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董天临 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302276869

商品编码：29731407233

包装：平装

出版时间：2012-05-01

基本信息

书名:光纤通信(高等院校信息与通信工程系列教材)

：29.00元

售价：19.7元,便宜9.3元,折扣67

作者:董天临

出版社：清华大学出版社

出版日期：2012-05-01

ISBN：9787302276869

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.581kg

编辑推荐

内容提要

　　随着光纤通信技术的不断发展和日趋成熟，光纤通信的有关内容日益增加。《光纤通信》对国内外涉及光纤通信的大量资料进行了提炼，突出光纤通信的物理原理与技术基础，介绍了光纤通信的基本元器件和设备以及光纤链路和基于TCP／IP的信息体制的光纤网。本书内容较精简，有利于以较少学时取得较好的教学效果，可作为电子信息工程和通信工程及其他有关专业的本科生教材，也可供光纤通信方面的研究生、工程技术人员、科研人员和管理人员参考。

目录

章　绪论
　1．1对光纤通信认识的历程
　1．1．1现代光纤通信的发展
　1．1．2我国光纤通信的发展
　1．2光纤通信的系统组成及其优势
　1．3光纤及其制造工艺简介
　1．4内容简介
　习题
第2章　物理原理与技术基础
　2．1光波导
　2．1．1平面介质光波导
　2．1．2光纤的模式
　2．2载波、调制和多路复用
　2．2．1载波传播
　2．2．2信号和调制
　2．2．3多路复用
　2．3光波导中模式的相互作用
　2．3．1介质微扰与模耦合
　2．3．2周期微扰
　2．3．3同向耦合与反向耦合
　2．3．4分布反射与分布反馈
　2．4光脉冲在光纤中的传播
　2．4．1基本传播方程
　2．4．2色散和脉冲展宽
　2．4．3光纤孤子
　2．5光纤的非线性效应
　2．5．1光纤非线性效应的产生
　2．5．2非线性折射率
　2．5．3四波混频
　2．5．4受激拉曼散射
　2．5．5受激布里渊散射
　2．6光检测、光放大和光
　2．6．1自发辐射、受激吸收和受激辐射
　2．6．2p-n结及其光电特性
　2．6．3光自激振荡
　2．7几种导波光学器件的基本原理
　2．7．1定向耦合器
　2．7．2mach—zehnder(m—z)干涉仪
　2．7．3声光器件
　习题
第3章　基本元器件和设备
　3．1光纤
　3．1．1石英光纤
　3．1．2新型光纤
　3．1．3光纤的损耗
　3．1．4光纤的色散特性
　3．2光路元件
　3．2．1光纤活动连接器
　3．2．2光衰减器
　3．2．3光隔离器
　3．3网络元器件和设备
　3．3．1下层元件
　3．3．2网络功能
　3．3．3网络节点设备
　3．4光收发器
　3．4．1半导体光源
　3．4．2光检测器
　3．4．3光调制器
　3．5光放大器
　3．5．1半导体光放大器
　3．5．2掺铒光纤放大器
　3．5．3光纤拉曼放大器
　3．5．4其他光放大器
　3．5．5光放大器的性能比较
　习题
第4章　光纤链路
　4．1光发送和光接收
　4．1．1光发送
　4．1．2数字光接收
　4．2光纤链路设计
　4．2．1设计步骤
　4．2．2功率估算
　4．2．3带宽估算
　4．2．4链路功率代价
　4．3波分复用链路
　4．3．1光放大器的应用
　4．3．2信号、噪声和串扰
　4．3．3设计要点
　4．4色散控制
　4．4．1色散补偿
　4．4．2色散管理
　4．4．3偏振模色散的影响和补偿
　习题
第5章　光纤网
　5．1光纤以太网
　5．1．1光纤局域网的发展和标准体系
　5．1．2以太网的系统结构
　5．1．3器件损耗限制的估算
　5．1．4千兆以太网
　5．2ip over wdm光纤网
　5．2．1ip over dwdm结构
　5．2．2主要技术问题
　5．3波长路由光网络
　5．3．1基本概念
　5．3．2路由与波长分配
　5．3．3逻辑路由网络的rwa问题
　习题
第6章　新技术进展
　6．1高速链路
　6．1．1wdm
　6．1．2wdm／otdm混合传输
　6．1．3光子集成(pic)和光电子集成(oeic)
　6．2光纤网节点
　6．3智能联网
　6．4光节点技术
　6．4．1光子交换
　6．4．2新型元器件
　6．5几种发展中的新技术
　6．5．1相干光通信
　6．5．2光孤子通信
　6．5．3光量子通信
　6．5．4光子学与光信号处理
　习题
　部分习题答案
参考文献
　　

