9787030302908 光纤通信中的光波技术 科学出版社 李齐良 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李齐良 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030302908

商品编码：29424814031

包装：平装

出版时间：2011-03-01

基本信息

书名：光纤通信中的光波技术

定价：60.00元

作者：李齐良

出版社：科学出版社

出版日期：2011-03-01

ISBN：9787030302908

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.440kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书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。
　　本书可作为光纤光栅、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

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前言
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

作者介绍

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文摘

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序言

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光波的奥秘：探索现代通信的脉络 在这信息爆炸的时代，我们早已习惯了瞬息万变的连接，视频通话的流畅，海量数据的传输，以及无处不在的互联网。而这一切奇迹的背后，隐藏着一项古老而又充满活力的技术——光纤通信。它如同人类神经系统般，将世界紧密地连接在一起，传递着知识、情感和商业的脉动。本书将带领您深入探索支撑这一庞大网络的光波技术，揭示其如何从物理学的基本原理，一步步演化为现代通信的基石。 一、 光的本质：不仅仅是可见光 在我们日常生活中，光是色彩的来源，是万物得以呈现的基础。然而，在通信领域，光被赋予了更深刻的意义，它是一种承载信息的高速载体。本书将首先回溯光的粒子-波动二象性，从量子力学的角度理解光子的行为，并重点阐述电磁波的特性，包括频率、波长、振幅和相位等参数。我们将探讨不同波段的光，尤其是通信领域广泛使用的近红外波段，理解其为何能够穿透光纤并携带大量信息。 光的粒子性与波动性： 从普朗克量子论到爱因斯坦光电效应，理解光子作为基本粒子的能量与动量，以及光的衍射、干涉等波动现象，为深入理解光与物质的相互作用奠定基础。 电磁波谱： 详细介绍电磁波谱的构成，区分无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。重点聚焦通信领域常用的近红外波段（通常在1310nm和1550nm），分析其传输特性和在光纤中的损耗情况。 光的参数与信息编码： 深入解析光的频率、波长、振幅和相位如何被用来编码信息。我们将介绍幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）以及更先进的数字调制技术，如脉冲位置调制（PPM）、脉冲幅度调制（PAM）等，理解它们在将数字信号转化为光信号过程中的作用。 二、 光纤的魔法：引导光波前行的艺术 光纤，作为光波通信的“高速公路”，其核心在于如何有效地引导和传输光信号。本书将详细剖析光纤的结构与原理，从玻璃纤维的制造工艺到其内部的光学特性，为您揭示光如何在其中“跳跃”前行，克服重力与距离的限制。 光纤的构成与制造： 介绍光纤的基本结构，包括纤芯（Core）和包层（Cladding）。重点阐述不同类型光纤（单模光纤、多模光纤）的结构差异以及它们在传输性能上的区别。我们将探讨光纤制造过程中涉及的关键技术，如化学气相沉积（CVD）、熔融拉丝等，以及材料选择对光纤性能的影响（如二氧化硅、掺杂剂）。 全反射原理： 这是光纤传输的灵魂。我们将运用几何光学原理，详细讲解全反射现象。理解折射率的概念，以及纤芯与包层之间折射率的差异是如何形成“全反射的陷阱”，确保光信号在光纤内部高效、低损耗地传播。我们将引入临界角的概念，并解释它在光纤设计中的重要性。 光纤中的损耗与色散： 任何传输介质都存在损耗，光纤也不例外。我们将系统地分析光纤中的主要损耗机制，包括吸收损耗（intrinsic absorption，如紫外吸收、红外吸收）、散射损耗（Rayleigh scattering）和弯曲损耗（macrobending and microbending）。同时，我们将深入研究色散（Dispersion）现象，这是限制光信号传输速度和距离的关键因素。我们将区分模式色散（Modal Dispersion，主要存在于多模光纤）、色散（Chromatic Dispersion，包括材料色散和波导色散）和偏振模色散（PMD），并探讨其对信号质量的影响。 三、 光源与探测器：信息传递的起点与终点 光信号的产生和接收是光波通信不可或缺的两环。本书将深入介绍驱动光波通信的光源和探测器技术，揭示它们是如何将电信号转化为光信号，再将光信号还原为电信号的。 半导体光源： 重点介绍用于光纤通信的半导体光源，包括激光二极管（LD）和发光二极管（LED）。我们将深入剖析它们的PN结结构、能带理论以及产生光的过程。理解不同类型激光器（如DFB激光器、FP激光器）的特性，以及它们在不同通信速率和距离应用中的优势。 光电探测器： 介绍将光信号转换回电信号的关键器件——光电探测器。我们将详细讲解PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理，包括光电转换过程、响应速度、量子效率以及噪声分析。理解它们在接收不同光功率信号时的性能表现。 调制与解调技术： 结合光源和探测器，我们将详细阐述如何在发送端调制光信号（将电信号编码成光信号的特征），以及在接收端解调光信号（从光信号中提取电信号）。我们将覆盖直接调制、外部调制等技术，并简要介绍同步和异步解调的概念。 四、 光网络与传输系统：构建信息高速公路 光波技术并非孤立存在，它被集成到庞大的光网络和传输系统中，支撑着全球的信息流动。本书将为您揭示这些系统的构成、工作原理以及发展趋势。 光放大器： 在长距离传输中，光信号会衰减。本书将介绍光放大器的作用，特别是掺铒光纤放大器（EDFA）的原理和应用，它是现代光通信网络中不可或缺的关键组件，能够直接放大光信号，无需进行光-电-光转换，极大地提升了传输效率。 光开关与复用技术： 为了更有效地利用光纤的带宽，我们需要各种光开关和复用技术。我们将介绍波分复用（WDM）技术，包括粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM），它们允许在同一根光纤上传输多个不同波长的光信号，成倍地提升了通信容量。同时，我们将简要介绍光开关在网络路由和配置中的作用。 光网络架构： 简要概述不同层次的光网络架构，包括接入网、城域网和骨干网。理解它们在不同应用场景下的特点和需求，以及如何协同工作构成完整的通信体系。 五、 前沿探索与未来展望：光波技术的无限可能 光波技术并非一成不变，它正以前所未有的速度发展，不断突破现有技术的瓶颈。本书将展望光波通信的未来，探讨新兴技术和发展趋势。 更高带宽的挑战： 随着数据需求的爆炸式增长，如何进一步提升光纤通信的带宽是持续的挑战。我们将探讨超高速调制技术、多维调制（如偏振复用、空间复用）以及新型光纤材料和结构的研究进展。 下一代光网络： 探索软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）在光网络中的应用，以及量子通信、可见光通信等新兴技术对未来通信格局的影响。 光电子集成： 了解如何将光电子器件集成到更小的芯片上，实现更高的集成度和更低的功耗，这将是未来通信设备发展的关键方向。 本书旨在为对光波通信感兴趣的读者提供一个全面而深入的理解框架。从光的物理本质到光纤的传输特性，从光源探测器的技术细节到宏观的光网络架构，我们将层层剥茧，让您领略光波技术在现代通信中所扮演的关键角色，并对未来的发展充满期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于光纤通信系统中涉及到的各种调制解调技术，进行了非常细致的阐述。我特别欣赏书中对数字信号处理（DSP）在现代光通信中的作用的讲解。从早期的NRZ、RZ编码，到后来的PAM4、DMT等高阶调制格式，书中都详细介绍了它们的原理、编码方式、频谱特性以及在提高频谱效率方面的优势。更重要的是，书中不仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了DSP如何补偿光纤传输中的损伤，例如色散、偏振模色散（PMD）、非线性效应等。书中对电子色散补偿（EDC）和相干接收技术中的各种均衡算法，如DFE、LMS、RLS等，进行了详细的推导和分析，这对于理解当前高速光通信系统的性能至关重要。读者可以通过这些章节，了解到如何利用数字信号处理技术，克服光纤固有的传输限制，从而实现更远距离、更高速率的通信。

