搏的强大力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于技术本身，它更像是一面镜子，映照出人类在信息时代不断探索和创新的精神。我尤其欣赏书中对于光纤通信发展历程的回顾，从最初的实验室设想到如今的全球互联，每一个里程碑式的突破都充满了智慧和汗水。它让我看到了科学家们是如何通过不懈的努力，克服重重困难，最终实现技术飞跃的。书中对未来光纤通信发展趋势的展望，比如量子通信、太极光纤等，更是让我对人类未来的通信方式充满了遐想。我不是技术科班出身，但这本书用清晰的语言和丰富的图示，将那些高深的理论变得易于理解，让我能够站在巨人的肩膀上，窥探未来通信的无限可能。它不仅是一本学习技术的好书，更是一本激发思考、启迪人心的读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大感受就是“颠覆”。我一直以为光纤通信就是把电信号变成光信号，然后通过玻璃丝传输，再变回电信号，如此简单。但这本书让我看到了一个截然不同的世界。它深入浅出地解释了光信号是如何在极低的损耗下穿越数千公里的，这背后涉及到的激光器、探测器、光调制技术等等，都让我大开眼界。书中对各种新型光纤的介绍，比如零色散位移光纤、保偏光纤等，更是让我看到了技术发展的无限可能。我尤其对书中关于光电子集成和硅光子学的讨论很感兴趣，感觉这些前沿技术将是未来光纤通信的重要发展方向。尽管有些章节的理论深度很高，需要反复推敲，但每一次的理解都带来一种豁然开朗的成就感。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次思想的启迪，让我对信息时代的基石有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本书的时候，我主要被它的封面设计吸引了，那种科技感十足的蓝色调和简洁的字体，让我对里面的内容充满了期待。我本身是一名网络工程师，日常工作中会接触到一些光纤线路的维护和配置，但对于其背后的深层原理一直感到有些模糊。这本书的出现，正好填补了我这方面的知识空白。它没有一开始就抛出大量的专业术语，而是循序渐进地介绍光信号的产生、传输和接收过程，让我这个初学者也能轻松上手。我尤其喜欢其中关于光纤制造工艺的章节，了解了不同材料和结构的差异如何影响光纤的性能，对我选择和使用光纤有了更深的认识。书中还详细讲解了各种光传输系统的架构，从基本的点对点连接到复杂的DWDM系统，让我对整个通信网络的构成有了宏观的把握。最令我印象深刻的是，它不仅关注了理论知识，还强调了安全性和可靠性等方面的重要性，这对于我们实际工作非常有指导意义。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对硬件设备充满好奇的人，尤其是那些支撑起现代通信网络运转的“幕后英雄”。《光纤通信技术》这本书，恰好满足了我对这些设备的好奇心。它详细地介绍了光纤的物理特性，从材料选择到结构设计，再到制造工艺，每一个细节都让我了解到其背后的复杂性和精密度。书中对各种光器件的剖析，比如光模块、光放大器、光交换机等，让我看到了这些“小盒子”里蕴含的巨大能量。我特别喜欢书中对这些器件的工作原理的解释，生动形象，让我仿佛亲眼见证了光信号如何在其中被处理和传输。它还涉及到了光网络的部署和管理，让我从一个宏观的角度理解了光纤通信是如何构建成一个庞大而高效的网络的。这本书的知识密度很高，但内容非常扎实，适合那些想要深入了解光纤通信硬件技术的人。

评分☆☆☆☆☆

这本书我断断续续看了好几个月，每次翻开都能有新的发现，感觉就像在探索一个浩瀚的宇宙。一开始我对光纤通信这个领域知之甚少，只知道它和网络速度有关，但具体是如何实现的，完全没有概念。读了这本书之后，我才真正理解了光信号是如何在玻璃纤维中传播的，各种调制解调技术又是如何工作的。书中对于不同类型光纤的特性差异、损耗机制以及如何克服信号衰减的讲解非常到位，让我对这些看似抽象的技术有了直观的认识。特别是关于光放大器和光开关的部分，让我惊叹于人类智慧的精妙。它不仅解释了技术原理，还穿插了大量的实际应用案例，比如长距离通信、数据中心互联等等，让理论知识变得生动鲜活。虽然有时候一些数学公式让我头疼，但我还是努力去理解，因为我知道这些是支撑整个技术体系的基石。这本书的图文并茂也帮了我大忙，那些精美的示意图让复杂的概念一目了然。总的来说，这本书为我打开了一扇通往光纤通信世界的大门，我感觉自己对这个领域的理解又上了一个台阶。