通信光电子器件与系统的测量及仿真 9787030260970 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵同刚等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030260970

商品编码：29672503557

包装：平装

出版时间：2017-07-01

基本信息

书名:通信光电子器件与系统的测量及仿真

定价：45.00元

售价：30.6元,便宜14.4元,折扣68

作者:赵同刚等

出版社：科学出版社

出版日期：2017-07-01

ISBN：9787030260970

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版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.581kg

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内容提要

目录

作者介绍

文摘

序言

探索微观世界的奥秘：精密测量与虚拟现实的交融 本书以严谨求实的科学态度，深入剖析了通信光电子器件与系统领域前沿的测量技术及其背后的仿真理论。在信息爆炸的时代，光通信作为信息传输的“高速公路”，其核心组件——光电子器件的性能直接决定了通信系统的效率与可靠性。而理解这些器件的特性，乃至整个系统的运行机制，离不开精准的测量手段和强大的仿真工具。本书正是致力于为读者搭建一座连接微观世界精妙运作与宏观系统高效通信的桥梁。 第一篇：精密测量的基石——光电子器件的量化分析 在通信光电子领域，任何一个微小的参数偏差都可能对整个系统的性能产生显著影响。因此，掌握一套全面、精确的测量方法是理解和优化器件性能的关键。本篇将从基础出发，逐步深入，揭示光电子器件的各项关键参数是如何被严谨量化，并呈现其内在规律。 光信号的“指纹”——光谱分析的艺术： 光信号的波长分布如同其独特的“指纹”，包含了丰富的器件特性信息。本书将详细介绍各种光谱分析仪的工作原理，包括色散元件（如光栅、棱镜）的衍射/折射原理、探测器的响应机制，以及如何通过分析光谱的中心波长、光谱宽度（FWHM）、边模抑制比（SMSR）等参数，来评估光源的纯净度、稳定性以及对噪声的抑制能力。我们将探讨不同类型光源（如激光器、LED）的光谱特性及其影响因素，并介绍如何利用光谱仪进行动态光谱分析，捕捉瞬态光谱变化。 光功率的“脉搏”——光功率计的精准衡量： 光功率是衡量光信号强度的直接指标，也是评估光传输损耗、光源输出能力的重要依据。本书将系统讲解各类光功率计（如热电堆式、光电二极管式）的工作原理，包括其响应范围、测量精度、校准方法等。我们将深入分析光功率测量中的误差来源，如波长依赖性、环境温度影响、偏振效应等，并提供相应的校正和优化策略。此外，针对通信系统中的复杂光信号，如调制信号，我们将探讨如何进行平均功率、峰值功率和瞬时功率的测量，以及不同测量模式的适用场景。 光强度的“呼吸”——光电探测器的灵敏度与响应速度： 光电探测器是光信号转换为电信号的关键器件，其灵敏度、响应速度、动态范围等参数直接影响着光接收机的性能。本书将深入剖析不同类型光电探测器（如PIN光电二极管、雪崩光电二极管APDs、光电倍增管PMTs）的工作机制，阐述光电转换效率、量子效率、暗电流、噪声等关键性能指标。我们将详细介绍如何通过实验测量这些参数，并分析其与器件结构、材料选择、工作电压等因素的关系。同时，针对高速通信的需求，我们将重点探讨响应时间、带宽、上升/下降时间等动态参数的测量方法，以及如何评估探测器的噪声等效功率（NEP）和探测度（D）。 眼图的“健康报告”——信号质量的直观评估： 对于数字通信系统而言，眼图是评估接收信号质量最直观、最有效的工具。本书将详细讲解示波器作为眼图分析核心的原理和操作，包括触发方式、时基设置、垂直分辨率等关键参数的调整。我们将深入剖析眼图的各个关键指标，如眼高、眼宽、抖动（Jitter）、串扰（Crosstalk）、上升/下降时间、过冲/下冲等，并阐述它们如何反映信号的失真程度、噪声水平以及数据误码率（BER）。我们将通过实例演示，讲解如何从眼图中识别常见的信号质量问题，并为系统优化提供指导。 光链路的“健康体检”——传输损伤的量化表征： 在光纤传输过程中，信号会经历多种损伤，如损耗、色散、非线性效应等。本书将介绍一系列用于量化这些传输损伤的测量技术。我们将深入探讨光时域反射仪（OTDR）的工作原理，分析其如何通过背向散射信号来检测光纤的长度、损耗、接头损耗、断裂点等，并介绍其在故障定位和链路评估中的应用。此外，我们将介绍色散测量仪的工作原理，讲解如何测量模式色散（MD）、偏振模色散（PMD）以及材料色散和波导色散，并分析这些色散对信号传输的影响。对于高密度波分复用（DWDM）系统，我们还将介绍信道功率、信道间隔、信噪比（OSNR）等关键参数的测量方法。 