光縴通信簡明教程·第2版/21世紀高等學校電子信息工程規劃教材 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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袁國良 編

圖書標籤:

• 光縴通信
• 光縴
• 通信原理
• 電子信息工程
• 教材
• 21世紀高等學校
• 規劃教材
• 第2版
• 高等教育
• 工程教育

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302416456

版次：2

商品編碼：11875491

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 21世紀高等學校電子信息工程規劃教材

開本：16開

齣版時間：2016-01-01

用紙：膠版紙

編輯推薦

本書力求從基礎知識齣發，循序漸進、由淺入深，對光縴通信原理進行全麵的介紹。

注重可讀性和實用性，提供PPt課件，習題解答。

本書可以滿足對高等學校信息與通信工程專業本科生和研究生的教學需要，也可供相關專業的學生學習，同時可供從事該領域工作的廣大科研與工程技術人員參考。

內容簡介

　　本書闡述瞭光縴通信的原理及其發展，光縴通信的物理學基礎，光縴的傳輸理論和特性，光源和光發射機，光檢測器和光接收機，光縴通信係統的組成、設計和工程，介紹瞭SDH技術、WDM技術、光放大和色散補償技術及其他高新技術在光縴通信中的應用。本書條理清晰，語言流暢，實用性強，可以作為高等學校通信工程、電子信息等專業本科教材；同時本書力求從基礎知識齣發，深入淺齣，循序漸進，讀者閱讀本書任何內容都不會有太大的跳躍性，可供高專高職院校使用；另外，本書推導思路清楚，貼近實際應用，也可供研究生和相關科研及工程技術人員參閱。

前言/序言

自從1966年華裔英籍科學傢高錕博士提齣光縴這種新的傳輸介質的概念以來，光縴通信的發展遠遠超乎人們的想象，它以獨特的優點掀起通信領域的一次革命性的變革，成為現代通信網的主要支柱。進入21世紀，光縴通信發展更加迅速，各種高新技術不斷地被研究並取得重大突破，應用於光縴通信中。2005年我國研製瞭首個80×40 Gb/s的超高速光縴係統，目前100 Gb/s的係統已經開始在國內外大規模商用，400 Gb/s的係統也已在實驗室完成研發。全光網絡技術不斷地應用於光互聯網，實現新一代 IP 數據網絡。為滿足社會的需求，高等學校紛紛開設光縴通信這門課程，但光縴通信既是高新技術，又是實用技術。那麼我們在教學中傳授什麼呢？廣大學生和相關工程技術人員要學習什麼呢？這些都是十分重要的問題。

本書在采納多屆本科生和研究生的意見和建議的同時也吸收瞭高職高專院校和成教學員的意見，精心組織編寫本書的內容。

本書內容安排如下：

第1章介紹光縴通信的概念，並簡單介紹光縴通信的器件和設備，第2章介紹光縴通信的物理學基礎。

第3~6章分彆介紹光縴、光源和光發送機、光檢測器和光接收機、光縴通信係統的結構和工作原理等內容。

第7~9章介紹SDH技術、光放大和色散補償技術和WDM技術等高新技術。

第10章介紹高新技術在光縴通信中的應用，主要包括相乾光通信技術、光孤子通信技術、碼型技術、前嚮糾錯技術、應用高新技術構建新型光縴通信係統、光互聯網、光交換技術、智能光網絡、全光通信網等方麵的內容。

本書考慮到學生的知識結構和層次的問題，力求從基礎知識齣發，由淺入深，循序漸進，對光縴通信原理和技術進行全麵的介紹。力圖做到條理清晰、實用性強，可以作為高等學校通信工程、電子信息等專業本科生的教學用書； 同時力求使讀者閱讀本書任何內容都不會有太大的跳躍性，以便高職高專院校使用； 另外本書盡量講清楚推導思路，貼近實際應用，可供研究生和相關科研及工程技術人員參閱。

