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柯熙政，邓莉君 著

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• 无线光通信
• 部分相干光
• 光传输
• 理论研究
• 光纤通信
• 大气光学
• 调制解调
• 信道建模
• 相干光通信
• 信息传输

店铺： 玖创图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030503589

商品编码：29776142926

包装：平装

出版时间：2017-08-01

基本信息

书名：无线光通信中的部分相干光传输理论

定价：90.00元

作者：柯熙政,邓莉君

出版社：科学出版社

出版日期：2017-08-01

ISBN：9787030503589

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：128开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《深入探索：光纤通信的奥秘与未来》 本书是一部全面而深入的光纤通信技术专著，旨在为读者提供对这一关键信息传输领域进行系统性、前沿性理解的平台。本书并非仅仅罗列技术要点，而是通过层层递进的叙述，揭示光纤通信从基础原理到尖端应用的完整图景，并重点关注其发展趋势与未来挑战。 第一章：光纤通信的基石——光在介质中的传播 本章将从最基础的光学原理出发，为后续章节铺设坚实的基础。我们将详细解析光波的本质，包括其电磁波的特性、偏振态以及相干性等基本概念。在此基础上，我们将深入探讨光在不同介质中传播的规律，重点聚焦于光纤材料的微观结构如何影响光的传播。我们将详细阐述光纤的折射率分布，特别是全内反射（Total Internal Reflection, TIR）在光信号约束传播中的核心作用。读者将了解到不同类型的光纤，如阶跃折射率光纤（Step-Index Fiber, SIF）和渐变折射率光纤（Graded-Index Fiber, GIF），它们在结构上的差异如何导致不同的传播特性，以及对模式（mode）传播的形成进行详细分析。此外，本章还将引入光纤中的损耗机制，包括吸收损耗、散射损耗（瑞利散射、米氏散射）以及弯曲损耗，这些损耗是如何影响信号传播距离和质量的关键因素。 第二章：光信号的产生与调制——信息的载体 本章将聚焦于光信号的产生与调制技术，这是将信息转换为光信号并加以传输的关键环节。我们将详细介绍各类半导体光源，如发光二极管（Light-Emitting Diode, LED）和激光二极管（Laser Diode, LD）。我们将深入剖析它们的pn结结构、发光机理、光谱特性（如光谱宽度、峰值波长）以及输出功率等重要参数。特别地，我们将详细讲解激光二极管的工作原理，包括其能级跃迁、粒子数反转、受激辐射以及腔体谐振等过程，并阐述不同类型激光器（如DFB激光器、VCSEL）的特点与应用。 随后，本章将深入探讨光信号的调制技术。我们将区分强度调制（Intensity Modulation, IM）和相位调制（Phase Modulation, PM），并重点介绍直接调制（Direct Modulation）和外部调制（External Modulation）的原理与优缺点。读者将详细了解如马赫-曾德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator, MZM）、电光调制器（Electro-optic Modulator）等关键调制器件的工作机制，以及它们如何将电信号（如数字数据流）转换为光信号的强度或相位变化。我们还将讨论不同调制格式，如幅度键控（Amplitude Shift Keying, ASK）、频率键控（Frequency Shift Keying, FSK）、相位键控（Phase Shift Keying, PSK）及其高阶变种（如QPSK、16-QAM），并分析它们在信息传输速率、频谱效率和抗噪声能力方面的权衡。 第三章：光信号的探测与解调——信息的复原 与信号产生和调制相对应，本章将深入探讨光信号的探测与解调技术。我们将详细介绍各类光电探测器（Photodetector, PD）的原理与特性。重点将放在PIN光电二极管和雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）上，阐述它们的结构、工作机制、响应速度、量子效率、暗电流以及噪声特性。我们将分析这些参数如何影响探测器的性能，并讨论不同应用场景下（如低功率信号探测、高速通信）的选择依据。 此外，本章还将聚焦于光信号的解调技术。在直接检测（Direct Detection, DD）系统中，解调过程相对简单，主要依赖于光电探测器将光信号转换为电信号。然而，在相干光通信（Coherent Optical Communication）系统中，解调过程更为复杂且性能优越。我们将详细介绍相干探测（Coherent Detection）的原理，包括本振光（Local Oscillator, LO）的作用，以及如何通过混频（Mixing）过程来恢复原始信号的幅度、频率或相位信息。我们将深入探讨相干接收器（Coherent Receiver）的架构，并分析其在提高接收灵敏度、实现高级调制格式解调方面的优势。读者将了解同相/正交检测（In-phase/Quadrature Detection, IQ Detection）等关键技术。 第四章：光纤通信系统中的性能指标与挑战 本章将回归到整体系统层面，深入分析光纤通信系统的关键性能指标及其面临的挑战。我们将详细定义和计算误码率（Bit Error Rate, BER），这是衡量系统可靠性的最重要指标。我们将分析影响BER的因素，包括信号噪声比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）、量子噪声（Shot Noise）、热噪声（Thermal Noise）以及其他系统损耗。 我们将详细探讨光信号在传输过程中面临的非线性效应。这些效应，如自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）、交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）、四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）以及受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）和受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS），虽然在低功率传输时可忽略，但在高功率、大带宽系统中会对信号的频谱、形状和相干性造成严重干扰，显著恶化系统性能。我们将分析这些非线性效应的产生机理、影响方式以及抑制方法，例如通过优化光纤参数、采用先进的调制格式或信号处理技术。 此外，本章还将讨论色散（Dispersion）问题，包括模式色散（Modal Dispersion，主要存在于多模光纤中）、色散（Chromatic Dispersion, CD）和偏振模色散（Polarization Mode Dispersion, PMD）。我们将详细解析色散效应如何导致光脉冲展宽、信号失真，特别是在高速、长距离传输中。我们将介绍各种补偿色散的方法，如色散位移光纤（Dispersion-Shifted Fiber, DSF）、非零色散位移光纤（Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber, NZ-DSF）以及色散补偿光纤（Dispersion Compensating Fiber, DCF）和光栅（Fiber Bragg Gratings, FBG）等。 第五章：光通信系统的发展趋势与未来展望 本章将放眼未来，探讨光通信技术的最新发展趋势和前沿研究方向。我们将深入分析当前高性能光通信系统的架构，如波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）技术，特别是密集波分复用（Dense WDM, DWDM）的原理和应用，以及如何通过集成更多波长通道来大幅提升系统容量。 我们将讨论相干光通信技术的最新进展，包括其在超长距离传输、高阶调制格式（如64-QAM, 128-QAM）支持以及数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）技术在相干接收器中的关键作用，例如用于补偿色散、PMD和非线性效应。 本章还将聚焦于下一代光通信技术。我们将探讨如空分复用（Space Division Multiplexing, SDM）技术，特别是多芯光纤（Multi-Core Fiber, MCF）和多模光纤（Few-Mode Fiber, FMF）在打破光纤容量极限方面的潜力。同时，我们还将讨论在数据中心内部和城域网等短距离高密度应用场景下的新兴技术，如硅光子技术（Silicon Photonics）的发展及其在集成化、小型化光通信器件方面的优势。 最后，本章将展望光通信在支撑日益增长的网络流量、满足未来数据应用需求（如5G/6G通信、人工智能、云计算、物联网）方面所扮演的关键角色，并探讨其在能源效率、成本效益以及网络智能化等方面的未来发展方向。 本书旨在通过严谨的学术论述和清晰的逻辑结构，为光纤通信领域的学生、研究人员以及行业专业人士提供一个全面、深入且具有前瞻性的学习和参考平台，激发对该领域更深入的探索和创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示质量也值得称赞，这对于理解高维度的物理模型至关重要。许多抽象的数学表达式旁边，都配有直观的物理图像或性能曲线图，极大地降低了理解难度。我发现在处理高斯光束传输特性时，作者所采用的角谱方法与傍轴近似的对比分析，非常到位，清晰地指出了不同近似条件下的适用范围和精度差异。此外，书中对新型光场调控技术，如空间光调制器（SLM）在恢复部分相干信道性能中的作用的探讨，体现了作者对行业最新进展的敏锐捕捉。这本书不像很多学术专著那样枯燥，它在保证理论深度的同时，保持了一种对探索未知领域的兴奋感，激励读者去验证和拓展这些理论。