噪声的“隐形杀手”——噪声系数的精准测定： 噪声是限制通信系统性能的重要因素。本书将深入讲解噪声的来源，包括散粒噪声、热噪声、拍频噪声等，并介绍噪声系数（Noise Figure, NF）这一关键性能指标的定义和测量方法。我们将详细阐述如何利用噪声系数分析仪进行准确测量，以及其在评估放大器、混频器等器件噪声性能中的重要作用。 第二篇：虚拟世界的“设计图”——仿真技术的强大支撑 理论是实践的指导，而仿真则是连接理论与实践的纽带。通过计算机仿真，我们能够以较低的成本和极高的效率，预测器件和系统的行为，优化设计方案，甚至模拟极端工况，从而大大缩短研发周期，降低开发成本。本篇将聚焦于通信光电子器件与系统的仿真技术，揭示其背后的数学模型、算法原理以及广泛应用。 建模的艺术——从微观到宏观的数学表达： 仿真离不开精确的模型。本书将深入探讨构建光电子器件仿真模型的核心方法。我们将从最基础的物理原理出发，如半导体器件的载流子输运方程、光波的传播方程（如波动方程、射线方程），介绍如何将这些物理过程转化为数学模型。我们将讲解不同层次的模型精度，从基于基本物理定律的第一性原理仿真，到基于经验数据和简化假设的黑箱模型，并分析各种模型的优缺点及其适用场景。对于光纤传输，我们将介绍如何建立其损耗、色散、非线性效应等物理过程的数学模型。对于器件模型，我们将详细阐述如Drift-Diffusion模型用于半导体器件的仿真，FDTD (Finite-Difference Time-Domain)方法用于电磁波在复杂结构中的传播模拟，以及Beam Propagation Method (BPM)用于分析光在光波导中的传输。 算法的精髓——数值计算的强大力量： 数学模型需要通过数值算法来实现。本书将详细介绍实现光电子器件与系统仿真的常用数值算法。我们将讲解有限元方法（FEM）、有限差分方法（FDM）、边界元方法（BEM）等数值离散技术，以及它们在求解偏微分方程中的应用。对于涉及大量微观物理过程的仿真，我们将介绍蒙特卡洛方法的原理和应用。在传输仿真方面，我们将详细讲解传输矩阵法以及有限差分时域法（FDTD）在模拟光纤损耗、色散和非线性效应中的作用。我们将分析不同算法的收敛性、精度和计算效率，并指导读者如何根据具体问题选择合适的算法。 软件的实践——主流仿真工具的应用解析： 理论与算法的结合离不开强大的仿真软件。本书将介绍当前主流的光电子器件与系统仿真软件，如Lumerical（用于光学设计和仿真）、COMSOL Multiphysics（用于多物理场耦合仿真）、OptiSystem（用于光通信系统级仿真）、MATLAB/Simulink（通用仿真平台）等。我们将从用户角度出发，讲解这些软件的基本操作流程、常用的建模工具、后处理分析方法，并结合具体实例，演示如何利用这些软件构建和仿真各种光电子器件（如LED、激光器、光电探测器、光调制器）以及光通信系统（如点对点链路、WDM系统）。我们将重点关注如何将第一篇介绍的测量结果转化为仿真模型的输入参数，以及如何利用仿真结果来验证和优化测量方案。 系统级仿真的魅力——从器件到网络的全局视角： 仿真不仅仅局限于单个器件，更重要的是能够实现整个光通信系统的级联仿真。本书将深入探讨系统级仿真技术，即如何将各个光电子器件的模型按照通信链路的拓扑结构进行连接，从而模拟整个系统的性能。我们将讲解如何考虑器件之间的接口匹配、信号传输、噪声累积以及误差传播。通过系统级仿真，我们可以预测不同器件参数组合对系统整体性能的影响，如数据速率、误码率、传输距离等，从而为系统设计提供最优化的解决方案。 虚拟验证与设计优化——提升效率与降低成本： 仿真最核心的价值在于其虚拟验证和设计优化能力。本书将通过大量实例，展示仿真如何在产品研发的各个阶段发挥作用。例如，在器件设计阶段，仿真可以快速迭代不同结构参数，寻找最佳性能点；在系统设计阶段，仿真可以评估不同调制格式、编码方案、功率分配策略的效果；在故障诊断阶段，仿真可以模拟各种故障场景，帮助快速定位问题。我们将强调仿真如何显著减少对昂贵物理样机的依赖，从而大大缩短研发周期，降低开发成本，并提高产品的可靠性。 前沿技术的探索——新材料、新结构与新算法的融合： 随着光电子技术的不断发展，新的材料（如二维材料、有机半导体）、新的结构（如超材料、纳米光子器件）以及新的算法（如机器学习辅助仿真）层出不穷。本书将对这些前沿领域的仿真应用进行展望，介绍如何利用仿真技术来探索和开发下一代光电子器件与系统。 结语： 《通信光电子器件与系统的测量及仿真》不仅是一本技术手册，更是一本引导读者探索光电世界奥秘的指南。通过系统掌握精密测量的方法，我们能够拨开迷雾，洞察器件的真实表现；通过熟练运用仿真技术，我们能够描绘虚拟蓝图，预见系统的未来形态。测量与仿真，如同硬币的两面，相互印证，相辅相成，共同驱动着通信光电子技术的飞速发展，为构建更高速、更智能、更可靠的信息化社会贡献力量。本书旨在为广大学者、工程师以及对光电子技术充满热情的读者，提供一套系统、深入的学习框架，让他们能够游刃有余地驾驭这一激动人心的技术领域。

