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武保剑文峰 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030570154

商品编码：29337102249

出版时间：2018-05-01

作  者:武保剑,文峰 著 定  价:68 出 版 社:科学出版社 出版日期:2018年05月01日 页  数:182 装  帧:平装 ISBN:9787030570154 ●第1章 绪论 1
●1.1 光纤通信的发展 1
●1.1.1 四个发展阶段 1
●1.1.2 未来发展趋势 3
●1.2 光调制与接收 5
●1.3 信号再生技术 6
●1.3.1 光纤非线性效应 7
●1.3.2 全光再生实现 8
●1.4 本书内容安排 8
●参考文献 9
●第2章 光信号收发技术 11
●2.1 光纤通信系统 11
●2.2 光发送机 13
●2.2.1 半导体光源 13
●2.2.2 光发送机组成 16
●2.2.3 直接调制特性 17
●2.2.4 自动控制电路 19
●2.3 间接光调制器 21
●2.3.1 电光调制器 21
●2.3.2 电吸收调制器 27
●部分目录

内容简介

光调制与再生技术是光纤通信系统的两大核心课题，近些年来伴随着偏振复用四相相移键控调制格式的商业化应用，骨干网络信号速率已从10G/40G提升到100G，并有望向400G甚至是1T方向进发。针对大容量光纤通信网络的发展需求，新型调制方式和全光再生技术成为各国科研机构的主要研究方向。本书共分9章，前5章从光通信收发系统、光波导处理器件、光场的数字和模拟调制技术角度介绍新型光调制技术及其在现代光通信系统中所起到的重要作用；后面4章主要介绍全光再生技术的近期新成果，涉及到OOK信号的全光再生、面向高阶调制信号的再生技术、波分复用信号的多通道再生以及新型光器件中的再生探索。

