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

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赵同刚等 著

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• 光电子器件
• 通信系统
• 测量技术
• 仿真技术
• 光通信
• 器件测试
• 系统设计
• 信号处理
• 微波光子学
• 光学工程

店铺： 世纪摆渡人专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030260970

商品编码：29738693137

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

作者：赵同刚等

出版社：科学出版社

出版日期：2017-07-01

ISBN：9787030260970

字数：

页码：

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

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《光纤通信系统：设计、分析与优化》 一、 引言 光纤通信技术作为现代信息高速公路的基石，其发展速度之快、应用范围之广、技术深度之复杂，都令人瞩目。从最初的点对点通信，到如今覆盖全球的宽带网络，光纤通信系统经历了翻天覆地的变革。本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，理解光纤通信系统的设计原理、性能分析以及优化策略。本书不侧重于具体元器件的测量或仿真方法，而是聚焦于整个系统的宏观运作、关键技术环节以及未来的发展趋势。我们将从光纤通信系统的基本构成出发，逐步深入到各个子系统的设计考量、性能瓶颈的分析，以及如何通过技术创新和系统优化来提升其整体效能。 二、 光纤通信系统的基本构成与原理 任何复杂系统的理解都始于对其基本构成要素的认知。一个典型的高速光纤通信系统主要包含以下几个核心部分： 1. 光源 (Light Source): 作为信息载体——光信号的产生者，光源的性能直接关系到系统的传输速率、传输距离以及误码率。我们将会讨论目前主流的光源类型，例如半导体激光器（DFB激光器、FP激光器）、光纤激光器等，并分析它们在光电转换效率、光谱纯度、调制带宽、稳定性等方面的特点。虽然本书不深入研究器件的测量，但我们将阐述光源的关键参数如何影响系统整体性能。 2. 调制器 (Modulator): 将待传输的电信号编码成光信号的载体，调制器的性能决定了信息加载的效率和保真度。本书将介绍各种调制技术，如幅度调制 (AM)、频率调制 (FM)、相位调制 (PM)、以及更先进的数字调制格式，如归零码 (RZ)、非归零码 (NRZ)、差分相移键控 (DPSK)、正交相移键控 (QPSK)、以及更高阶的QAM调制。我们将探讨这些调制格式的优缺点，以及它们对系统频谱效率、抗噪声能力的影响。 3. 传输介质——光纤 (Optical Fiber): 光信号在其中传输的通道。本书将重点介绍单模光纤 (SMF) 和多模光纤 (MMF) 的基本结构、工作原理以及它们各自的适用场景。我们将深入分析光纤中的关键损耗机制，如瑞利散射 (Rayleigh Scattering)、吸收损耗 (Absorption Loss) 和弯曲损耗 (Bending Loss)，以及这些损耗如何限制传输距离。同时，我们也会讨论光纤的色散效应，包括模间色散 (Modal Dispersion) 和材料色散 (Material Dispersion)，以及它们对高比特率信号完整性的影响。 4. 接收端光电器件 (Photodetector): 将传输而来的光信号转换回电信号。本书将讨论PIN光电二极管 (PIN PD) 和雪崩光电二极管 (APD) 等主要接收器件的原理，并分析它们在响应速度、灵敏度、量子效率等方面的性能指标。我们将探讨接收端器件的选择如何影响系统的接收灵敏度和动态范围。 5. 信号处理与恢复 (Signal Processing and Recovery): 在接收端，原始电信号往往会受到噪声、失真等影响。