作者介绍

文摘

序言

《光纤通信（高等院校信息与通信工程系列教材）》内容概述 《光纤通信（高等院校信息与通信工程系列教材）》是一部全面深入介绍光纤通信系统原理、技术和应用的经典教材。本书旨在为高等院校信息与通信工程专业学生提供扎实的基础理论知识和实践应用指导，帮助他们掌握光纤通信领域的核心概念和前沿技术，为未来的科研和工程实践奠定坚实基础。 本书的编写遵循循序渐进、理论与实践相结合的原则，从光纤通信的基本概念入手，逐步深入到系统的设计、优化和性能分析。全书内容涵盖了光纤通信的各个重要环节，力求全面、系统地展现光纤通信技术的全貌。 第一章绪论： 本章首先概述了通信技术的发展历程，强调了光纤通信作为一种革命性通信方式的重要地位及其在现代社会中的不可或缺性。接着，详细介绍了光纤通信系统的基本组成，包括光源、调制器、光纤、光探测器、放大器和解调器等关键器件，并阐述了它们在整个系统中的作用和相互关系。此外，本章还对光纤通信的优势进行了深入分析，如高带宽、低损耗、抗电磁干扰、保密性强以及体积小、重量轻等，为后续内容的展开奠定了理论基础。最后，展望了光纤通信技术的发展趋势，包括更高的数据传输速率、更长的传输距离、更智能化的网络以及与5G、物联网等新兴技术的融合。 第二章光波导基础： 本章聚焦于光波导作为光纤通信核心载体的物理基础。首先，详细阐述了光在介质中的传播规律，包括折射、反射等基本光学现象。在此基础上，深入介绍了光纤的结构，重点讲解了纤芯、包层和涂覆层各自的功能以及它们是如何共同作用来实现光信号的引导和传输的。随后，本章详细推导了光纤中的光传播理论，包括模式理论，区分了单模光纤和多模光纤的特性和应用场景。接着，对光纤的几何参数，如纤芯直径、包层直径、纤芯-包层折射率差以及数值孔径等进行了详细的定义和解释，并分析了这些参数对光纤传输特性的影响。最后，本章探讨了光纤中的损耗机理，包括吸收损耗、散射损耗（瑞利散射和米氏散射）以及弯曲损耗等，并提出了相应的抑制方法，为理解光纤传输性能提供了关键知识。 第三章光纤的种类与特性： 本章在光波导理论的基础上，对不同类型光纤的特性进行了深入剖析。首先，详细介绍了单模光纤（SMF）的结构和传输原理，重点阐述了其如何实现单模传输，以及单模光纤在长距离、高带宽通信中的优势。接着，分析了多模光纤（MMF）的类型，如阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤，并对比了它们的模间色散特性和传输带宽。此外，本章还详细介绍了特种光纤，如色散位移光纤（DSF）、色散补偿光纤（DCF）、零色散位移光纤（NZ-DSF）等，并阐述了它们在解决光纤色散问题上的关键作用。最后，本章对光纤的机械性能，如抗拉强度、耐磨损性以及环境适应性等进行了探讨，为光纤的实际应用提供了重要的参考依据。 第四章光纤中的损耗与色散： 本章是理解光纤通信系统性能的关键。首先，对光纤损耗进行了系统性的分类和深入分析。吸收损耗（本征吸收和杂质吸收）和散射损耗（瑞利散射、米氏散射）的物理机理被详细阐述，并分析了损耗与波长的关系。弯曲损耗，包括宏观弯曲和微观弯曲，也进行了详细的讲解，并给出了计算公式和抑制方法。接着，本章将重点转移到光纤色散，这是限制光纤通信系统传输速率和距离的关键因素。模间色散（仅存在于多模光纤中）的产生机理和影响被详细解释。材料色散和波导色散（统称为单模光纤色散）的计算和影响也被深入探讨。