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李齐良 等 著

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• 光纤通信
• 光波技术
• 光纤
• 通信
• 物理层
• 信号传输
• 调制解调
• 光器件
• 网络技术
• 信息技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030302908

版次：1

商品编码：10540372

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-03-01

用纸：胶版纸

页数：287

内容简介

《光纤通信中的光波技术》介绍光纤通信中光波技术和理论，主要介绍了光纤通信的发展历史，光纤通信的基本理论，从麦克斯韦电磁理论出发，得到各种条件下光脉冲传输的非线性薛定谔方程。研究了群速度色散、自相位调制、调制不稳定性、光孤子、色散管理、非线性光纤耦合器、四波混频等理论。
《光纤通信中的光波技术》可作为光纤光栅、光纤通信等专业的高年级本科生、研究生的教学参考书，也可供科技工作者阅读参考。

目录

前言
第1章 光纤通信发展的历史
1．1 高速大容量光纤通信系统的发展概况
1．2 波分复用技术
1．3 光时分复用通信
1．4 波分复用和光时分复用各自的优势
参考文献
第2章 光纤中色散和非线性对脉冲传输的影响
2．1 波动方程和亥姆霍兹方程
2．2 非线性薛定谔方程
2．3 非线性薛定谔耦合方程
2．4 色散的基本理论
2．4．1 色散的分类
2．4．2 色散对通信系统的影响
2．5 色散补偿技术
2．6 偏振模色散补偿技术
2．7 非线性折射效应
2．7．1 非线性折射率
2．7．2 不同传输区域的色散和非线性
2．7．3 自相位调制
参考文献
第3章 调制不稳定性与光孤子
3．1 调制不稳定性
3．2 光孤子在单模光纤中的传输
3．3 孤子的绝热特性
3．4 孤子的稳定性
3．5 孤子扰动
3．6 耦合方程的孤子解
3．6．1 归一化方程
3．6．2 方程的可积性
3．6．3 方程的解
3．7 两孤子解的波形演化
3．8 放大器链路中调制不稳定性
3．8．1 掺铒光纤中的非线性薛定谔方程
3．8．2 分布式放大器链路的调制不稳定性
3．8．3 集总式放大器链路的调制不稳定性
3．9 色散管理系统中调制不稳定性
参考文献
第4章 光纤中的偏振效应及其应用
4．1 具有偏振效应的耦合模方程
4．2 椭圆双折射光纤
4．3 利用保偏非线性双折射光纤对脉冲的整形
4．3．1 理论模型
4．3．2 变分方法
4．3．3 结果分析
参考文献
第5章 色散管理理论及其应用
5．1 色散管理孤子基本理论
5．1．1 色散管理孤子的概念
5．1．2 色散管理孤子的优势与特点
5．1．3 色散管理孤子的应用
5．2 色散管理基本原理
5．3 色散管理孤子系统定时抖动分析
5．3．1 色散管理孤子的数学模型
5．3．2 色散管理孤子参数的动力学方程推导
5．3．3 色散管理孤子系统定时抖动计算分析
5．3．4 色散管理孤子系统定时抖动数值模拟
5．3．5 色散管理孤子系统定时抖动的矩方法计算分析
5．4 色散管理系统中光脉冲的传输特性分析
5．4．1 光脉冲传输的理论模型
5．4．2 脉冲参数演化的动力学方程
5．4．3 色散管理系统中三阶色散的影响
5．4．4 色散管理系统中五次非线性的分析
5．5 相位共轭系统中色散补偿的研究及应用
5．5．1 相位共轭技术的色散补偿原理
5．5．2 时域相位共轭系统中高阶色散对信号传输的影响
5．5．3 频域相位共轭系统中拉曼效应对信号传输的影响
参考文献
第6章 光纤耦合器中孤子全光开关和传输特性
6．1 光纤耦合器开关的基本理论
6．1．1 光纤耦合器概述
6．1．2 光纤耦合器的分类
6．1．3 光纤耦合器的应用
6．2 耦合模理论
6．3 光纤耦合器的线性工作状态
6．3．1 低能量连续光束输入情况
6．3．2 低能量光脉冲输入情况
6．4 光纤耦合器的非线性工作状态
6．4．1 高能量连续光束输入情况
6．4．2 高能量准连续波输人情况
6．4．3 高能量超短光脉冲输入情况
6．5 高阶色散对孤子脉冲开关的影响
6．6 光纤耦合器中的孤子互作用
6．7 无源光纤耦合器中的孤子开关和传输
6．7．1 色散耦合系数
6．7．2 无源两芯光纤耦合器
6．7．3 无源三芯光纤耦合器
6．8 有源光纤耦合器中的孤子开关和传输
6．8．1 有源光纤耦合器的特性
6．8．2 有源两芯光纤耦合器
6．8．3 有源三芯平行线等距结构光纤耦合器
6．8．4 有源三芯等边三角形结构光纤耦合器
参考文献
第7章 参量过程与光纤参量放大器增益特性
7．1 二阶非线性光学效应
7．1．1 光学二次谐波产生
7．1．2 光学差频和光学参量放大
7．1．3 光学和频及频率上转换—
7．2 三阶非线性光学效应
7．2．1 四波混频效应
7．2．2 参量增益和参量放大
7．3 相位匹配技术
7．4 级联高非线性光纤参量放大器增益特性
7．4．1 理论模型
7．4．2 小信号增益
7．4．3 参量放大器的增益分析
7．5 具有色散补偿的光纤参量放大器的增益特性
7．5．1 理论模型
7．5．2 光纤参量放大器的增益
7．5．3 光纤参量放大器增益平坦性分析
7．6 光纤参量放大器增益的频率相关性和偏振相关性
7．6．1 基本模型
7．6．2 信号增益的频率和偏振相关性
参考文献
第8章 光纤光栅
8．1 光敏光纤的制备
8．2 布拉格光栅的衍射原理
8．3 光纤光栅中的有关理论
8．3．1 耦合模理论
8．3．2 光子带隙
8．3．3 滤波特性
8．3．4 相移的二芯光纤光栅耦合器滤波和耦合特性
8．3．5 非线性色散曲线
8．3．6 光纤光栅中的调制不稳定性
8．3．7 光纤光栅耦合器中的调制不稳定性
8．4 三芯光纤光栅耦合器
8．4．1 两种排列结构的耦合方程
8．4．2 两种排列结构的禁带结构比较
8．4．3 等边三芯耦合器的耦合模方程数值模拟分析
参考文献

