光纤通信系统(修订版) 顾畹仪李国瑞作 9787563512997 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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顾畹仪李国瑞作 著

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• 9787563512997
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出版社： 北京邮电大学出版社有限公司

ISBN：9787563512997

商品编码：29571819878

包装：平装

出版时间：2013-04-01

基本信息

书名：光纤通信系统(修订版)

定价：48.00元

作者：顾畹仪李国瑞作

出版社：北京邮电大学出版社有限公司

出版日期：2013-04-01

ISBN：9787563512997

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.699kg

编辑推荐

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输的方向发展，支撑大容量WDM长距离传输的各种技术成为新的研究热点。本书自1999年作为“普通高等教育‘九五′***重点教材”和“面向21．世纪课程教材”出版以来，受到广大读者的关注和好评，连续8次印刷，发行量达到3万册。为了能够反映光纤通信当前的发展水平，顾畹仪和李国瑞对《光纤通信系统》进行了修订而编著了《修订版普通高等教育十一五***规划教材:光纤通信系统》。在这次修订中，保留了原书前3章的基本理论体系，同时，根据光纤通信的**发展情况改写了“光纤通信系统”、“wDM光网络”和“WDM长距离光纤传输的支撑技术”3章。

内容提要

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顾畹仪和李国瑞编著的《修订版普通高等教育十一五*规划教材:光纤通信系统》系统地介绍了光纤的传输理论；半导体激光器的工作原理 、性质，光源的直接调制和间接调制；光接收机的组成，噪声的分析和接收机灵敏度的计算；单信道和WDM数字光纤传输系统的组成、关键技术和总 体设计；光网络的发展概况和类型，光传送网和自动交换光网络的结构、原理、关键技术和应用；大容量长距离光纤传输中的影响因素及其支撑技 术等。本书力求理论上的系统性、技术上的时 新性和应用上的实用性。《修订版普通高等教育十一五*规划教材:光纤通信系统》可作为 信息通信类和电子科学与技术类硕士研究生教材，也可供重点院校的本科生使用，或作为相关科技工作者的参考用书。

