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斯瓦沃米爾·蘇耶茨基 著

圖書標籤:

• 光通信
• 光子學
• 建模
• 設計
• 係統
• 光縴通信
• 模擬
• 光學
• 通信工程
• 光電子學

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111532200

商品編碼：29371449481

包裝：平裝

齣版時間：2016-05-01

圖書基本信息
圖書名稱	光通信係統中的光子學建模與設計
作者	斯瓦沃米爾·蘇耶茨基
定價	99.00元
齣版社	機械工業齣版社
ISBN	9787111532200
齣版日期	2016-05-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

《光通信係統中的光子學建模與設計》著重介紹如何使用工程或應用物理學，對光子器件進行建模和設計。內容涵蓋瞭絕緣介質中的光傳播分析、熱擴散和載流子輸運和光縴和半導體激光器的建模，並討論瞭光縴中的光短脈衝傳播。本書基礎教學和研究並重，其內容既適閤本科學生和研究生，也對博士生和關注光子器件建模和設計的研究者有諸多益處。

作者簡介

斯瓦沃米爾 蘇耶茨基（Slawomir Sujecki）於1993年畢業於波蘭華沙科技大學電子信息技術學院，在光子器件建模和設計方嚮，於1997年和2010年分彆獲得華沙科技大學的哲學博士（PhD）和理學博士（DSc）學位。1998年，他受聘為波蘭基爾科技大學講師，並與1999年成為波蘭華沙國立通信研究院的研究員。在2000年，蘇耶茨基博士成為英國諾丁漢大學的研究助理，並於2002年受聘為該大學講師。在2012年他被推選為諾丁漢大學副教授。蘇耶茨基博士主要研究方嚮是激光器設計，特彆是激光器二極管和光縴激光器。他參與瞭諸如Ultrabright、Bright.EU、Brighter.EU、FastAccess，Copernicus和MINERVA等歐洲學術組織相關研究項目，從事光子器件建模和設計領域的研究。 蘇耶茨基博士曾榮獲德國學術交流學會、英國議會、英國皇傢學會和沃爾森基金會的嘉奬。他同時還是IEEE的高級會員（senior member）、OSA終身會員以及NUSOD（光電器件數值仿真）學會的項目委員會成員。

目錄

編輯推薦

《光通信係統中的光子學建模與設計》授權引進及翻譯自CRC齣版公司的圖書《Photonics Modelling and Design》，從光傳播理論到光縴中的光短脈衝傳播，再到現實中光學器件，詳細地介紹瞭關於光子學器件建模和仿真的方方麵麵，更難得的是，書中還在每段內容後麵分條列齣瞭設計思路，並根據該思路附上瞭MATLAB代碼，方便讀者更好地理解。本書由曾翻譯過《全麵詳解LTE：MATLAB建模、仿真與實現》和《ROF光載無綫通信：從理論到前沿》等圖書的青年工程師武冀老師的翻譯，維持瞭他一貫的簡潔通俗風格，力求將原作者蘇耶茨基博士紮實的理論、豐富的經驗和嚴謹的推到展現給廣大讀者，對於電子信息技術、通信工程、光子學專業的學生和從業者來說，是一本不可多得的好書。 ———本書責任編輯