前言/序言

《光纤通信中的光波技术》—— 严谨求实的理论探索与前沿工程实践的深度融合 本书旨在为读者提供一个关于光纤通信领域核心技术——光波技术的全面、深入且与时俱进的认识。我们并非简单地罗列概念或技术细节，而是致力于剖析光波在光纤通信系统中扮演的关键角色，阐述其基本原理、传播特性、关键器件以及在现代通信网络中所展现出的强大生命力。本书的编写，凝聚了作者在光纤通信领域多年的研究与实践经验，力求在理论的严谨性与工程的实用性之间寻求最佳平衡，为广大光通信领域的研究人员、工程师、学生以及相关从业者提供一本具有深刻洞察力和指导意义的参考书。 第一章：光波基础——认识通信的灵魂 本章将带领读者回溯光波的基本概念，从电磁波的视角理解光的本质。我们将深入探讨光的波动性与粒子性，包括波长、频率、相位、偏振等关键参数，并阐明它们在光纤通信中的直接影响。例如，不同波长的光具有不同的传播速度和色散特性，这直接关系到信号的传输质量和带宽；光的偏振态的控制与利用，则在某些高性能通信系统中扮演着至关重要的角色。 我们还将详细介绍光波在真空和介质中的传播规律，重点关注折射率的概念及其在光纤中的作用。折射率的差异是光纤实现全反射、引导光波传输的物理基础。本章将通过生动的例子和直观的图示，帮助读者建立对光波基本性质的清晰理解，为后续章节对光纤传播特性的深入探讨奠定坚实的基础。 第二章：光纤的物理奥秘——承载光波的媒介 光纤作为光波传输的物理载体，其设计与制造直接决定了通信系统的性能。本章将聚焦于光纤的结构、材料以及关键的光学特性。我们将从纤芯和包层的折射率分布出发，详细讲解多模光纤和单模光纤的结构特点及其在传输性能上的根本差异。单模光纤为何能在长距离传输中提供更高的带宽和更低的损耗，其背后的光学原理将被深入剖析。 此外，本章还将深入探讨光纤中的损耗机制，包括吸收损耗、散射损耗（瑞利散射）以及弯曲损耗。理解这些损耗的成因，对于优化光纤网络设计、选择合适的光纤类型以及评估传输距离至关重要。同时，我们也将介绍光纤的色散问题，特别是模式色散和材料色散，并初步探讨它们的限制作用。 第三章：光波在光纤中的传播——距离与速度的挑战 本章的核心在于深入理解光波在光纤中传播的复杂过程。我们将详细讲解光在单模光纤中的基本传输模式，以及不同模式的群速度差异如何导致模式色散。对于多模光纤，模式色散的严重性将得到充分阐述，解释为何它限制了多模光纤的应用范围。 材料色散，即光纤材料的折射率随波长变化的特性，同样是限制传输带宽的重要因素。本章将通过数学模型和实验数据，清晰地展示材料色散的效应，并介绍色散补偿技术（如色散补偿光纤、光栅补偿器）的基本原理和应用。 此外，非线性光学效应在光纤通信中扮演着越来越重要的角色，尤其是在高速率、长距离传输系统中。本章将介绍一些主要的非线性效应，如克尔效应（自相位调制、交叉相位调制）、拉曼散射和受激布里渊散射，并分析它们对信号传输的增益或干扰作用，以及相应的抑制或利用方法。 第四章：光源与探测器——光波通信的“眼睛”与“心脏” 光波的产生与接收是光纤通信的基石。本章将详细介绍光纤通信系统中使用的各类光源，重点关注半导体激光器（如DFB激光器、VCSELs）和发光二极管（LEDs）。我们将深入分析它们的结构、工作原理、光谱特性、调制能力以及在不同应用场景下的优劣势。例如，DFB激光器的高相干性和窄谱宽使其成为长距离、高速率系统的理想选择，而VCSELs则因其低成本和易于集成而在短距离应用中占据主导地位。 同时，我们也将全面介绍光探测器，包括PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APDs）。我们将阐述它们的响应速度、量子效率、噪声特性以及在光信号检测中的作用。