评分☆☆☆☆☆

这本关于光电子器件与系统的测量和仿真的书，简直是为我这种刚刚踏入这个领域的新手量身定制的。我过去在做实验时，常常感到迷茫，不知道如何正确地搭建测试平台，如何解读那些复杂的波形和数据。这本书就像一位经验丰富的老教授，一步步地带着我从最基础的光路搭建讲起，深入浅出地讲解了各种测量仪器的原理和使用技巧。特别是关于噪声分析和误差处理的部分，讲解得非常细致，让我对实验结果的可靠性有了更深的认识。而且，书中还提供了大量的工程实例和实际操作建议，让我觉得这些理论知识真的能够落地生根，而不是停留在书本上。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对仿真软件的使用一直心存畏惧，觉得那东西太高深莫测了。但是这本书对仿真部分的讲解，完全颠覆了我的看法。它不仅介绍了各种主流仿真工具的界面和基本操作，更重要的是，它把物理模型的建立和参数设置讲得极其透彻。我按照书中的步骤，成功地对一个简单的光通信链路进行了建模和仿真，并且得到了与理论预期非常吻合的结果。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的学习路径，极大地增强了我的自信心。书中的图文并茂的例子，让复杂的数学公式变得直观易懂，感觉自己一下子掌握了驾驭仿真工具的钥匙。

评分☆☆☆☆☆

这本书的亮点之一在于它对“系统”层面的关注，而不是仅仅停留在单个器件的层面。在光通信领域，器件性能的优劣最终要体现在整个系统传输质量上。这本书深入探讨了器件参数如何耦合，影响到系统的误码率、信噪比等关键指标。我尤其欣赏作者在讨论各种调制格式和传输架构时的深度分析，这使得我对如何优化整个光传输网络有了全新的理解。它不再是孤立地看待光纤、激光器或探测器，而是将它们有机地结合起来，从系统工程的角度去审视问题，这对于我未来从事网络设计工作至关重要。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的光电工程师，我手头已经有不少参考资料，但这本书的“前沿性”和“实用性”的结合度非常高。它并没有一味地堆砌陈旧的知识点，而是紧跟行业发展，探讨了诸如高速光模块的测试挑战、以及新型半导体激光器的特性分析。书中的一些高级测试方法，比如相干检测技术的应用解析，让我学到了不少教科书上没有涉及的“干货”。每读完一个章节，我都会立刻思考如何在手头的项目中应用这些新方法，这极大地提高了我的工作效率和解决问题的能力。这本书无疑是我案头必备的“工具箱”之一。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和语言风格非常严谨且专业，这对于阅读体验来说是一个加分项。我发现作者在行文过程中，非常注重逻辑的连贯性和术语的精确性，几乎没有出现含糊不清或容易引起歧义的描述。对于那些涉及复杂物理过程的章节，作者巧妙地运用了类比和流程图来辅助说明，使得整个阅读过程流畅且富有启发性。即便是面对晦涩的电磁场理论基础部分，也能感受到作者在努力为读者搭建一座坚实的理解桥梁。总的来说，这是一本兼具学术深度和工程实践价值的优秀教材和参考手册。