本書第1版齣版以來，得到瞭廣大讀者的歡迎，在此錶示深深的感謝。在本書第2版的編寫過程中，力爭跟蹤光縴通信的最新進展，介紹高新技術在光縴通信中的應用等內容。

由於作者水平有限，書中難免會有一些錯誤或不足之處，敬請廣大讀者批評指正。

編者

2015年5月

光縴通信：從原理到應用的深度探索 光縴通信，作為現代信息社會不可或缺的基石，以其高帶寬、低損耗、抗乾擾能力強等卓越特性，深刻地改變著我們連接、交流和獲取信息的方式。它早已不僅僅是通信網絡的物理載體，更是一種高效、可靠、高速的信息傳輸理念的集大成者。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的光縴通信知識體係，從最基礎的原理闡述，到前沿技術的發展動態，再到實際工程中的應用實踐，力求將光縴通信的奧秘層層揭示，讓讀者在理解其精髓的同時，也能掌握其解決實際問題的能力。 第一篇：光縴通信的基礎理論 本書的第一篇將帶領讀者走進光縴通信的理論殿堂，奠定堅實的基礎。我們將從光學的基本原理齣發，詳細介紹光在介質中傳播的規律。 第一章：光波導理論與光縴結構 光的波動性與電磁場理論： 首先，我們將迴顧光的波動本質，介紹電磁波的麥剋斯韋方程組，理解光作為一種電磁波的傳播特性。 介質的光學特性： 深入探討摺射率、反射率、透射率等關鍵參數，以及它們如何影響光在不同介質中的傳播。 全反射原理： 這是光縴通信的基石。我們將詳細講解全反射的條件、臨界角的概念，並通過直觀的圖示和數學推導，展現光如何在光縴內部實現高效的傳輸。 光縴的幾何結構： 介紹光縴的基本結構，包括縴芯（core）、包層（cladding）和塗覆層（coating）。詳細闡述它們各自的功能和材料特性，以及如何通過精確控製這些結構參數來優化光縴的傳輸性能。 模式理論： 深入探討光縴中的光場分布，引入模式（mode）的概念。區分單模光縴（singlemode fiber）和多模光縴（multimode fiber）的結構差異和傳輸特性。詳細解釋不同模式的傳播路徑、相位和幅度特性，以及模式色散（modal dispersion）對信號的影響。 有效摺射率和歸一化頻率： 介紹這些關鍵參數如何量化光縴的導波能力和模式數量，並闡述它們與光縴結構參數之間的關係。 第二章：光在光縴中的傳輸特性 在理解瞭光縴的結構和基本原理後，本章將聚焦於光在光縴中傳輸時的實際錶現。 損耗（Loss）的産生與分析： 吸收損耗（Absorption Loss）： 詳細分析由於光縴材料（如石英中的OH-離子、金屬離子等）對光的吸收而産生的損耗，並探討如何通過材料提純來降低吸收損耗。 散射損耗（Scattering Loss）： 重點講解瑞利散射（Rayleigh scattering）和米氏散射（Mie scattering），闡述它們産生的原因（介質的不均勻性、微小雜質等），以及如何通過優化製造工藝來減小散射損耗。 彎麯損耗（Bending Loss）： 分析宏觀彎麯（macrobending）和微觀彎麯（microbending）對光信號的影響，闡述其産生機製，並提齣相應的抑製措施，如提高光縴的結構穩定性。 連接器損耗（Connector Loss）和熔接損耗（Splice Loss）： 討論光縴連接處可能引入的額外損耗，包括由於端麵不對齊、錶麵粗糙度、摺射率不匹配等原因造成的損耗，並介紹提高連接質量的方法。 色散（Dispersion）的成因與影響： 模間色散（Modal Dispersion）： 再次強調多模光縴中不同模式傳播速度不同而引起的信號展寬，這是限製多模光縴傳輸速率的主要因素。 材料色散（Material Dispersion）： 解釋由於光縴材料（石英）的摺射率隨波長變化而引起的色散，即不同波長的光以不同的速度傳播。 波導色散（Waveguide Dispersion）： 分析由於光縴的波導結構特性（縴芯和包層的摺射率分布）導緻不同波長光在光縴中傳播速度差異而産生的色散。 總色散（Total Dispersion）： 闡述材料色散和波導色散的疊加效應，並介紹如何通過設計光縴結構（如零色散位移光縴、色散補償光縴）來控製和補償總色散。 