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陈根祥 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040305845

商品编码：29867007400

包装：平装

出版时间：2010-11-01

基本信息

书名：光纤通信技术基础

定价：51.00元

作者：陈根祥

出版社：高等教育出版社

出版日期：2010-11-01

ISBN：9787040305845

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.781kg

编辑推荐

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内容提要

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作为20世纪人类社会所取得的的技术成就之一，光纤通信技术已经发展成为人类向信息化时代迈进不可替代的重要基石，并正在经历以光纤到户和网络全光化为标志的重大技术变革。本书根据光纤通信技术的*进展和未来发展趋势，对光纤通信所涉及的基本原理、物理概念、基础理论和实验技术进行了较为完整和深入的论述。全书大致可以分为光纤与光波导技术基本理论、光通信器件的理论与技术、光纤通信系统与网络技术、光纤与光纤通信系统测量及数学附录等几个主要的部分。内容涉及光纤通信技术的各主要方面。为适应不同层次和不同专业读者的学习和教学需要，上述各部分之间保持了相对的独立性。为了使学生能够巩固所学知识并培养其应用所学知识解决实际问题的能力，对在研究和开发工作中具有重要应用价值的有关数值分析方法进行了较详细的论述，并在每一章后配备了大量的基础性和知识延伸性习题。为适应研究型教学的需要，其中部分习题属于带有研究性质的大型习题，可供教师组织有兴趣的学生进行研讨与练习。
本书是普通高等教育“十一五”*规划教材，可作为通信工程、电子信息及应用物理类专业本科生和研究生相关课程的教材使用，也可供通信领域的科研和工程技术人员参考。