最后，本章介绍了多种色散补偿技术，包括预补偿、后补偿以及使用色散补偿光纤（DCF）和光栅等方法，为提高光纤通信系统的传输性能提供了技术支撑。 第五章光纤连接技术： 本章聚焦于实现光信号高效传输的连接技术。首先，详细介绍了光纤连接的两种主要方式：光纤熔接和光纤连接器。熔接的基本原理、不同熔接机的使用方法以及熔接点的损耗评估和质量控制被详细阐述。接着，对光纤连接器，如SC、LC、FC、ST等类型，进行了详细的介绍，分析了它们的结构特点、连接方式以及各自的优缺点，并重点讨论了插入损耗和回波损耗的测量和控制。此外，本章还探讨了光纤耦合技术，包括如何实现光源与光纤、光纤与光纤之间的有效耦合，以及影响耦合效率的因素。最后，本章强调了光纤连接的清洁和保护的重要性，以及在实际工程中应遵循的规范和注意事项。 第六章光纤通信系统的光源： 本章深入探讨了光纤通信系统中作为信息载体光源的多种类型及其工作原理。首先，介绍了激光器的基本工作原理，包括受激辐射、粒子数反转和光学谐振腔等关键概念。接着，详细讲解了半导体激光器（LD）的类型，如边发射激光器（EEL）和垂直腔面发射激光器（VCSEL），分析了它们的结构、工作特性、输出功率、光谱纯度以及调制特性，并讨论了它们在不同光纤通信系统中的应用。随后，本章介绍了发光二极管（LED）的结构、工作原理和特点，分析了其作为低成本、低功率光源在短距离通信中的优势。此外，还对几种常用的光纤通信光源的性能指标，如输出功率、光谱宽度、稳定性、可靠性等进行了详细的比较和评估。 第七章光纤通信系统的调制与解调： 本章深入讲解了如何将电信号转换为光信号并传输，以及如何将接收到的光信号还原为电信号的过程。首先，详细介绍了直接调制和外部调制的原理和实现方式。在外部调制方面，重点讲解了电光调制器（如铌酸锂调制器）和声光调制器的结构、工作机理和性能指标。接着，本章深入分析了调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）和脉冲编码调制（PCM）等调制技术在光纤通信中的应用。在解调方面，详细介绍了直接检测法（幅度鉴别、频率鉴别、相位鉴别）和相干检测法的原理和优缺点。此外，本章还对常用的调制格式，如开关键控（OOK）、四相相移键控（QPSK）、相干光调制等进行了介绍，并分析了它们在提高传输速率和频谱效率方面的优势。 第八章光纤通信系统的光探测器： 本章聚焦于光信号接收端的核心器件——光探测器。首先，详细介绍了光探测器的基本工作原理，包括光电转换效应。接着，深入分析了两种主要的光探测器：光电二极管（PD）和雪崩光电二极管（APD）。对PIN光电二极管的结构、工作特性、响应速度、量子效率以及噪声特性进行了详细阐述。随后，详细介绍了APD的内部增益机理，分析了其在高灵敏度应用中的优势，并讨论了其噪声来源和性能限制。此外，本章还对其他类型的光探测器，如光电倍增管（PMT）进行了简要介绍。最后，本章详细讨论了光探测器的关键性能指标，如响应速度、灵敏度、噪声等效功率（NEP）、探测度（D）以及它们的相互影响，为系统设计提供了重要的参考。 第九章光纤放大器： 本章深入探讨了在长距离光纤通信系统中不可或缺的光放大器技术。首先，详细介绍了掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理，包括能量传递、受激辐射以及泵浦光源的作用。EDFA的结构、增益特性、噪声特性以及在C波段和L波段的应用得到了详细阐述。