非綫性效應（Nonlinear Effects）： 隨著光功率的提高，光縴中的非綫性效應開始顯現，對信號傳輸産生重要影響。 受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）： 解釋高功率光信號與光縴材料相互作用，將能量轉移到長波長區域的現象。 受激布裏淵散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）： 分析光波與聲波相互作用，導緻光能量嚮長波長移動並産生反嚮散射的現象。 四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM）： 解釋當多個波長的光信號同時傳輸時，在非綫性效應作用下産生新的波長成分的現象。 剋爾效應（Kerr Effect）： 介紹光信號的強度變化引起光縴摺射率變化的現象，包括自相位調製（SPM）和交叉相位調製（XPM）。 非綫性效應的抑製與利用： 討論控製非綫性效應的策略，以及在某些特殊應用中如何利用非綫性效應。 第二篇：光縴通信係統的關鍵器件 光縴通信係統的實現離不開一係列高性能的光電器件。本篇將詳細介紹這些核心器件的工作原理、技術特點和應用。 第三章：光源（Light Sources） 半導體光源： 發光二極管（LED）： 介紹LED的結構、發光原理、光譜特性、調製速率和輸齣功率，以及其在短距離、低速率通信中的應用。 半導體激光器（Semiconductor Laser Diode, LD）： 詳細闡述LD的PN結結構、受激輻射原理、諧振腔、閾值電流、輸齣功率、光譜綫寬、調製特性等。重點介紹不同類型的LD，如邊發射激光器（EEL）和垂直腔麵發射激光器（VCSEL），以及它們的優缺點和應用場景。 光縴激光器： 介紹基於摻雜光縴作為增益介質的激光器，其在高功率、窄綫寬方麵的優勢。 其他光源： 簡要介紹如氣體激光器、固體激光器等在特定領域的應用。 第四章：光探測器（Photodetectors） 光電二極管（Photodiode）： 介紹PN結光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）的結構、工作原理、響應速度、量子效率、噪聲特性等。 光電倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）： 介紹其在極低光功率檢測中的應用。 光電導探測器： 簡要介紹其工作原理。 性能參數評估： 討論量子效率、響應度、噪聲等效功率（NEP）、探測度（D）等關鍵參數，以及如何根據係統需求選擇閤適的光探測器。 第五章：光調製器（Optical Modulators） 電光調製器： 電光效應（Pockels Effect and Kerr Effect）： 詳細解釋這些物理效應如何用於控製光的相位和幅度。 Mach-Zehnder調製器（MZM）： 深入分析MZM的工作原理、結構、插入損耗、消光比、帶寬等，以及其在幅度調製和相位調製中的應用。 耦閤器調製器： 介紹其他類型的電光調製器。 聲光調製器： 簡要介紹其在特定應用中的原理。 直接調製與外部調製： 對比激光器的直接調製和外部調製方式的優缺點，以及各自適用的場景。 第六章：光放大器（Optical Amplifiers） 摻鉺光縴放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）： 工作原理： 詳細闡述EDFA基於受激輻射的放大機製，以及泵浦光源（通常是980nm或1480nm的LD）的作用。 關鍵參數： 分析增益、增益平坦度、噪聲係數、輸齣功率、飽和輸齣功率等。 應用： 重點介紹EDFA在長距離傳輸、網絡節點放大等方麵的不可替代作用。 半導體光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）： 工作原理： 介紹SOA基於注入載流子和受激輻射的放大原理。 特性與應用： 對比EDFA，分析SOA的優點（緊湊、易於集成）和缺點（增益帶寬限製、噪聲特性），以及其在短距離、特定應用中的潛力。 拉曼放大器（Raman Amplifier）： 介紹其基於受激拉曼散射的放大原理，以及其在寬帶增益和實現分布式放大方麵的優勢。 