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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《量子纠缠通信：超越经典极限的探索》 简介 在信息爆炸的时代，我们对通信速度、安全性和容量的需求日益增长。传统的光纤通信技术虽然取得了辉煌成就，但其物理极限已逐渐显现。而量子通信，凭借其颠覆性的原理，为我们打开了通往全新通信时代的大门。本书《量子纠缠通信：超越经典极限的探索》，将带领读者深入探究量子世界最令人着迷的现象之一——量子纠缠，以及如何利用这一奇妙特性构建前所未有的安全、高效的通信系统。 本书内容概述 本书并非一部艰深的理论专著，而是一本旨在普及量子纠缠通信核心概念、揭示其潜在应用价值的科普读物。我们力求以清晰易懂的语言，结合生动的实例和比喻，将复杂的量子力学原理转化为读者能够理解的知识。本书将从基础出发，循序渐进地引导读者理解量子纠缠的本质，以及它如何为通信领域带来革命性的突破。 第一部分：量子世界的奇妙之门——量子纠缠初探 1.1 经典物理的局限与量子革命的曙光： 回顾经典物理学在描述宏观世界时的成功，以及在解释微观现象时遇到的瓶颈。 介绍量子力学诞生的历史背景，及其引入的全新世界观，如微观粒子的波粒二象性、量子叠加态等。 强调量子力学并非抽象的理论，而是深刻影响着我们对现实世界的理解，并已在半导体、激光等领域展现出强大的应用潜力。 1.2 什么是量子纠缠？——“鬼魅般的超距作用”： 深入浅出地解释量子纠缠这一核心概念。我们不会回避其反直觉性，而是通过类比和思考实验来帮助读者建立直观的理解。 引入爱因斯坦对量子纠缠的著名质疑——“鬼魅般的超距作用”，以及随后玻尔姆的解释，阐述纠缠态粒子之间超越时空的关联性。 通过具体的例子，例如纠缠的光子对，解释测量其中一个粒子的状态会瞬间影响另一个粒子的状态，无论它们相距多远。 讨论纠缠态的特性，如不可克隆性，这将是理解量子通信安全性的关键。 1.3 量子纠缠的产生与制备： 介绍几种主要的量子纠缠产生机制，例如参量下转换（SPDC）、高能光子跃迁等。 简要说明实验室中如何通过精密的光学装置和控制技术来制备高质量的纠缠态。 强调制备高质量、可控的纠缠态是实现量子通信技术的基础。 1.4 量子纠缠的测量与验证： 介绍量子纠缠的测量方法，特别是贝尔不等式的验证实验。 解释贝尔不等式为何能够区分经典关联与量子纠缠，以及实验结果如何确凿地支持量子力学的非局域性。 通过图示和简洁的数学表达（非深入推导），帮助读者理解测量过程对纠缠态的影响，以及如何通过多次测量来确认纠缠的存在。 第二部分：以量子之名，构建安全之道——量子密钥分发（QKD） 2.1 量子通信的终极目标：绝对安全： 阐述当前通信安全面临的挑战，例如密钥被截获、量子计算对经典加密算法的威胁等。 引入量子通信的核心优势——基于物理原理的安全性，而非依赖于算法的计算复杂度。 强调量子密钥分发（QKD）是量子通信在安全性领域最直接、最成熟的应用。 2.2 量子密钥分发（QKD）原理揭秘： 详细介绍几种主流的QKD协议，如BB84协议、E91协议等。 BB84协议： 阐述Alice（发送方）如何利用量子态（如光子的偏振态）编码信息，并通过不同的基（如直线基和对角基）发送。 解释Bob（接收方）如何随机选择基进行测量，以及如何通过公开信道比对测量基，从而获得共享密钥。 强调在BB84协议中，任何窃听者（Eve）试图测量量子态都会不可避免地对其造成扰动，从而被Alice和Bob发现。 E91协议： 介绍E91协议如何利用量子纠缠的非局域性来生成密钥。 解释Alice和Bob各自接收纠缠粒子的一部分，并通过测量不同基来生成密钥。 强调E91协议的安全性直接来源于量子纠缠的性质，以及贝尔不等式的验证。 2.3 量子窃听的“天敌”： 详细分析窃听者在QKD过程中可能采取的策略，例如中间人攻击、测量-重发攻击等。 阐述为何量子物理学的基本原理使得这些窃听行为无法做到“神不知鬼不觉”。 解释量子态的不可克隆性如何阻止窃听者复制量子信息。 讨论误差校验和隐私放大等后处理技术，如何进一步提升密钥的安全性。 2.4 QKD技术的实际应用与挑战： 介绍当前QKD技术在政府、金融、国防等领域的研究和试点应用。 分析QKD技术在实际部署中面临的挑战，例如传输距离限制、信道损耗、设备成本、网络集成等。 展望未来QKD技术的发展方向，例如量子中继、自由空间QKD等，以克服现有瓶颈。 第三部分：超越密钥，探索更广阔的量子通信未来 3.1 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 解释量子隐形传态并非科幻小说中的物质传输，而是指将一个未知量子态从一个位置传递到另一个位置，而原始量子态本身被摧毁。 阐述量子隐形传态如何依赖于量子纠缠和经典通信。 探讨量子隐形传态在构建量子网络和量子计算中的潜在作用。 3.2 量子网络与量子互联网： 展望构建全球性的量子网络，实现量子信息的自由流通。 介绍量子网络的基本构成要素，如量子节点、量子信道、量子路由器等。 探讨量子互联网可能带来的颠覆性应用，例如分布式量子计算、高精度量子传感网络、安全可靠的量子通信服务等。 3.3 量子通信的未来展望与机遇： 总结量子通信技术的发展现状和未来趋势。 强调量子通信是信息技术发展的重要方向，将深刻影响未来的社会、经济和科技格局。 鼓励读者保持对量子通信的关注，了解其最新进展，并思考其可能带来的机遇。 本书的特色 通俗易懂： 避免使用过多复杂的数学公式和专业术语，力求让非专业读者也能理解量子纠缠通信的核心概念。 深入浅出： 在讲解基础原理的同时，深入剖析其应用价值和潜在影响。 前瞻性： 关注量子通信的最新研究进展和未来发展趋势，展现该领域的无限可能。 启发性： 旨在激发读者对量子世界的兴趣，培养科学思维，并鼓励对未来科技的探索。 《量子纠缠通信：超越经典极限的探索》是一次穿越量子世界的奇妙旅程，一次关于安全与未来的深刻思考。我们相信，通过本书的引导，您将能够深刻理解量子纠缠通信的魅力，并对其充满期待。

评分☆☆☆☆☆

我一直对现代通信系统中扮演着重要角色的各种有源和无源光器件感到好奇。这本书的书名暗示了它会涵盖这些基础内容，我对此深感期待。特别是对于光源，我希望书中能详细介绍几种常用的光纤通信光源，例如激光二极管（LD）和发光二极管（LED）。我想了解它们的结构、工作原理、发光特性（如波长、光谱宽度、功率）以及它们在不同通信系统中的应用。例如，为什么某些场景下需要使用激光二极管，而另一些场景下LED就足够了？在接收端，除了前面提到的光电探测器，我还想了解一下光纤连接器和耦合器的作用。如何将光信号准确地耦合进光纤，如何连接不同的光纤段，这些看似简单的操作背后，一定有精密的工程设计。如果书中能介绍一些常见的光开关、光分路器等无源器件，并且解释它们是如何实现对光信号的路由和分配，那对我理解整个光网络架构将会有很大的帮助。毕竟，一个完整的光纤通信系统，离不开这些高性能的光器件的支撑。