评分☆☆☆☆☆

这本书的光学基础部分写得非常扎实，从基础的光学原理出发，逐步深入到光纤通信的实际应用。作者在介绍激光器、光探测器等关键器件时，不仅阐述了其工作原理，还详细分析了它们的性能参数，以及在不同通信场景下的适用性。例如，在讨论半导体激光器时，书中详细讲解了不同掺杂浓度、外延结构对光输出功率、谱线宽度、调制速率的影响，并且还提到了DFB激光器和VCSEL在长距离和短距离通信中的优势。对于光探测器，则详细介绍了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的响应速度、量子效率、暗电流等指标，以及如何根据误码率等通信指标选择合适的探测器。书中对于光纤的传输特性，如色散、衰减、非线性效应等，也进行了深入浅出的剖析，并给出了相应的抑制方法，这一点对于理解高速光通信系统的设计至关重要。作者在讲解这些复杂概念时，总是能够结合实际的工程问题，让读者在理论学习的同时，也能感受到技术应用的魅力。

评分☆☆☆☆☆

从实际应用的角度来看，这本书提供了非常多有价值的信息。例如，在介绍光通信系统的性能评估时，书中详细讲解了误码率（BER）、信噪比（SNR）、眼图等关键指标，以及这些指标如何影响通信系统的整体性能。我特别关注书中关于光纤传输损耗的分析，以及如何通过光放大器来补偿这些损耗。书中对不同类型光放大器的增益、噪声系数、增益平坦度等参数的详细解释，让我对如何构建长距离、低损耗的光通信链路有了更清晰的认识。此外，书中还提及了光网络安全方面的一些基本概念，虽然篇幅不多，但对于初步了解这一领域来说，已经足够。总的来说，这本书将理论与实践紧密结合，让读者能够更好地理解光纤通信技术的实际应用。

评分☆☆☆☆☆

本书在光网络架构和设备方面的内容，为我打开了新的视野。我之前对光网络的理解比较零散，这本书将各种网络拓扑、传输媒介、交换技术等整合起来，形成了一个清晰的体系。例如，书中对WDM（波分复用）技术进行了非常深入的讲解，从粗波分复用（CWDM）到密集波分复用（DWDM），详细介绍了其原理、关键器件（如光栅、AWG）以及在提升光纤传输容量方面的巨大作用。同时，书中还探讨了光网络的演进，如OTN（光传输网络）的出现，以及它如何解决传统SDH/SONET的局限性，提供更灵活、更高效的传输方案。此外，书中对光开关、光放大器（如EDFA、SOA）等核心网络设备的工作原理和应用场景也进行了详细介绍，这对于理解现代光通信网络的组网和优化非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论深度和广度上都给我留下了深刻的印象。作者在讲解基本原理时，并没有回避数学推导，而是用清晰的逻辑和严谨的数学工具来阐述复杂的概念，这使得我对光波在光纤中的传播过程有了更透彻的理解。我特别喜欢书中关于非线性光学效应的章节，例如克尔效应、受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）等，书中不仅解释了这些效应的物理机制，还详细分析了它们对光信号传输带来的影响，以及抑制这些效应的常用方法。这一点对于理解光纤通信系统的设计极限和未来的发展方向至关重要。同时，书中还对光纤通信的未来趋势进行了展望，例如相干光通信、自由空间光通信等，这让我对这个领域充满期待。