目录

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绪 论

章 光纤的传输理论

1．1 光纤的基本性质

1．1．1 光纤的结构、分类和光的传输

1．1．2 光纤的传输性质

1．2 介质平板波导

1．2．1 基本波导方程式

1．2．2 对称介质平板波导的传输模式

1．2．3 介质板波导中的多模群时延

1．3 阶跃折射率光纤的模式理论

1．3．1 圆柱坐标系中的波导方程式

1．3．2 阶跃折射率光纤中波动方程的解

1．3．3 近似解——LP模

1．4 渐变折射率光纤的近似分析

1．4．1 渐变折射率光纤的近似解

1．4．2 渐变折射率光纤特性的wKBJ法分析

1．5 单模光纤

1．5．1 单模光纤的基本分析

1．5．2 单模光纤的结构

1．5．3 单模光纤的频率色散

1．5．4 单模光纤的极化

1．5．5 单模光纤的发展与演变

小结

习题

第2章 光源和光调制

2．1 激光原理的基础知识

2．1．1 原子能级的跃迁

2．1．2 半导体中载流子的统计分布

2．1．3 PN结的能带

2．2 半导体激光器和发光二极管

2．2．1 半导体激光器

2．2．2 F—P腔半导体激光器的结构与分类

2．2．3 量子阱半导体激光器

2．2．4 分布反馈激光器

2．2．5 发光二极管

2．3 半导体激光器的模式性质

2．3．1 厄密一高斯模式的解

2．3．2 激光器的纵模

2．3．3 激光器的横模

2．4 半导体激光器的瞬态性质

2．4．1 瞬态过程

2．4．2 速率方程组及其解

2．4．3 自脉动现象

2．5 半导体激光器的直接调制和光发射机

2．5．1 光源的调制方式

2．5．2 光源的直接调制原理

2．5．3 激光发射机

2．6 光源的间接调制

2．6．1 电光调制

2．6．2 声光调制

2．6．3 磁光调制

2．6．4 波导调制器和电吸收调制器

小结

习题

第3章 光接收机

3．1 光电检测器

3．1．1 光电二极管

3．1．2 雪崩光电二极管

3．2 放大器及其电路的噪声

3．2．1 噪声分析的一般方法

3．2．2 放大器输人端的噪声源

3．2．3 场效应管和双极晶体管的噪声源

3．2．4前置放大器的设计

3．3 光电检测过程的统计性质及灵敏度的计算

3．3．1 灵敏度计算的一般方法

3．3．2 雪崩光电检测过程的统计分布

3．3．3 接收机灵敏度的计算方法

3．4 灵敏度计算的高斯近似法

3．4．1 光电检测器散粒噪声的计算

3．4．2 高斯近似计算公式及其推导过程

3．4．3 接收机灵敏度与z，B，a，EXT等因素的关系

3．4．4 高斯近似计算的误差估计

3．4．5 激光器和光纤系统的噪声

3．5 光接收机的均衡网络、自动增益控制电路和再生电路

3．5．1 码间干扰问题与均衡滤波电路

3．5．2 接收机的动态范围和自动增益控制电路

3．5．3 再生电路

小结

习题

第4章 光纤通信系统

4．1 数字光纤通信系统

4．1．1 数字光纤通信系统的组成

4．1．2 系统性能及其测试

4．2 光同步数字传输网

4．2．1 SDH的帧结构

4．2．2 SDH的复用映射结构

4．2．3 SDH传送网的网络结构

4．3 光纤通信系统的总体设计

4．3．1 系统的总体考虑

4．3．2 设计方法

4．3．3 功率预算和色散预算

4．4 光放大器

4．4．1 光放大器的发展概况与基本类型

4．4．2 EDFA的工作原理和基本性能

4．4．3 光纤喇曼放大器

4．5波分复用系统

4．5．1 WDM光纤通信系统的构成和概况

4．5．2 复用、解复用器件

4．5．3 WDM系统的设计

4．5．4 相干光通信

4．6 模拟光纤通信系统

4．6．1 SCM光波系统的基本组成和调制方式

4．6．2 SCM光波系统的非线性失真

4．6．3 SCM光纤通信系统中非线性失真的补偿

小结

习题

第5章 WDM光网络

5．1 光交换技术

5．1．1 空分光交换

5．1．2 时分光交换

5．1．3 波分光交换

5．1．4 复合光交换

5．2 光网络的发展概况和网络类型

5．2．1 分组光交换网络

5．2．2 WDM光网络