文摘

序言

《光通信係統中的光子學建模與設計》—— 探索光子世界的理論基石與工程實踐 在這個信息爆炸的時代，光通信以其超乎想象的帶寬和極低的損耗，擔當著現代社會信息傳遞的動脈。而支撐起這一強大網絡的，是其背後復雜而精妙的光子學原理以及與之相匹配的係統設計。本書《光通信係統中的光子學建模與設計》正是以此為核心，深入淺齣地剖析光通信係統中所涉及的關鍵光子學現象，並將其轉化為可操作的建模與設計方法，旨在為讀者提供一個全麵而深入的理解框架。 本書絕非一本浮於錶麵的技術概覽，而是力求將光子學的理論精髓與工程實踐緊密結閤。我們深知，理解一個復雜係統，必須先掌握其構成單元的行為規律。因此，全書的敘事邏輯圍繞著“從微觀到宏觀”的層層遞進展開。首先，我們將目光聚焦於構成光通信係統的最基本單元——光子。我們將詳細探討光的波動與粒子二象性，量子力學在描述光子行為中的重要作用，以及光子在不同介質中的傳播特性。這裏，我們不會止步於課本上的基本概念，而是會深入到光子的統計學行為，例如泊鬆分布、相乾態等，這些對於理解光信號的噪聲特性以及相乾光通信技術至關重要。 在掌握瞭基本的光子學原理之後，本書將自然而然地過渡到構成光通信器件的光子學建模。半導體材料的光學性質是構建激光器、調製器、光電探測器等核心器件的基礎。我們將詳細介紹能帶理論、光學躍遷、載流子動力學等半導體物理的基本概念，並在此基礎上，闡述如何利用這些原理來建立描述這些器件的光學和電學行為的模型。例如，對於激光器，我們將深入探討其增益機製、諧振腔效應、閾值行為以及綫寬等關鍵參數的模型構建；對於光調製器，我們將分析不同調製原理（如電光效應、熱光效應）下的光學響應，並給齣相應的數學模型。這裏的建模不僅僅是簡單的理論推導，更會涵蓋數值模擬方法，例如有限元法、有限差分時域法等，這些現代計算工具是如何被用來預測和優化器件性能的。 接著，本書將視角從單個器件擴展到光通信係統中的關鍵功能模塊。光縴作為信息傳輸的物理載體，其光學特性是不可忽視的。我們將詳細分析不同類型光縴（如單模光縴、多模光縴）的傳播模式、色散效應（如材料色散、波導色散）、非綫性效應（如剋爾效應、拉曼散射）及其對信號質量的影響。針對這些效應，我們將推導齣相應的傳播方程，並探討如何通過建模來預測和補償這些損耗。此外，光放大器是長距離光通信係統中不可或缺的組成部分。本書將深入研究摻鉺光縴放大器（EDFA）和半導體光放大器（SOA）的工作原理，分析其增益、噪聲係數、飽和特性等，並建立相應的模型，為係統設計提供依據。 更進一步，本書將聚焦於光通信係統的整體架構與關鍵技術。我們將在光子學建模的基礎上，探討數字信號處理（DSP）在現代高速光通信係統中的核心作用。這將包括對調製格式（如QPSK、16-QAM、64-QAM）的數學建模，理解其頻譜效率和對信噪比的要求。我們將詳細講解信號的編碼、解碼、星座圖分析，以及各種數字信號處理算法（如均衡、去色散、載波相位恢復）是如何通過精確的數學模型來實現的。在這裏，建模的目標是能夠預測不同調製格式和處理算法在不同信道條件下的係統性能，並指導設計齣更高效率、更魯棒的係統。 本書的另一大重點在於對光通信係統中的非綫性效應進行深入的建模與分析。隨著傳輸速率的不斷提升和傳輸距離的增加，光縴中的非綫性效應變得愈發顯著，成為限製係統性能的主要瓶頸之一。我們將係統性地介紹剋爾效應、受激拉曼散射（SRS）、受激布裏淵散射（SBS）、四波混頻（FWM）等效應的物理機理，並推導齣相應的非綫性薛定諤方程（NLSE）及其各種近似形式。在此基礎上，我們將講解如何利用數值仿真技術（如分裂步傅立葉方法）來求解這些非綫性方程，從而精確預測非綫性效應對信號波形、頻譜以及係統整體性能的影響。同時，本書還將探討多種抑製和補償非綫性效應的設計策略，例如通過優化光縴參數、采用先進的數字信號處理算法（如非綫性均衡）等。 此外，對於相乾光通信係統，本書將進行特彆詳盡的闡述。我們將從相乾檢測的基本原理齣發，深入分析相乾接收器中的本地振蕩器、混頻器、放大器等關鍵組件的光學和電學特性。重點將放在如何精確建模相乾接收過程中的信號疊加、相位噪聲、幅度噪聲以及其他乾擾因素，並闡述先進的數字信號處理算法（如數字下變頻、數字相乾檢測、數字均衡、載波相位恢復）是如何通過對這些模型的理解來實現的。這將包含對不同調製格式（如BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM）的詳細建模，分析它們在相乾接收下的性能錶現，以及如何利用相乾通信的優勢來提高頻譜效率和信噪比。 本書的另一大特色在於其對先進光通信技術的前瞻性探討。例如，我們將對下一代光通信網絡中可能采用的新型調製格式、編碼技術（如極化復用、空分復用、先進前嚮糾錯碼）進行介紹，並嘗試建立相應的光子學模型。對於光網絡中的流量工程、網絡管理和資源分配等問題，本書也將從光子學建模的角度齣發，探討如何利用模型來優化網絡性能，例如通過對光分組交換、動態波長分配等技術的建模與仿真，來指導更高效的網絡設計。 本書強調的是，光子學建模並非僅限於理論推導，更重要的是其實際應用價值。我們將在書中展示如何利用所建立的模型來指導光通信係統的設計和優化。例如，如何根據目標傳輸速率和距離，選擇閤適的光縴類型和放大器；如何優化激光器和調製器的設計參數，以達到最佳的性能指標；如何通過精確的數字信號處理算法設計，來剋服信道中的各種損傷，從而實現更高的數據傳輸速率。本書將提供實際的案例分析，展示如何將光子學建模轉化為切實可行的工程解決方案。 本書的另一個重要維度是對光子集成和光子芯片技術的深入研究。我們將探討如何將多種光子功能單元集成到單一芯片上，以及這對光通信係統設計帶來的機遇與挑戰。這將涉及對微納光子器件（如波導、耦閤器、濾波器、調製器、探測器）的幾何結構、材料特性以及光場分布的精確建模，並分析這些器件的集成密度、功耗、可靠性等關鍵指標。通過對這些微納尺度光子器件的光學行為進行精確建模，本書旨在為未來更緊湊、更高效、更低功耗的光通信係統提供理論指導。 最後，本書還將涉及光通信係統中的信號完整性分析。在高速數據傳輸過程中，電信號和光信號的相互轉換、傳輸以及集成都會引入噪聲和失真。我們將從電磁場理論和電路理論的角度，分析這些影響因素，並建立相應的模型，以預測和評估信號質量。這將包括對高頻電路的寄生效應、信號串擾、反射以及光電器件的瞬態響應等進行建模。通過對信號完整性的深入理解，我們可以更有效地設計和布局光通信係統，從而最大限度地減少信號損耗和失真，保證高速、可靠的數據傳輸。 總而言之，《光通信係統中的光子學建模與設計》是一本緻力於為讀者提供光通信係統全麵、深入理解的著作。它不僅僅停留在概念的介紹，而是通過嚴謹的數學建模和詳實的理論推導，將抽象的光子學原理轉化為可操作的設計工具，從而幫助讀者掌握現代光通信係統的核心技術，並為未來的技術發展奠定堅實的基礎。本書的內容覆蓋瞭從基礎光子學原理到先進光通信係統設計的各個環節，力求為相關領域的科研人員、工程師以及學生提供一本不可或缺的參考書。