接着，本章介绍了其他类型的光纤放大器，如拉曼放大器（RA）和掺镱光纤放大器（EFA），分析了它们的独特优势和适用范围。此外，还对这些放大器的性能指标，如增益、噪声系数、饱和输出功率以及带宽等进行了详细的讨论和比较。最后，本章展望了下一代光纤放大器的发展方向，例如更高增益、更低噪声、更宽带宽以及更小的尺寸等。 第十章光纤通信系统的中继传输： 本章聚焦于如何克服光纤损耗和色散，实现光信号在长距离传输中的可靠性。首先，详细介绍了光中继的两种基本方式：光-光再生中继和电-光再生中继。对光-光再生中继的原理和技术进行了阐述。接着，重点讲解了电-光再生中继的详细过程，包括光信号的接收、电信号的整形、时钟恢复、数据再生和光信号的重新发射。分析了再生中继在提高信号质量和延长传输距离方面的巨大优势。此外，本章还讨论了其他提高传输距离的技术，如前向纠错（FEC）编码，它通过在传输的数据中加入冗余信息，可以在接收端检测和纠正错误，显著降低误码率。最后，本章对不同中继技术在实际系统中的应用场景和性能进行了比较分析。 第十一章光时分复用（TDM）与波分复用（WDM）技术： 本章深入探讨了两种主流的多路复用技术，它们极大地提高了光纤通信系统的传输容量。首先，详细介绍了光时分复用（TDM）的基本原理，包括将不同用户的数据流分割成时间片，然后按顺序在同一根光纤上传输。分析了TDM的优势和局限性。接着，本章重点介绍了波分复用（WDM）技术，这是当前光纤通信领域最重要的技术之一。详细阐述了WDM的原理，即将不同波长的光信号承载不同数据流，并使用同一个光纤进行传输。重点介绍了密集波分复用（DWDM）系统，包括其关键器件，如波长选择开关（WSS）、复用器（MUX）和解复用器（DEMUX），以及它们在实现高容量传输中的作用。此外，本章还讨论了WDM系统的性能优化和挑战，如波长稳定性、色散管理和放大器增益平坦化等。 第十二章光纤通信系统的网络结构与设备： 本章将理论知识与实际应用相结合，介绍了光纤通信网络的构成和关键设备。首先，对光纤接入网（FTTx）、城域网（MAN）和骨干网（WAN）等不同层级的光网络结构进行了详细的介绍，阐述了它们在信息传输中的作用和特点。接着，本章重点介绍了光通信网络中的核心设备，如光交换机、光路由器、光收发器、光模块以及各种光传输设备。对这些设备的组成、工作原理和功能进行了详细的讲解。此外，本章还介绍了光网络管理系统（NMS）在网络监控、故障诊断和性能优化中的作用。最后，本章对光纤通信网络的发展趋势，如软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）在光网络中的应用进行了展望。 第十三章光纤通信系统中的性能监测与故障诊断： 本章关注如何保证光纤通信系统的稳定运行和快速恢复。首先，详细介绍了光纤通信系统中需要监测的关键性能参数，如光功率、信号质量（如误码率BER）、色散、偏振模色散（PMD）以及通道的信噪比（OSNR）等。接着，本章详细阐述了各种性能监测技术，包括在线监测和离线测试。对于故障诊断，详细介绍了定位光纤链路故障（如断裂、弯曲、污染等）的方法，包括使用光时域反射仪（OTDR）、光功率计等设备。此外，本章还介绍了对光设备故障进行诊断的策略和技术。最后，本章强调了建立完善的监测和诊断体系对于保障网络可靠性和降低维护成本的重要性。 第十四章光纤通信系统的安全与可靠性： 本章探讨了保障光纤通信系统安全和可靠性的重要方面。首先，分析了光纤通信系统面临的潜在安全威胁，如物理攻击（如剪断光缆）、信息窃听（如光纤窃听）以及网络攻击（如DDoS攻击）。