5．2．3 光标记交换

5．2．4 光突发交换技术

5．3 全光通信网

5．3．1 光传送网的体系结构

5．3．2 光交叉连接节点结构

5．3．3 光分插复用器和wDM环形自愈网

5．3．4 格形网和路由波长优化算法

5．3．5 WDM全光网中的同频串扰

5．4自动交换光网络

5．4．1 ASON网络体系结构

5．4．2 ASON网络控制平面结构

5．4．3 ASON中的路由问题

5．4．4 ASON在城域网络的应用

5．5 接入光网络

5．5．1 混合光纤同轴型接入网

5．5．2 无源光网络

5．5．3 有源光网络

5．6 光时分复用技术

小结

习题

第6章 WDM长距离光纤传输的支撑技术

6．1 WDM长距离光纤传输系统及其支撑技术概述

6．1．1 大容量、长距离光纤传输系统概况

6．1．2 大容量、长距离光纤传输系统的主要支撑技术

6．2 非线性光学效应及其对光纤通信的影响

6．2．1 非线性光学效应

6．2．2 受激散射及其对光纤通信的影响

6．2．3 非线性折射率调制引起的非线性光学效应

6．2．4 非线性光学效应的抑制

6．2．5 光孤子通信

6．3 色散补偿技术

6．3．1 单模光纤中的色散

6．3．2 半导体激光器的调制特性

6．3．3 色散补偿方案

6．4 新型调制格式

6．4．1 新型调制格式的类型

6．4．2 载波抑制Rz调制格式

6．4．3 DPSK调制格式

小结

习题

附录

附录1贝塞尔方程及其性质

附录2两平行介质波导中简并模的耦合

参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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现代通信的基石：光纤通信系统 光纤通信，作为一种革命性的信息传输方式，已深刻地改变了我们沟通、获取信息乃至整个社会运转的模式。它以光波为载体，通过纤细的玻璃或塑料纤维传输数据，相较于传统的铜线通信，具备了前所未有的带宽、速度、传输距离以及抗干扰能力。如今，我们享受到的高速互联网、高清视频、实时通信，都离不开光纤通信系统的强大支撑。 一、 光纤通信系统的基本原理 光纤通信系统的核心在于利用光信号在光纤中以极低的损耗进行传播。这一过程大致可以分为以下几个关键环节： 电信号到光信号的转换（调制）：信息的原始形式通常是电信号。在发送端，需要将这些电信号转换成能够控制光波特性的光信号。这个过程称为调制。调制的方式多种多样，常见的有强度调制（IM）和相位调制（PM）。强度调制是通过改变光源的输出功率来代表信息，如同开关的通断；相位调制则是通过改变光的相位来携带信息，更为精细。调制器是实现这一转换的关键器件，通常由电光材料或声光材料制成。 光信号在光纤中的传输：调制后的光信号被注入到光纤中。光纤的材质通常是高纯度的二氧化硅玻璃，其核心部分（纤芯）的折射率略高于外层（包层）。这种折射率的差异使得光线在纤芯内发生全内反射，就像探照灯的光束在管道中不断反弹前进一样，从而实现了长距离的传输。光纤的种类有很多，根据纤芯直径和折射率分布的不同，可以分为多模光纤和单模光纤。多模光纤纤芯较粗，可以传输多种模式的光，适合短距离传输。单模光纤纤芯极细，只能传输一种模式的光，具有更低的色散和更低的损耗，是长距离、高速通信的首选。 光信号的放大：虽然光纤的损耗已大大降低，但在长距离传输过程中，光信号的功率仍然会衰减。为了克服这种衰减，光纤通信系统需要定期对光信号进行放大。光放大器是实现这一功能的核心设备。其中，掺铒光纤放大器（EDFA）是目前最广泛使用的光放大器之一。EDFA利用掺杂了稀土元素铒（Er）的光纤，在泵浦光的激励下，能够对传输的光信号进行高效放大，而不会显著改变光信号的频率和相位，从而保证了信号的质量。 光信号到电信号的转换（解调）：在接收端，传输过来的光信号需要被转换回原始的电信号，以便后续的处理和应用。这个过程称为解调。光信号通过光电探测器（如PIN光电二极管或雪崩光电二极管）接收，探测器将接收到的光能转化为电能。探测器将接收到的光信号转化为电信号后，还需要经过一系列的信号处理，包括滤波、放大、判决等，最终恢复出原始的数字信息。 