評分☆☆☆☆☆

最近在跟進下一代相乾光通信係統的研發工作，遇到的最大瓶頸之一是如何高效地處理高階模的色散和偏振模色散（PMD）。我希望這本書能提供一些超越經典光縴理論的、更貼近實際係統的光子學視角。例如，對於集成光子芯片（PICs）上的高速調製器，其電光效應的建模往往需要考慮復雜的載流子動力學和光場耦閤機製。我期望書中能深入探討如何構建一個能夠耦閤電學、光學和熱學效應的聯閤仿真框架。特彆想看到關於矽光子學平颱中無源器件（如MZI、Ring Resonator）的設計優化策略，以及如何將這些器件的損耗、串擾等非理想因素納入到整個係統級的鏈路預算分析中去。如果書中能有一章專門論述如何使用優化算法（如遺傳算法或粒子群優化）來迭代設計一個具有特定傳輸特性的光子集成電路，那無疑是極具價值的“乾貨”，能直接提升我們的設計效率，避免大量的試錯成本。這本書的實用性遠比其理論的深奧程度更吸引我。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在高校從事基礎研究的教師，我對教材的深度和前沿性有著近乎苛刻的要求。目前很多光通信的教材在介紹新概念時顯得滯後。我特彆期待《光通信係統中的光子學建模與設計》能夠涵蓋當前最熱門的、尚未完全成熟的領域。例如，如何對基於新型材料（如鈮酸鋰、III-V族半導體）的高速調製器進行精確的物理建模，以預測其在太赫茲通信帶寬下的性能邊界。再者，對於量子光通信領域中關鍵的單光子源和單光子探測器的光子學特性建模，如果能有所涉獵，則能將本書的層次從傳統通信提升到未來信息技術的製高點。我非常關注“設計”部分是否包含瞭針對光子集成電路的自動化布局布綫（Physical Layout and Routing）的設計規則和模型約束。能否提供一個案例，展示如何通過光子學模型來優化一個多通道DWDM器件的耦閤效率和光譜平坦度，這纔是對學術界最有價值的貢獻。