对这些关键器件的深入理解，有助于读者把握光电转换的效率和信号质量的决定性因素。 第五章：调制与解调——信息编码与解码的艺术 将电信号转化为光信号，并将光信号恢复为电信号，是光纤通信实现信息传输的关键环节。本章将深入探讨各种调制技术，包括强度调制（IM）、相位调制（PM）、频率调制（FM）以及更复杂的相干检测技术（如PSK、QAM）。我们将详细解析这些调制方式的工作原理、优缺点以及在不同通信标准和应用中的选择依据。 在解调端，我们将重点介绍不同调制方式对应的解调技术，包括直接检测和相干检测。相干检测技术，利用本地振荡器与接收到的光信号进行干涉，能够极大地提高接收灵敏度并实现更高级的调制格式，因此我们将对其工作原理和实现方式进行详细阐述。 第六章：光信号处理与网络——构建高效通信 本章将把目光从单个器件和技术扩展到整个光纤通信系统和网络。我们将介绍光放大器（如光纤拉曼放大器、掺铒光纤放大器EDFA）的工作原理和关键性能参数，以及它们在克服光纤损耗、实现长距离传输中的不可替代的作用。 此外，我们还将探讨光开关、光复用器/解复用器（如AWG）等关键光网络器件。特别是波分复用（WDM）技术，包括粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM），它们如何利用不同波长的光在同一根光纤中传输多路信号，从而大幅提升通信容量。本章将深入分析WDM技术的原理、实现方式以及在现代骨干网和城域网中的应用。 第七章：先进光波技术与未来趋势——引领通信的革新 本章将聚焦于当前光纤通信领域的前沿技术和未来发展方向。我们将介绍一些新兴的光波技术，例如： 光子集成芯片（PICs）： 将多种光器件集成到单个芯片上，实现小型化、低功耗和高集成度的光信号处理，是下一代光通信的关键。 相干光通信的进一步发展： 包括更复杂的调制格式（如16QAM、64QAM）、更高的频谱效率以及在数据中心互连（DCI）等场景的应用。 光计算与光网络： 探索光波在计算领域的潜在应用，以及如何构建更加智能化、可编程的光网络。 自由空间光通信（FSO）： 尽管不是严格意义上的光纤通信，但其光波传输原理与本书内容息息相关，可能在特定场景下作为光纤通信的补充。 超材料与新型光纤： 探讨可能影响光波传播特性的新型材料和光纤结构。 本书的最后，我们将对光纤通信的未来发展趋势进行展望，强调技术创新对提升通信速率、降低成本、增强网络韧性以及满足日益增长的数据需求的持续推动作用。 总结： 《光纤通信中的光波技术》并非一本浅尝辄止的入门读物，而是一部严谨求实的理论探索与前沿工程实践的深度融合之作。我们力求通过系统性的梳理、深入的剖析和前瞻性的探讨，帮助读者构建起对光波技术在光纤通信中应用的全面认知。本书适合所有对光纤通信技术感兴趣的研究者、工程师、学生以及希望深入了解这一关键通信领域的人士。我们相信，本书将成为您在这个日新月异的科技领域中，掌握核心知识、洞察发展趋势、激发创新灵感的宝贵伙伴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值在于它能够将光纤通信中那些看似抽象的光波概念，转化为具体的物理现象和工程实践。例如，书中对光纤色散的详细讲解，包括材料色散、波导色散和模式色散，以及它们如何影响传输距离和数据速率，给我留下了深刻的印象。它不仅仅是介绍这些现象，更重要的是，它提供了各种补偿色散的技术，例如色散补偿光纤（DCF）和光栅色散补偿器。我尤其喜欢书中关于光纤非线性效应的讨论，它解释了这些效应的产生机理，以及如何通过优化传输功率、使用非线性补偿技术来克服它们。书中对光信号质量指标的分析，如信噪比（SNR）、误码率（BER）等，也让我对通信系统的性能评估有了更清晰的认识。