二、 光纤通信系统的关键组成部分 一个完整的光纤通信系统，除了上述基本原理中的核心环节，还需要多种关键器件和子系统的配合： 光源：提供用于信息传输的光波。常见的有激光器（Laser Diode, LD）和发光二极管（Light Emitting Diode, LED）。激光器具有方向性好、谱线窄、功率高等优点，是高速、长距离通信的首选；LED则成本较低，适用于低速、短距离传输。 调制器：将电信号加载到光信号上，实现光信号的调制。可以是电吸收调制器（EAM）、电光调制器（EOM）等。 光纤：传输光信号的介质。如前所述，有单模光纤和多模光纤之分，根据不同的应用场景选择。 连接器和接头：用于将光纤与其他光器件进行连接，确保光信号的顺畅传输，减少连接损耗。 光放大器：对衰减的光信号进行放大，延长传输距离。 光电探测器：将接收到的光信号转换成电信号。 复用与解复用器：在同一根光纤中传输多路信号的技术。最常用的技术是波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）。WDM技术利用不同波长的光信号携带不同的信息，通过在发送端将不同波长的光信号复用（叠加）到一根光纤中传输，在接收端再通过解复用器将不同波长的光信号分离开。这极大地提高了光纤的传输容量。 光开关和光交叉连接器：用于实现光信号的路由和切换，可以灵活地重新配置网络连接。 传输管理系统：负责监控、控制和管理整个光纤通信网络的运行，包括故障检测、性能监测、配置管理等。 三、 光纤通信系统的优势与应用 光纤通信系统凭借其卓越的性能，在当今社会扮演着至关重要的角色： 巨大的带宽和传输容量：光波的频率极高，理论上可以携带的信息量非常巨大。一根细细的光纤，其信息传输能力可以超越数万根铜缆。这意味着我们可以同时传输海量的数据，支持高清视频、大文件下载、多用户在线游戏等对带宽要求极高的应用。 极高的传输速度：光在光纤中的传播速度接近光速，远高于电信号在铜线中的传播速度。这使得信息能够以极快的速度在远距离之间传输，大大缩短了通信延迟，提升了用户体验。 超长的传输距离：光纤的损耗极低，特别是在单模光纤中，信号可以传输数百甚至数千公里而无需中继放大，远超铜线通信的能力。这使得光纤通信能够连接城市、国家乃至大陆，构建起全球化的通信网络。 优异的抗电磁干扰能力：光纤传输使用的是光信号，而不是电信号，因此不受电磁场的干扰，也不会产生电磁辐射。这在电磁环境复杂的工业、医疗等场所尤为重要，能够保证通信的稳定性和可靠性。 安全性高：光纤传输信号难以被窃听，因为窃听者需要破坏光纤或进行物理接入，这会引起信号的明显衰减，容易被网络监测发现。 轻便、易于铺设：与笨重的铜缆相比，光纤更轻便、更细，铺设更为方便，尤其是在地下管道、海底电缆等环境中。 应用领域广泛： 互联网骨干网：全球互联网的核心传输网络几乎完全由光纤构成，支撑着全球信息的高速流动。 接入网：将光纤引入家庭和企业，实现“光进铜退”，提供高速宽带上网服务，即我们常说的“光纤到户”。 电信运营商网络：构建电话、移动通信等各种通信业务的基础设施。 数据中心互联：连接日益增长的数据中心，满足海量数据的传输需求。 有线电视网络：提供高清、多频道电视节目传输。 工业控制与自动化：在对实时性、可靠性要求极高的工业环境中，光纤通信保障了生产过程的顺畅运行。 军事通信：提供安全、高速、可靠的通信保障。 四、 光纤通信技术的未来发展 尽管光纤通信技术已经取得了巨大的成就，但其发展从未止步。未来的发展趋势主要集中在以下几个方面： 更高容量的传输：通过更先进的复用技术（如更高密度WDM、空分复用等），以及更高阶的调制格式，进一步挖掘光纤的传输潜力，提升单根光纤的传输容量。 更智能的网络：引入人工智能和机器学习技术，实现光网络的自优化、自愈合，提高网络的智能化水平和运维效率。 新的传输媒介：探索比传统光纤更具优势的传输介质，如空光通信等，以适应未来更加多样化的通信需求。 更高效的光器件：开发性能更优异、功耗更低、成本更低的光源、探测器、放大器等器件，推动光通信技术的进步。 面向未来的应用：随着5G/6G通信、物联网、人工智能、虚拟现实/增强现实等新兴技术的快速发展，对通信系统的带宽、时延、可靠性提出了更高的要求，光纤通信技术将不断演进以满足这些需求。 光纤通信系统，作为现代信息社会不可或缺的基石，正以其强大的生命力和持续的创新力，不断推动着人类社会的进步和发展。它不仅是连接世界的纽带，更是驱动未来科技变革的强大引擎。