评分☆☆☆☆☆

网络架构是通信系统的骨架，我特别希望在阅读完这本书后，能对光纤通信的网络架构有一个清晰的认识。书名中的“技术基础”让我相信，它会为我打下坚实的基础，让我能够理解更复杂的网络拓扑和协议。我非常期待书中能介绍一些典型的光纤通信网络结构，例如点对点连接、总线型网络、星型网络等，并分析它们的特点和适用性。更进一步，我希望能了解光纤到户（FTTH）、光纤到节点（FTTN）等不同接入网的部署方式，以及它们在实现高速宽带接入方面的作用。除了物理层面的网络结构，我也希望能简要了解一下与光纤通信相关的网络协议，比如SDH（同步数字体系）和OTN（光传输网络）等，以及它们在数据传输和管理方面是如何协同工作的。如果书中能对光网络的演进历程进行简要回顾，从早期的同轴电缆到如今的光纤主导，那也能帮助我更好地理解光纤通信技术的重要性和发展趋势。我渴望了解，究竟是什么样的网络设计，使得我们今天能够享受到如此高速、稳定的网络服务。

评分☆☆☆☆☆

我对光纤通信的安全性问题一直比较关注，希望这本书能在“技术基础”的层面，为我揭示相关的知识。虽然书名侧重于技术本身，但我认为了解其潜在的安全风险和相应的防护措施，是全面理解一项技术不可或缺的一部分。我希望书中能介绍一下，光纤通信系统可能面临哪些安全威胁，比如物理上的破坏（如光缆被剪断），或者网络层面的攻击。对于数据传输过程中的保密性，书中是否会提及一些加密技术在光通信中的应用，或者介绍一些能够防止数据被窃听的机制？我很好奇，光纤通信相比于传统的通信方式，在安全性方面有哪些优势和劣势？如果书中能简要介绍一些用于检测和定位光缆故障的方法，以及如何快速恢复通信，那也将非常有价值，因为故障恢复能力也是网络安全和可靠性的重要体现。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对通信技术有浓厚兴趣的学习者，我特别希望这本书能帮助我理解光纤通信中的一些基础但重要的工程挑战。书名中的“基础”让我相信，它会从根本上解决我的疑惑。我期待书中能够详细解释，在实际的光纤通信系统中，工程师们是如何处理信号衰减和噪声的。比如，当信号在光纤中传播很长一段距离后，其功率会显著下降，如何通过光放大器来补偿这种损耗，并且保证放大后的信号质量不会受到严重影响？同时，噪声也是影响信号质量的关键因素，书中会介绍哪些有效的降噪技术吗？我很好奇，在光纤通信系统设计中，如何权衡传输速率、传输距离和信号质量之间的关系？如果书中能提供一些关于系统设计的基本原则和计算方法，比如如何计算光链路的功率预算，如何评估系统的误码率，那对我学习和实践都将非常有指导意义。我渴望理解，一个稳定可靠的光纤通信系统，背后究竟蕴含了多少精妙的工程智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名“光纤通信技术基础”听起来就非常扎实，我尤其希望它能给我打下坚实的基础，让我能够理解更高级的光通信概念。所以，关于光纤的制造工艺和材料科学方面的内容，我是非常期待的。毕竟，光纤的性能很大程度上取决于其本身的物理特性。书中会不会介绍制造高纯度石英光纤的关键步骤？比如，如何提纯二氧化硅，如何通过化学气相沉积（CVD）等技术来制备光纤预制棒，以及如何将预制棒拉制成具有精确直径和结构的成品光纤。我很好奇，制造过程中那些极其微小的缺陷，比如气泡、杂质，会如何影响光信号的传输质量。此外，对于不同类型光纤的特性，比如色散（包括模间色散、色散）是如何产生的，以及如何通过设计光纤结构来补偿色散，这点也相当吸引我。色散是限制光纤通信速率和传输距离的一个重要因素，书中如果能给出清晰的解释和解决方案，那我这次阅读的价值就翻倍了。我还希望书中能简要介绍一下光纤接续技术，比如熔接和机械接续，以及它们各自的优缺点和适用范围。毕竟，任何通信系统都不是一段完整的链路，总会有连接和分支。

评分☆☆☆☆☆

我对光纤通信系统中“信号处理”的部分特别感兴趣。书名听起来就包含了这个核心内容，我希望它能深入浅出地解释信号在传输过程中是如何被处理的。我尤其想了解，当光信号在光纤中长距离传输后，由于损耗和色散等因素导致信号质量下降时，是如何通过各种技术来恢复和增强的。书中会不会详细介绍光信号的再生中继技术，比如使用光中继器和光再生器来实现信号的定时、整形和再定时？我很好奇，现代光纤通信系统是如何做到在如此远的距离上保持信号的完整性和准确性的。对于那些影响信号质量的因素，比如噪声，书中会介绍如何有效地抑制或补偿吗？我希望能够理解，如何在保证高速率的同时，也确保低误码率。如果书中能涉及一些先进的信号处理技术，例如数字信号处理（DSP）在光通信中的应用，那将会让我对这项技术有更深层次的理解。毕竟，一个可靠的通信系统，离不开精妙的信号处理手段。