《光通信的基石：信号增强与信息重塑的奥秘》 一、 引言：穿越噪声迷雾，重拾清晰信号 在信息爆炸的时代，光通信以其极高的传输速率和巨大的带宽潜力，成为现代社会不可或缺的命脉。然而，光信号在漫长的传输过程中，不可避免地会遭受各种损耗和畸变。这些“噪声”如同层层迷雾，吞噬着宝贵的信息，导致数据传输错误率上升，通信质量直线下降。如何有效地克服这些挑战，将衰减、失真、色散等影响降至最低，确保信息的完整与准确，是光通信领域持续探索的关键课题。 本书《光通信的基石：信号增强与信息重塑的奥秘》正是聚焦于这一核心问题，深入剖析光信号在传输过程中面临的挑战，并系统地介绍一系列革命性的技术，旨在实现信号的“增强”与“再生”，从而突破光通信的传输极限，为构建更高速、更可靠、更广阔的未来通信网络奠定坚实的基础。本书并非仅仅停留在理论的阐述，而是力求从原理、模型、实现方法到实际应用，进行全面而深入的探讨，为读者构建一个清晰、完整、具有实践指导意义的知识体系。 二、 光信号的“敌人”：剖析传输中的衰减与畸变 在探讨解决方案之前，理解问题至关重要。本书将首先带领读者深入剖析光信号在光纤中传输时所遇到的各种“敌人”。 光纤损耗：无情的能量吞噬者 吸收损耗： 光波在传播过程中，其能量被光纤材料本身吸收，转化为热能。这部分损耗与光纤的材料特性（如羟基杂质、金属离子等）以及传输波长密切相关。本书将详细介绍不同类型光纤的吸收损耗机理，并分析其对信号强度的影响。 散射损耗： 主要包括瑞利散射和米氏散射。瑞利散射是由于光纤材料内部微观不均匀性引起，随波长四次方衰减，是限制长距离传输的主要因素。米氏散射则与光纤的宏观不规则性有关。本书将详细阐述散射机理，并通过数学模型进行量化分析。 弯曲损耗： 光纤在弯曲时，部分光场会辐射到光纤外部，导致损耗增加。宏观弯曲和微观弯曲对损耗的影响程度不同。本书将探讨不同弯曲半径下的损耗特性，并提出减小弯曲损耗的设计考量。 连接损耗： 光纤接头（熔接或连接器）处的对准不当、端面不洁净等原因都会引入额外的损耗。本书将分析不同连接方式的损耗机制，并介绍提高连接质量的工艺和方法。 光信号的“变形记”：失真与色散的挑战 非线性效应：力量的失衡 克尔效应（三阶非线性效应）： 光强变化引起光纤折射率的变化，导致信号相位畸变，产生自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）。本书将深入分析这些效应的数学模型，并讨论其对信号完整性的影响。 拉曼散射和布里渊散射（二阶非线性效应）： 光子与光纤分子相互作用，产生能量转移，导致信号的频谱展宽和功率转移。本书将解析这两种散射机理，并探讨其在不同光通信系统中的表现。 色散：时间的“错位” 模间色散： 在多模光纤中，不同模式的光信号传播速度不同，导致信号脉冲展宽。本书将介绍不同模式的传播特性，并分析模间色散的影响。 材料色散： 光纤材料的折射率随波长变化，导致不同波长的光信号传播速度不同，引起脉冲展宽。本书将详细推导材料色散的公式，并讨论其与波长的关系。 波导色散： 光纤的波导结构导致不同波长的模式传播常数不同，从而引起色散。本书将分析波导色散的产生机理，并探讨如何通过光纤设计来优化色散特性。 偏振模色散（PMD）： 由于光纤的不均匀性，不同偏振态的光信号传播速度不同，导致信号展宽。本书将深入解析PMD的产生原因，并分析其对高速通信系统的影响。 三、 重塑清晰的“画卷”：信号增强与再生的关键技术 理解了信号的“敌人”之后，本书将聚焦于“利器”——实现信号增强与再生的核心技术。这些技术的核心在于“补偿”和“恢复”，将退化后的信号重新“激活”。 放大技术：点亮黯淡的信号 掺铒光纤放大器（EDFA）： 作为光通信领域最重要的放大器之一，EDFA在1550nm波长范围内的出色表现，极大地推动了光通信的发展。本书将详细介绍EDFA的工作原理，包括能量激发、受激辐射、受激吸收以及放大过程中的增益特性和噪声特性。我们将探讨其不同结构（如单级、双级、前向泵浦、后向泵浦等）及其优缺点，并分析其在不同应用场景下的性能考量。 半导体光放大器（SOA）： SOA结构紧凑、集成度高，在特定波长范围内具有良好的放大性能，并可实现波长转换等附加功能。本书将深入解析SOA的工作机理，包括载流子注入、受激发射以及其与EDFA在性能和应用上的差异。 拉曼放大器（RA）： 利用光纤自身的非线性效应实现放大，可实现分布式放大，有效补偿长距离传输中的损耗。本书将详细阐述拉曼散射的机理，并介绍分布式拉曼放大（DRA）和集中式拉曼放大（CRA）的工作原理，以及如何通过泵浦光功率和波长选择来优化放大性能。 其他新型放大技术： 简要介绍并分析其他具有潜力的放大技术，如色散补偿光纤放大器（DCFA）、光子晶体光纤放大器等。 补偿技术：抚平“皱纹”与“断层” 色散补偿：找回失落的时间 色散补偿光纤（DCF）： 利用具有相反色散特性的特种光纤来抵消传输光纤的色散。本书将详细介绍DCF的设计原理、参数选择以及其在系统中的部署方式。 光栅色散补偿器（FBG）： 利用光纤布拉格光栅对不同波长光的反射特性来实现色散补偿。本书将深入分析FBG的结构、制备以及其在色散补偿中的应用。 可调谐色散补偿器： 介绍能够根据实际系统需求进行实时色散补偿的先进技术，包括基于液晶、微机电系统（MEMS）等实现可调谐的色散补偿器。 数字信号处理（DSP）色散补偿： 随着DSP技术的飞速发展，通过数字信号处理算法在接收端对色散进行补偿，已成为一种重要的补偿手段。本书将探讨DSP在色散补偿中的原理与实现。 非线性效应补偿：驯服失控的“力量” 预畸变技术： 在信号传输前，对信号进行预先的畸变处理，以抵消传输过程中产生的非线性效应。本书将分析不同预畸变方法的原理与应用。 相位共轭技术： 利用非线性效应产生信号的相位共轭波，从而恢复原始信号。本书将详细介绍相位共轭的原理与实现。 光电混合补偿： 结合光学元件和电子信号处理技术，对非线性效应进行补偿。 再生技术：让信号“重获新生” 全光再生：无中生有，彻底恢复 光开关再生： 利用光开关实现信号的“门控”，去除噪声，恢复信号的幅度。 光电再生： 将光信号转换为电信号，经过电子再生电路处理后再转换为光信号。本书将分析其工作原理、优缺点以及在高速通信中的应用。 光再生技术的发展趋势： 展望全光再生技术在构建无电中继的光通信网络中的作用。 数字信号处理（DSP）在信号再生中的应用： 详细介绍DSP如何通过先进的算法（如均衡、时钟恢复、判决等）对接收到的信号进行处理，实现信号的“再生”功能，尤其是在相干光通信系统中。 四、 实际应用与未来展望：构建高效智能的光通信网络 本书的价值不仅在于理论的深入，更在于将这些技术与实际应用紧密结合，为读者提供更广阔的视野。 长距离传输系统： 在跨洋通信、城域网骨干等长距离传输场景下，信号增强与再生技术是保障通信质量的关键。本书将分析这些技术在不同长距离传输系统中的具体部署方案和性能优化。 高速率传输系统： 随着通信速率的不断提升（如100Gb/s, 400Gb/s, Tb/s级别），信号衰减和畸变的影响愈发显著。本书将探讨如何利用先进的放大、补偿与再生技术来应对更高传输速率带来的挑战。 光网络中的应用： 从点到点的通信到复杂的网络拓扑，信号增强与再生技术在光交换、光路由、光监测等各个环节都发挥着至关重要的作用。 未来发展趋势： 智能光网络： 探讨如何利用人工智能和机器学习技术，实现信号增强与再生的智能化、自适应化，构建更具韧性和效率的光通信网络。 新型光纤与器件： 介绍具有特殊性能的新型光纤（如空芯光纤、多芯光纤）以及新兴的光放大、补偿与再生器件，它们将为突破现有技术瓶颈提供新的可能。 全光计算与信息处理： 展望在光域内实现信号处理与信息重塑的可能性，进一步提升光通信系统的处理能力和能效。 五、 结语 《光通信的基石：信号增强与信息重塑的奥秘》致力于为读者提供一个全面、深入、具有前瞻性的知识框架。通过对光信号衰减与畸变机理的细致剖析，以及对各种先进放大、补偿与再生技术的系统介绍，本书旨在帮助读者深刻理解光通信的挑战与机遇，掌握解决问题的关键技术，为推动光通信技术的进步和应用发展贡献力量。无论您是光通信领域的学生、研究人员，还是工程师，本书都将是您探索光通信奥秘、构建未来信息高速公路的宝贵指南。