第七章：光開關與復用/解復用器件 光開關（Optical Switch）： 介紹其在網絡路由、保護切換中的作用，包括機械式光開關、熱光開關、電光開關等。 光復用/解復用器（Optical Multiplexer/Demultiplexer）： 波分復用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）： 詳細介紹WDM技術，如何通過在同一根光縴上傳輸不同波長的光信號來實現多路復用。 關鍵器件： 薄膜濾波器（Thin-Film Filter, TFF）： 介紹其工作原理和在CWDM、DWDM中的應用。 光柵（Grating）： 介紹光柵的衍射原理，以及在DWDM係統中的應用。 平麵光波導（Planar Lightwave Circuit, PLC）： 介紹PLC技術如何集成多種光器件，實現緊湊高效的復用/解復用功能。 第三篇：光縴通信係統的設計與應用 在掌握瞭光縴通信的基礎理論和關鍵器件後，本篇將帶領讀者進入係統設計和實際應用的層麵。 第八章：光縴通信係統的基本組成與設計 係統模型： 介紹光縴通信係統的基本組成部分，包括發送端、傳輸介質（光縴）、接收端。 鏈路預算（Link Budget）： 詳細講解如何進行鏈路預算，包括計算係統增益、損耗，確保接收信號功率滿足接收機的靈敏度要求。 信號質量評估： 誤碼率（Bit Error Rate, BER）： 介紹BER作為衡量係統性能的關鍵指標，並分析其與信噪比、色散等因素的關係。 眼圖（Eye Diagram）： 講解眼圖的繪製原理，如何通過眼圖來評估信號的清晰度、噪聲和抖動。 速率與距離的權衡： 分析光縴通信係統中速率、距離、損耗、色散等參數之間的相互製約關係。 光網絡的類型： 介紹點對點連接、多點連接、環形網絡、星形網絡等不同的網絡拓撲結構。 第九章：先進光縴通信技術 更高階的調製格式（Advanced Modulation Formats）： 相乾光通信： 深入介紹相乾檢測的原理，以及QPSK, 16QAM, 64QAM等高階調製格式如何顯著提升頻譜效率和傳輸容量。 數字信號處理（DSP）： 強調DSP在相乾光通信中的關鍵作用，包括補償色散、偏振模式色散（PMD）、噪聲等。 多進製幅度/相位調製（M-PSK/M-QAM）： 介紹這些調製方式如何通過編碼更多的比特信息來提高數據傳輸效率。 偏振復用（Polarization Multiplexing）： 解釋如何利用光的兩個正交偏振態來倍增傳輸容量。 自由空間光通信（Free Space Optics, FSO）： 介紹利用激光在空氣中傳輸數據，其優勢和挑戰。 量子通信（Quantum Communication）： 簡要介紹量子密鑰分發（QKD）等前沿技術在信息安全領域的潛力。 第十章：光縴通信在各領域的應用 長途骨乾網： 介紹光縴通信在構建國傢、洲際通信網絡中的核心地位。 城域網（MAN）與接入網（Access Network）： 探討光縴如何延伸至城市和傢庭，實現高速寬帶接入。 數據中心互連（Data Center Interconnect, DCI）： 分析數據中心之間高速、低延遲連接的需求，以及光縴通信如何滿足這些需求。 移動通信迴傳（Mobile Backhaul）： 介紹光縴如何連接基站和核心網，支撐5G及未來移動通信的發展。 海底通信： 闡述海底光纜在全球通信中的重要作用，以及其麵臨的技術挑戰。 工業與醫療應用： 介紹光縴在工業自動化、醫療成像、傳感器等領域的特殊應用。 航空航天與軍事領域： 探討光縴通信在高性能、高可靠性要求下的應用。 附錄 光縴通信術語錶 常用公式與常數 參考書目 本書力求以清晰的邏輯、嚴謹的推導、豐富的實例，為讀者構建一座從理論到實踐的堅實橋梁。無論您是電子信息工程專業的學生，還是從事相關行業的工程師，亦或是對光縴通信感興趣的探索者，本書都將是您深入瞭解和掌握這一關鍵技術的理想讀物。我們希望通過本書的學習，能夠激發讀者對光縴通信更深層次的興趣，並為未來在該領域的研究和發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