评分☆☆☆☆☆

我希望这本书能够帮助我理解光纤通信技术的未来发展方向。书名中的“基础”意味着它应该为我提供一个坚实的起点，让我能够展望这项技术将如何演进。我期待书中能够对当前光纤通信领域的一些前沿研究和发展趋势进行介绍，比如下一代光通信技术，包括超高带宽、超低延迟的技术发展方向。我很好奇，在材料科学、器件技术、网络架构等方面，有哪些新的突破正在发生。比如，相干光通信技术是如何提升传输容量的？光子集成技术又将如何改变光器件的设计和制造？如果书中能提及光通信与人工智能（AI）的结合，例如AI在网络优化、故障诊断和资源调度方面的应用，那将让我对未来的通信技术有一个更宏观的认识。我希望能在这本书的指引下，对光纤通信的未来充满期待，并了解自己可以通过哪些方向继续深入学习。

评分☆☆☆☆☆

我特别关注的是书中关于光信号的产生和接收部分。作为信息传递的载体，光信号是如何被调制，如何携带信息，又是如何被准确地解码和还原的，这对我来说是理解整个通信系统的关键。我希望书中能够详细介绍几种主流的光调制技术，比如强度调制、相位调制、频率调制等等，并分析它们各自的优缺点以及适用的通信场景。在接收端，光信号又如何被转换回电信号？我期待书中能详细阐述光电探测器的原理，比如PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等，并比较它们的灵敏度、响应速度等关键性能指标。更进一步，如果书中能涉及光信号的放大技术，例如掺铒光纤放大器（EDFA）的原理和应用，那将大大提升我对光纤通信系统整体性能的认知。我曾经听说过光纤通信的高带宽和长距离传输能力，但这背后一定涉及复杂的技术支撑，特别是信号的质量和完整性。书中如果能解释清楚，如何通过编码、解码、纠错码等技术来保证数据在传输过程中的准确性，减少误码率，那绝对是锦上添花了。对于我这样一个初学者来说，理解这些“幕后”的工程实现细节，比仅仅知道光纤能传输数据要重要得多。

评分☆☆☆☆☆

对于一个初学者而言，理解光纤通信的实际应用场景至关重要，我希望这本书能够让我明白，这些技术是如何渗透到我们日常生活的方方面面的。书名中的“技术基础”让我相信，它会为我打开一个全新的视角。我期待书中能详细介绍光纤通信在不同领域的应用，比如在电信网络中的骨干网和接入网，在互联网数据中心的应用，以及在有线电视、监控系统等方面的应用。我想了解，为什么在这些领域，光纤通信能够取代传统的铜线传输。特别是对于物联网（IoT）和5G通信等新兴技术，我希望书中能说明光纤通信在其中扮演的角色，以及它们之间是如何协同发展的。例如，5G网络需要巨大的带宽和低延迟，光纤通信是如何满足这些需求的？如果书中能提供一些实际的案例分析，比如一个大型数据中心的网络部署，或者一个城市的光纤网络建设，那将有助于我更直观地理解这些技术是如何落地和发挥作用的。

评分☆☆☆☆☆

这本书我刚拿到手，迫不及待地翻开了第一页。作为一个对电子工程领域充满好奇心的学生，我对“光纤通信技术基础”这个标题本身就有着莫大的期待。我尤其想了解的是，为什么光纤通信能够成为现代通信网络的核心，它的原理究竟是如何实现的？书中的第一部分，关于光的基本性质以及光在介质中传播的物理学原理，是我想深入探索的。我希望它能用一种易于理解的方式，循序渐进地解释光子的概念、光的波粒二象性，以及最重要的，光在不同折射率介质中如何发生折射和反射。我曾经在物理课上接触过全反射的概念，但将它与光纤的传输机制联系起来，我需要更具体的说明。书里会不会详细讲解光纤的结构，比如纤芯和包层的折射率设计是如何保证光信号能够沿着光纤有效地传输，避免能量损耗？我非常期待能够看到图文并茂的解释，最好能有一些实际的例子，比如不同类型的光纤（单模、多模）在传输特性上的差异，以及它们各自适合的应用场景。如果书中能再深入探讨一下光信号在传输过程中会遇到的各种损耗，比如吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗等，并介绍如何通过技术手段来减小这些损耗，那对我来说将是极大的收获。毕竟，高效、低损耗的传输是光纤通信的关键所在。