评分☆☆☆☆☆

拿到《光调制与再生技术》这本书，我最直观的感受就是它的“厚重感”，不仅仅是纸张的厚度，更是内容上的充实感。作为一名对光通信略有涉猎的工程师，我一直希望找到一本能够系统性地梳理光调制和再生技术的书籍，这本书恰好满足了我的需求。书中对光调制技术的梳理非常全面，从基础的模拟调制到复杂的数字调制，几乎涵盖了所有重要的调制方式，并且对每一种调制方式的数学原理、时域和频域特性都进行了深入的分析，这对于理解信号的编码和解码过程至关重要。我印象特别深刻的是关于相干光通信的章节，它详细介绍了本地振荡器、相位和频率同步等关键技术，让我对现代高速光通信系统的复杂性有了更深的体会。而光信号再生部分，书中对不同再生技术，特别是光电再生和全光再生的工作原理、实现方式以及优缺点分析，都做到了细致入微。它不仅仅是停留在理论层面，更结合了实际器件的性能参数和系统设计的考虑，这对于我进行实际系统设计和优化非常有价值。这本书就像一本“技术百科全书”，为我提供了一个坚实的理论基础和宝贵的实践指导。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到这本《光调制与再生技术》的时候，我简直是抱着挖宝的心情！虽然我对这个领域其实算是个新手，但光是翻阅目录就觉得内容超级扎实，完全不像市面上那些“看起来很美”但实际却浅尝辄止的书。一开始被那些复杂的公式和理论吓到了，但作者的讲解方式真是太有耐心了，一步步地把概念拆解开来，让我这个门外汉也能慢慢跟上节奏。尤其是关于光调制的基本原理，从最基础的幅度和相位调制讲到更高级的QAM，每一种都有详细的数学推导和清晰的图示，让你不仅知其然，更知其所以然。我特别喜欢书中对不同调制技术优缺点的比较分析，结合实际应用场景，感觉就像有位经验丰富的前辈在手把手地教你如何根据需求选择最合适的技术。而且，书里还穿插了一些历史上重要的技术发展节点，这让整个学习过程不再枯燥，反而充满了探索的乐趣。我本来以为可能要花很长时间才能消化，但因为讲解深入浅出，加上例题的辅助，感觉吸收起来比预想的要快不少。现在我对光通信中的“信号怎么变身”有了个大概的认识，这为我后续深入学习打下了坚实的基础，真的非常感激这本书！