我是在一次偶然的機會下接觸到這本書的，當時正在尋找一些關於下一代通信技術的信息。這本書雖然是關於光縴通信的，但它對於“光傳輸係統”的整體設計和優化思路的講解，給我帶來瞭很大的啓發。我特彆喜歡書中關於“相乾光通信”的章節，詳細介紹瞭載波相位恢復、載波相位調製解調等關鍵技術，以及這些技術如何突破瞭傳統強度調製方式的限製，實現瞭更高的頻譜效率和傳輸容量。作者還對“光網絡的未來發展趨勢”進行瞭預測，比如嚮更智能、更靈活的網絡演進，以及與人工智能、大數據等技術的融閤，這些都讓我對未來的通信技術充滿瞭期待。我個人覺得，書中對於“光網絡性能監測與管理”的探討也很有意義，這直接關係到網絡的可靠性和用戶體驗，作者從多個維度闡述瞭監測的關鍵指標和方法，為實際運維提供瞭有益的參考。總的來說，這本書的視野比較開闊，不僅限於基礎知識，更著眼於行業的發展前沿，對於想要瞭解光通信技術在宏觀層麵的讀者來說，是一本非常不錯的選擇。

評分☆☆☆☆☆

作為一名從業多年的光通信工程師，我最近有幸拜讀瞭這本《光縴通信簡明教程·第2版》，不得不說，這本書確實有其獨到之處。與市麵上一些偏重理論而忽略實踐的書籍不同，它在基礎理論的闡述上清晰嚴謹，但同時又緊密結閤瞭當前行業發展的最新動態。我尤其欣賞作者在講解“光放大器”部分時，對不同類型光放大器的原理、優缺點以及在長距離傳輸係統中的應用進行瞭深入的剖析，這對於我們理解EDFA、SOA等關鍵器件至關重要。另外，書中關於“光網絡架構”的章節，從傳統的點對點通信到復雜的多層網絡結構，都做瞭詳盡的介紹，並分析瞭不同架構的優勢與局限性，為我們設計和優化網絡提供瞭理論指導。我個人覺得，書中關於“光器件的封裝與可靠性”的討論也相當有價值，這往往是許多工程實踐中容易被忽視的環節，但其對整個係統的穩定運行有著決定性的影響。總的來說，這本書內容紮實，分析透徹，既有學術深度，又有工程實用性，對於有一定基礎的讀者來說，絕對是一本值得反復研讀的參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書我斷斷續續讀瞭有半個月瞭，從一開始的零基礎，到現在對光縴通信有瞭個大概的瞭解，真的感覺收獲良多。最讓我印象深刻的是，作者在解釋一些比較抽象的概念時，總是能用非常形象的比喻，比如把光縴比作“信息高速公路”，把光信號比作“快遞小哥”，這樣一來，那些復雜的理論就變得生動易懂瞭。而且，書中還穿插瞭不少實際的應用案例，比如電信運營商是如何利用光縴網絡提供高速寬帶服務的，還有光縴在醫療、工業自動化等領域的新興應用，這些都讓我看到瞭光縴通信的巨大潛力和廣闊前景。我特彆喜歡書中關於“光縴製造工藝”那一章節，詳細介紹瞭從原材料的選擇到最終光縴成型的每一個步驟，雖然我不是專業人士，但也能從中感受到科技的魅力。還有，書中對各種損耗機理的分析也非常透徹，比如瑞利散射、吸收損耗等等，讓我明白瞭為什麼光信號在傳輸過程中會衰減，以及如何通過技術手段來剋服這些睏難。總的來說，這本書的優點在於它的通俗易懂和知識的全麵性，對於像我這樣的初學者來說，絕對是一本不可多得的入門讀物。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我在這之前對光縴通信瞭解甚少，隻是知道它是用來傳輸數據的，而且速度很快。讀瞭這本書之後，我纔真正體會到其中的奧妙。讓我印象最深刻的是關於“光縴製造”的那些章節，以前總以為光縴就是一根細細的玻璃絲，但讀瞭纔知道，它的製造工藝是多麼的精密和復雜。從高純度石英砂的提純，到預製棒的拉製，再到光縴的拉伸和塗覆，每一個環節都充滿瞭科學和工程的智慧。我尤其對“光縴的色散”這一部分的內容著迷，之前對“色散”這個詞總覺得很模糊，但書中通過非常清晰的圖示和類比，讓我明白瞭為什麼不同顔色的光在光縴中傳播的速度不一樣，以及色散是如何影響傳輸信號的質量的。還有“多模光縴的模式色散”問題，作者的解釋讓我豁然開朗，理解瞭為什麼長距離傳輸時，單模光縴比多模光縴的優勢更大。總的來說，這本書就像一個嚮導，引領我一步步走進光縴通信的奇妙世界，讓我看到瞭一個隱藏在數據流背後的偉大技術。

評分☆☆☆☆☆

我是一名大三的學生，學習電子信息工程專業，這是我們課程組推薦的教材之一。剛拿到書的時候，覺得標題“簡明教程”可能內容會比較淺顯，但實際閱讀下來，發現比我想象的要深入得多。第一章關於“光的基本性質”的介紹，雖然是基礎，但作者的講解方式讓我對光的波動性和粒子性有瞭更清晰的認識。最讓我頭疼的是“模式理論”這塊，之前聽課時總是感覺雲裏霧裏，但這本書通過引入一些簡單的數學模型和圖示，把不同模式的傳輸特性解釋得一清二楚，甚至還提到瞭多模光縴和單模光縴在模式上的差異以及對傳輸性能的影響。我對“光縴傳感技術”的部分特彆感興趣，書中介紹瞭幾種主流的光縴傳感原理，比如分布式溫度傳感、應變傳感等，並且還列舉瞭一些實際應用場景，比如橋梁的健康監測、油氣管道的泄漏檢測等等，這讓我覺得光縴通信技術不僅僅是用來通信，在其他領域也有著巨大的應用潛力。雖然有些章節的公式推導稍微有點復雜，但整體來說，這本書的邏輯性很強，循序漸進，很容易跟上作者的思路。