总而言之，这本书是一本非常优秀的、能够帮助读者深入理解光纤通信中光波技术的专业读物。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光纤通信的“高速”和“广域”特性感到惊叹，而这本书则为我揭示了这一切背后的秘密。它不仅仅是罗列枯燥的公式和图表，而是用一种更加宏观的视角来展现光波技术在现代通信网络中的核心作用。我特别关注书中关于光复用技术的部分，比如波分复用（WDM）是如何让一根光纤同时传输多个不同波长光信号的，这极大地提升了光纤的传输容量。书中对不同类型WDM（粗波分复用CWDM和密集波分复用DWDM）的介绍，以及它们在不同应用场景下的优势，让我对光网络的设计有了初步的认识。同时，书中也探讨了光信号在传输过程中可能遇到的非线性效应，比如克尔效应和受激拉曼散射，以及这些效应如何影响信号的质量，并提出了相应的补偿措施。这些深入的分析，让我对光纤通信的性能极限和优化策略有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计真是太吸引人了，深邃的蓝色背景，上面流动着几条明亮的光线，仿佛预示着信息在其中穿梭。我一直对光纤通信这个领域充满好奇，尤其是那些让光线能够如此高效传播的“黑科技”。我非常期待这本书能够深入浅出地讲解光波在光纤通信中的基本原理，比如光的折射、衍射、干涉等现象是如何在光纤中得到应用的。我希望它能用清晰的图示和易于理解的语言，解释不同类型光纤（单模、多模）的结构特点以及它们如何影响光信号的传输。此外，如果书中能够涉及光波的产生和探测技术，比如激光器和光电探测器的原理，那就更完美了。我希望能从中了解到，那些看似简单的光纤背后，蕴含着多么精妙的物理学知识和工程技术。我甚至希望这本书能触及一些前沿的光波技术，例如光孤子、超光谱传输等，让我对这个领域的未来发展有一个初步的认识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对光学和通信都有基础了解的读者，我发现这本书提供了一个非常扎实的理论框架，同时又紧密结合了实际应用。它深入剖析了光波在光纤中传播的各个环节，从光源的发光原理到探测器的接收过程，都进行了细致的讲解。我特别欣赏书中关于光纤接入网（FTTx）的章节，它阐述了各种FTTx架构（如FTTH、FTTB、FTTC）的优缺点，以及光波技术在其中扮演的关键角色。书中还提及了光电混合传输的解决方案，这让我看到了未来通信网络的发展方向。另外，我一直对光纤传感技术很感兴趣，而这本书中也涉及了如何利用光波在光纤中的特殊传播特性来实现对温度、压力、形变等物理量的精确测量。这拓展了我对光波技术应用范围的认知。

评分☆☆☆☆☆

这本《光纤通信中的光波技术》给我带来了意想不到的惊喜。我原本以为它会是一本枯燥的技术手册，但事实恰恰相反。作者的写作风格非常引人入胜，他巧妙地将复杂的物理概念与实际的应用场景相结合。阅读过程中，我仿佛置身于一个巨大的信息传输网络中，亲眼目睹着光波如何在细小的光纤中跳跃、奔跑。书中对光波在光纤中传播损耗的分析非常透彻，从瑞利散射到弯曲损耗，都进行了详细的阐述，并且给出了降低损耗的实用方法。我特别喜欢书中关于光纤放大器的章节，它解释了EDFA（掺铒光纤放大器）是如何在不进行光电转换的情况下放大光信号的，这对我来说是一个全新的概念。此外，书中还介绍了几种重要的光波调制技术，例如幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）等，并详细解释了它们的工作原理和优缺点。这些内容让我对光信号的编码和解码有了更深入的理解。