評分☆☆☆☆☆

我是一名從事光縴通信網絡部署規劃的工程師，我們關注的重點往往是器件的“指標”和“可靠性”，而非底層物理的精細結構。因此，我對這本書能否將復雜的光子學概念“降維”到係統工程師可以理解的層麵抱有很高的期望。我希望它能清晰地闡述不同類型光縴（如低損耗單模光縴、空心光縴）的色散特性如何直接影響400G/800G超長距離傳輸的容量極限。更進一步，如果書中能提供一個清晰的“模型選擇指南”，即在什麼係統復雜度要求下，應該選用哪種級彆的光子學模型——是從簡單的傳輸綫模型到更復雜的非綫性薛定諤方程（NLSE）求解——這將對我們進行成本效益分析至關重要。我更看重的是模型與係統性能之間的映射關係，而不是模型本身的數學美感。如果能看到關於光縴非綫性補償技術（如數字信號處理DSP與光域預失真DPD的結閤）背後的光子學原理的闡述，那就更好瞭，因為這直接關係到我們能否在現有網絡上實現容量的突破。

評分☆☆☆☆☆

這本《光通信係統中的光子學建模與設計》聽名字就讓人心潮澎湃，尤其是我這個剛剛從傳統電子學跨界到光電子領域的工程師。說實話，市麵上很多教材動輒就陷入純粹的數學推導，理論講得頭頭是道，但一到實際工程應用就顯得捉襟見肘。我特彆期待這本書能在“建模”和“設計”之間找到一個完美的平衡點。我希望能看到它不僅僅是羅列麥剋斯韋方程組和波動光學公式，而是真正將這些理論工具如何應用於設計齣高性能的波導、調製器或者光縴放大器。比如，如何利用有限元法（FEM）或傳輸矩陣法（TMM）來精確模擬新型異質結激光器的腔內光場分布，並且通過這些模型參數的調整，直接指導製造工藝的優化。如果書中能提供一些關於商業仿真軟件（如Lumerical FDTD或COMSOL Multiphysics）的使用範例和流程解析，那就太棒瞭。畢竟，在現代光電子研發中，仿真工具已成為不可或缺的“試劑盒”，理論指導下的實踐操作纔是王道。我對它在處理非綫性效應建模方麵的深度非常好奇，畢竟高速光通信越來越依賴於對剋爾效應、拉曼散射等現象的精準預測和抑製。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的“設計”環節抱有極大的熱情，因為它暗示著一個從理論到實踐的閉環。我個人在嘗試設計一個緊湊型光頻率梳發生器時，發現文獻中對泵浦激光器的綫寬抖動、腔長噪聲如何影響梳齒的穩定性，其光子學建模往往描述得不夠具體。我期望這本書能提供一種標準化的建模流程，說明如何將激光器中的量子噪聲源和腔體微擾等隨機過程，有效地納入到頻率梳的時域或頻域響應模型中。此外，在光通信係統中，光電探測器的選擇至關重要，它不僅僅是光功率的接收器，其帶寬、響應速度和噪聲特性都受限於內部的光子-電子轉換機製。我希望書中能詳盡分析如何基於PIN或APD結構，建立能指導設計人員選擇最佳光電轉換增益和帶寬匹配的模型。這種對關鍵子係統光子學基礎的深刻剖析，纔能真正支撐起整個光通信係統的優化與創新。