接着，详细介绍了相应的安全防护技术，包括物理安全措施、加密技术、身份认证以及网络入侵检测系统等。在可靠性方面，本章讨论了影响系统可靠性的因素，如硬件故障、环境因素以及人为错误等。并介绍了提高系统可靠性的方法，如冗余设计、容错技术、灾难恢复计划以及严格的质量控制。最后，本章强调了安全和可靠性是构建高性能、可信赖光纤通信系统的基石。 第十五章光纤通信技术的应用领域： 本章将前述理论知识和技术原理与实际应用场景相结合，展示了光纤通信技术在现代社会中的广泛应用。首先，详细介绍了光纤通信在电信网络中的核心作用，包括长途骨干网、城域网以及用户接入网（如FTTH）。接着，重点阐述了光纤通信在互联网数据中心（IDC）内部以及数据中心互联（DCI）中的关键地位，强调了其高带宽、低延迟的优势。此外，本章还介绍了光纤通信在有线电视、军事通信、航空航天、医疗设备以及工业自动化等领域的应用案例，突显了光纤通信作为基础通信设施的普适性和重要性。最后，本章对光纤通信技术在未来的发展方向进行了展望，如与5G、6G、人工智能、量子通信等前沿技术的融合，以及在智慧城市、自动驾驶等新兴领域的应用潜力。 本书结构清晰，逻辑严谨，内容详实，配以丰富的图表和算例，既适合作为高等院校信息与通信工程专业的专业教材，也适合作为从事光纤通信领域研究、设计和开发工作的工程技术人员的参考书。通过学习本书，读者将能够全面掌握光纤通信系统的核心理论和关键技术，并为进一步深入学习和研究打下坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种已经工作了一段时间，但希望系统性回顾和提升理论深度的工程师而言，这本书的价值更在于其对未来技术趋势的洞察力。书中关于空分复用（SDM）和空腔激光器应用的前瞻性讨论，让我耳目一新。它并没有仅仅停留在当前主流的100G/400G DWDM系统，而是深入探讨了下一代超大容量传输面临的瓶颈，并给出了光子集成技术如何可能在未来扮演关键角色的蓝图。特别是关于光子集成电路（PIC）中如何实现低噪声、高效率的调制器和探测器部分，书中的分析不仅仅停留在器件结构层面，还结合了硅光子学和III-V族半导体异质结集成的挑战进行了探讨。这部分内容对我目前的项目规划提供了非常及时的启发，它提醒我，在优化现有链路性能的同时，必须开始关注底层光电子器件的集成化和成本效益问题。阅读这本书，感觉就像是与一位经验丰富且紧跟时代前沿的行业领袖进行了一次深度对话，他不仅传授了经典知识，更指明了未来几年的技术发展方向。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的教材摆在桌面上，散发着一种知识分子的严谨气息。我花了整整一个下午的时间，才大致翻阅完前几章，那种感觉就像是攀登一座知识的高山，每一步都需要扎实的基础和清晰的逻辑。从一开始对光波导理论的深入剖析，到后来对光纤的物理特性的细致描绘，无不体现了编者深厚的学术功底。特别是关于模式场直径和有效折射率的章节，作者并没有简单地罗列公式，而是结合大量的工程实例和图表进行阐释，使得那些原本抽象的概念变得立体而鲜活起来。我个人尤其欣赏它在理论深度和工程应用之间的巧妙平衡。很多同类书籍要么过于偏重理论推导，让人读来枯燥乏味，要么就是过于浅尝辄止，缺乏足够的深度去指导实际设计。然而，这本教材似乎找到了一个完美的切入点，它不仅教会了我们“是什么”，更重要的是教会了我们“为什么”和“怎么做”。