评分☆☆☆☆☆

读完这本册子，我最大的感受是作者对信息论和信号处理在光通信中的应用进行了极其细致的梳理。书中对如何量化和优化“部分相干”带来的信息传输效率的讨论，展现了跨学科融合的魅力。特别是关于湍流大气或复杂介质中光束展宽和相位扰动对信道特性的影响，作者给出了许多独到的见解。我尤其注意到关于多模光纤中模间串扰与相干性衰减之间关系的论述，那部分的处理方式非常巧妙，结合了波动光学和随机过程理论。整本书的行文节奏把握得很好，从基础原理的铺陈到复杂系统模型的建立，层层递进，让读者能够平稳地进入高阶讨论。对于希望将理论模型应用于实际系统设计中的工程师而言，这本书提供了将抽象概念转化为可操作指标的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这是一本理论性很强的专业书籍，内容涵盖了非常前沿和深入的物理学原理。我最欣赏的是作者在阐述复杂概念时所展现出的严谨性与清晰度。书中对光子统计、噪声处理以及相干性度量等核心议题的分析，达到了教科书级别的深度。例如，在讨论不同相干度对传输性能影响的章节中，作者没有停留在定性描述，而是深入到数学建模和数值模拟层面，为读者构建了一个完整的理论框架。对于致力于光通信领域深入研究的学者或研究生来说，这本书无疑是极佳的参考资料。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一套精密的工具箱，提供了解决实际工程挑战所需的理论基础。那些希望理解“为什么”而非仅仅知道“怎么做”的读者，会在这里找到巨大的价值。它要求读者具备扎实的数学和物理背景，但回报也是巨大的——对光波传播本质的深刻洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排，体现了作者深厚的学术积淀和清晰的逻辑思维。它并未将“部分相干”视为一个孤立的问题，而是将其置于整个光信息传输的宏大背景下进行考察。书中对相干性对量子信息传输，尤其是对纠缠光子对传输影响的初步探讨，虽然篇幅不长，但极具启发性，预示着未来研究的方向。我特别欣赏作者在总结各章节时，总能适当地提出一些开放性的问题，引导读者思考现有模型的局限性。这使得这本书不仅仅是知识的总结，更像是一场持续的学术对话。它成功地将一个看似晦涩的物理概念，用一种系统化、工程化的方式呈现出来，对于培养具备跨越基础科学与工程实践能力的复合型人才，具有不可替代的作用。

评分☆☆☆☆☆

从一个侧重于实验验证的角度来看，这本书为我们设计高精度测量方案提供了坚实的理论基石。书中对光场强度自相关函数和互相关函数的精确描述，直接指导了我们如何构建实验装置来区分不同程度的相干性。我特别关注了关于光束质量因子M²与相干长度之间的量化关系那部分内容，这在实验中是常常被简化处理的关键参数。作者在这里给出的详细推导，揭示了这些参数相互耦合的复杂机制。这本书的价值在于，它不仅描述了现象，更深挖了现象背后的物理约束。对于那些试图突破现有通信速率瓶颈的研究人员来说，这本书无疑是提供了跳出传统线性系统思维的一个全新视角，充满了对非线性、非高斯效应的探索欲望。