评分☆☆☆☆☆

从学习效果的角度来看，这本书的配套资源和习题设计也值得称赞。虽然我侧重于工程应用，但书本后面附带的那些精心设计的思考题和计算练习，确实能有效地检验读者对核心概念的掌握程度。这些习题不仅仅是简单的公式套用，很多都需要读者结合实际的物理情景进行分析和推导，极大地锻炼了读者的分析综合能力。此外，本书在引文和参考文献的规范性上也做得非常出色，每一个关键的理论突破或实验数据，都有明确的溯源，这体现了作者严谨的治学态度。对于希望深入研究某个具体方向的读者，书后的参考书目提供了一个绝佳的进一步学习的路径图。总的来说，这本书为我提供了一个既广博又深入的学习框架，它不仅解答了我现有的疑问，更重要的是，它教会了我如何用更系统、更科学的方式去面对和解决光通信领域内遇到的新问题。这是一本真正能伴随人职业生涯成长的技术经典。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有多年光网络维护经验的工程师，我更关注的是书中对当前主流光通信技术（比如相干通信、WDM系统）的深入剖析和前沿展望。这本书在这方面表现出了极强的时效性和前瞻性。它不仅详细回顾了从早期的直检系统到现在的超大容量、超长距离传输技术的演变历程，更着重探讨了如何在高密度波分复用（DWDM）网络中，有效管理和补偿各种传输损伤，尤其是色散管理和非线性效应抑制的技术方案。我特别喜欢其中关于光信道均匀化和功率平衡的论述，这在实际组网中是保证系统稳定性的关键。作者对于最新标准和行业发展趋势的把握非常精准，对于如何在新一代光传输网络中引入新的调制格式和信号处理技术也有独到的见解。读完这部分内容，我感觉自己对未来十年光通信技术的发展方向有了更清晰的认识，它提供的不仅仅是“已知”的知识，更有“应知”的前沿动态，对于希望保持技术领先的同行来说，无疑是一份极具价值的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧质量令人印象深刻，纸张厚实，印刷清晰，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到明显的疲劳。我个人对技术书籍的排版有较高的要求，这本书的字体大小适中，行间距也处理得恰到好处，使得阅读体验非常流畅。更值得称赞的是，书中穿插的插图和示意图，简直是教科书级别的典范。每一张图都精确地标注了关键参数和物理结构，对于理解光纤中光束的传输模式、耦合原理以及光器件的工作机制起到了画龙点睛的作用。我之前在自学一些光纤的模场直径（Mode Field Diameter）和截止波长等概念时，总感觉有些抽象，但翻阅到这本书中关于光纤结构剖析的章节后，那些原本模糊的概念瞬间清晰了起来。作者在图表的选用和绘制上显然下了大功夫，很多图示都是原创或经过精心改编的，极大地降低了读者的理解门槛。这种对细节的极致追求，体现了作者在内容编写上的严谨态度和对读者的尊重，绝对是值得收藏的一本经典教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常沉稳、内敛，透露着一种老一辈专家学者的风范，没有时下流行技术书籍那种过度渲染和浮夸的口吻，一切都以事实和严密的逻辑为基础。我发现作者在描述复杂概念时，善于运用类比和历史背景的介绍，使得读者能够理解某项技术的产生并非一蹴而就，而是经历了漫长的技术迭代和理论探索。例如，在讲解掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理时，作者不仅清晰地描述了能级跃迁过程，还简要回顾了它取代传统光中继器的历史意义，这种叙事方式让知识点更加鲜活和立体。这种深入骨髓的学术底蕴，让这本书的权威性毋庸置疑。它不像某些快速入门读物那样追求“快餐式”的学习体验，而是鼓励读者进行深入的思考和探究，非常适合那些希望打下坚实理论基础，以应对未来复杂技术挑战的学习者。它是一本需要慢品细读的书，每次重温都会有新的体会和收获。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，黑白灰的主色调透露着一种严谨和专业的氛围，让人一看就知道这不是一本轻松读物，而是需要沉下心来钻研的硬核技术书籍。我刚拿到手的时候，特意翻阅了一下目录，感觉内容编排得非常系统和有逻辑性。从基础的光波导理论讲起，逐步深入到各种光纤的特性、光信号的传输损耗与色散，再到光放大器和光器件的原理与应用，体系结构非常完整。作者的文字功底也很扎实，虽然是技术书籍，但并没有陷入晦涩难懂的公式堆砌，而是力求用清晰的语言解释复杂的物理现象，这对于初次接触光纤通信领域的读者来说，无疑是一大福音。我特别欣赏它在理论阐述和工程实践之间的平衡把握，很多章节后面都附带有相关的案例分析或工程应用实例，能帮助读者更好地将书本知识与实际工作联系起来。这种深入浅出的讲解方式，让原本枯燥的理论学习过程变得相对容易吸收和理解。我对其中关于非线性效应处理的部分非常感兴趣，作者的处理方式非常到位，既有理论深度，又不失工程实用性，这本书绝对是光通信专业人士案头必备的工具书，无论是学生备考还是工程师查阅参考，都非常合适。