对于正在准备资格考试或者希望深入光通信核心技术的学生来说，这本书无疑是一个宝藏，它提供的知识密度之高，恐怕不是一朝一夕就能完全消化的。我正计划着手梳理一下自己的学习计划，争取能在接下来的几个月里，系统地啃下这本书的每一块硬骨头。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最初是被这套书的系列名称吸引的，信息与通信工程系列教材，听起来就让人觉得权威性十足。拿到书后，我主要关注的是它在系统级性能分析方面的处理手法。以往我接触的教材，在讲解光纤链路的损耗预算和色散补偿时，往往停留在理想模型的层面，计算过程冗长且与实际工程偏差较大。但这本教材的处理方式显然更贴近真实场景。它非常详尽地讨论了非线性效应，例如四波混频（FWM）和受激拉曼散射（SRS）对多载波系统的影响，并且给出了量化的评估方法。我特别喜欢其中关于数字相干接收机中偏振复用技术的讲解，作者用非常直观的眼图分析和误码率（BER）计算，展示了DSP在抑制串扰和补偿损伤中的关键作用。这种从物理层到数字信号处理层的无缝衔接，极大地拓宽了我对现代高速光通信系统的认知边界。阅读过程中，我甚至需要频繁地参考一些信号处理和复变函数的基础知识，这说明了教材对读者基础能力是有一定要求的，但回报也是巨大的，它能帮你建立起一个完整的知识框架，而不是零散的知识点堆砌。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的难度是偏高的，它绝不是一本可以轻松快速读完的入门读物。它更像是为那些已经具备扎实电子学、电磁场基础，并希望成为光通信领域专家的读者量身定做的。在第三章关于光纤色散特性的推导中，作者对群速度和群速度色散（GVD）的定义以及它们如何影响超快脉冲的传播，进行了非常详尽的数学展开。理解这部分内容需要读者对傅里叶变换和波动光学有深刻的认识，任何一处概念上的混淆都可能导致后续的理解偏差。我不得不说，我在这里花费的时间比预期的要长得多，甚至需要借助外部资源来辅助理解某些高度抽象的物理概念。然而，正是这种挑战性，确保了它所传授的知识是经过严格检验的“硬核”内容。对于那些期望能真正掌握光通信系统底层物理规律和设计原理的读者来说，这种“痛并快乐着”的学习过程，正是获取真才实学的必经之路。这本书的价值，正体现在它不轻易给出答案，而是引导你通过严密的逻辑推导，最终自己得出结论的这种教学方式上。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，可以说达到了教科书的顶尖水平。我很少看到一本技术书籍能将复杂的数学公式和精美的实验结构图结合得如此和谐。很多教材的公式总是密密麻麻地挤在一起，让人望而生畏，但这本教材通过恰当的字体和间距，配合清晰的流程图，使得阅读体验大大提升。举例来说，当讲解光学放大器（如EDFA）的增益平坦化时，书中不仅展示了受激发射和吸收的速率方程，还配上了不同泵浦功率下的光谱曲线示意图，这些图示的精确性令人印象深刻，它们辅助我迅速理解了增益饱和是如何影响系统带宽的。我甚至发现，书中引用的部分实验数据和仿真结果，都标注了具体的参考来源或仿真参数，这对于我们做研究工作的人来说，提供了极大的便利，方便我们去追溯和验证这些结论的可靠性。总而言之，这本书在“可读性”和“专业性”之间找到了一个极佳的平衡点，它不像某些外文原版书那样翻译腔严重，也不像一些国内教材那样过于简略，它的语言流畅且精准。