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《光调制与再生技术》这本书在细节处理上真的做到了极致。我之前读过一些关于光通信的书，但很多都只停留在概念层面，真正深入到技术细节的却不多。而这本书，它毫不避讳地去讲解那些“硬核”的内容，比如在讨论光信号再生时，它会详细阐述判决再生、再生-转发以及再生-重构等不同方法的物理机制和实现方式，甚至还涉及到具体的器件选型和性能评估指标。我当时对“再生”这个概念一直模糊不清，总觉得有点玄乎，但读了这本书，特别是关于噪声抑制和信号恢复的章节，才真正明白它的重要性和复杂性。书中对不同再生技术的优缺点分析也十分到位，结合了不同应用场景下的考量，比如在长距离传输和高速传输中的应用差异。而且，书中对相关数学模型和仿真方法的介绍也相当详尽，这对于想要进行实际研究的读者来说，简直就是福音。我尝试着跟着书中的方法推导了一些公式，感觉思路一下子就清晰了很多。虽然有些地方需要反复咀嚼，但这种“啃硬骨头”式的学习过程，反而让我收获颇丰，对整个光信号处理流程有了更深刻的理解，感觉离实际应用更近了一步。

评分☆☆☆☆☆

这本书《光调制与再生技术》给我带来的惊喜，在于它能够将看似艰涩的技术概念，用一种非常易于理解的方式呈现出来。我之前对光信号的“调制”和“再生”一直存在一些模糊的认识，觉得它们是某种神秘的黑科技。但读了这本书之后，我才明白，原来这些都是基于扎实的物理学和数学原理的。书中对光调制部分，从最基本的信号叠加原理讲起，逐步深入到各种复杂的调制格式，比如AM、FM、PM，以及更先进的QAM、PSK等等。作者的讲解非常细致，每一种调制方式都配有清晰的图示和通俗易懂的类比，让我能够快速抓住其核心思想。而光信号再生这部分，更是让人眼前一亮。书中详细介绍了各种再生技术，比如判决再生、再生-转发、再生-重构，以及它们的原理和优缺点。特别是对光信号在传输过程中损耗和噪声的处理，让我对通信的可靠性有了全新的认识。这本书不仅仅是理论的堆砌，还穿插了一些实际应用案例，让我能够将学到的知识与现实世界联系起来，感到非常受用。我特别喜欢作者在讲解过程中，不断强调“为什么”和“怎么做”，这种引导式的学习方式，让我主动去思考，而不是被动接受信息。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光通信在现代社会中的角色充满好奇，《光调制与再生技术》这本书正好满足了我对这个领域的好奇心，而且还远远超出了我的预期。一开始是被书名吸引，以为会是比较偏向技术的枯燥读物，但没想到读起来却像是在听一位资深工程师娓娓道来，充满了智慧和经验。书中关于光调制技术的发展历程，从早期的简单调制到如今复杂的相干光通信，脉络清晰，引人入胜。我特别喜欢其中对不同调制格式（如PSK、QAM）的介绍，不仅解释了其原理，还深入探讨了它们在不同通信系统中的适用性和带来的性能提升。而光信号再生部分，更是这本书的点睛之笔。书中对各种再生技术（如光电再生、全光再生）的原理、优势和局限性都进行了详尽的阐述，并且结合了实际工程中的案例分析，让我对如何保证光信号在传输过程中不失真、不衰减有了更直观的认识。这种理论与实践相结合的讲解方式，对于我这样想从宏观层面了解光通信技术发展趋势，又想深入了解具体技术细节的读者来说，是极大的帮助。它让我看到了技术创新是如何推动通信速度和质量不断提升的，也让我对光通信在未来社会发展中的作用有了更深刻的认识。