本节将探讨信号恢复的关键技术，包括前向纠错 (FEC) 码的应用，它能够有效地提高系统的可靠性；以及时钟与数据恢复 (CDR) 技术，用于从噪声信号中精确提取数据时钟，保证信号的正确采样。 三、 光纤通信系统的设计考量与性能分析 设计一个高效、稳定的光纤通信系统，需要综合考虑多方面的因素，并对其性能进行精确的分析。 1. 系统链路预算 (System Link Budget): 这是系统设计的核心环节之一。本书将详细阐述如何进行链路预算分析，包括计算总的传输损耗，评估接收端的信噪比 (SNR) 或光信噪比 (OSNR)，并最终确定系统的最大允许传输距离和所需的发射光功率。我们将讨论各个环节的损耗来源，以及如何通过合理的器件选择和系统配置来优化链路预算。 2. 损伤机制分析 (Impairment Analysis): 在高速光纤通信系统中，信号会受到多种损伤，这些损伤共同决定了系统的性能上限。我们将深入剖析以下关键的损伤机制： 衰减 (Attenuation): 光信号在传输过程中能量的损失。 色散 (Dispersion): 不同波长的光信号在光纤中传播速度不同，导致脉冲展宽，进而引起码间串扰 (ISI)。我们将详细讨论单模光纤中的色度色散 (CD) 以及它在高比特率传输中的重要性，并介绍补偿色散的方法，如色散补偿光纤 (DCF) 或电域色散补偿。 非线性效应 (Nonlinear Effects): 当光功率达到一定阈值时，光纤材料的非线性特性会导致信号的畸变，例如自相位调制 (SPM)、交叉相位调制 (XPM)、四波混频 (FWM) 等。我们将分析这些效应的产生机理，以及它们在高功率、多通道传输中的影响。 噪声 (Noise): 接收端光电器件在光电转换过程中产生的随机波动，例如散粒噪声 (Shot Noise) 和热噪声 (Thermal Noise)，以及掺铒光纤放大器 (EDFA) 产生的放大自发辐射噪声 (ASE)。我们将讨论噪声对系统性能的影响，并介绍提高信噪比的途径。 3. 调制格式的选择与优化 (Modulation Format Selection and Optimization): 随着传输速率的提升，单一的NRZ格式已难以满足需求。本书将深入探讨各种先进的数字调制格式，分析它们的频谱效率、带宽需求、以及对接收端硬件的要求。我们将讨论如何在设计阶段根据系统的带宽、成本、功耗等约束条件，选择最合适的调制格式。 4. 复用技术 (Multiplexing Techniques): 为了在单根光纤上传输更多的信息，需要采用复用技术。我们将重点介绍波分复用 (WDM) 技术，包括其基本原理、不同类型的WDM（CWDM, DWDM），以及如何在多波长系统中管理和优化通道。 四、 光纤通信系统的未来发展趋势与挑战 光纤通信系统并非一成不变，其发展始终伴随着技术革新和对更高性能的追求。 1. 更高比特率的追求 (Higher Bit Rate Pursuit): 随着大数据、云计算、5G/6G通信的飞速发展，对通信带宽的需求呈现指数级增长。本书将探讨当前向400Gb/s、800Gb/s甚至Tb/s级别发展的趋势，以及实现这些速率所面临的技术挑战，如高速信号的产生、传输、接收与处理。 2. 相干光通信 (Coherent Optical Communication): 相干光通信技术凭借其高效的信号调制、解调能力以及对相位信息的利用，已成为高速长距离光传输的主流。我们将深入分析相干接收机的原理，以及如何在相干系统中利用数字信号处理 (DSP) 技术来补偿色散和非线性效应，极大地提升了系统的传输性能和频谱效率。 3. 人工智能与机器学习在光通信中的应用 (AI and Machine Learning in Optical Communications): 人工智能和机器学习正在渗透到各个技术领域，光通信系统也不例外。本书将探讨AI/ML在智能网络管理、故障预测与诊断、动态资源分配、以及优化信号处理等方面的前景和潜在应用。 4. 面向绿色通信的需求 (Green Communication Requirements): 随着数据流量的激增，光通信系统的能耗问题日益突出。我们将讨论如何通过提高器件效率、优化系统架构、以及采用低功耗技术来实现更绿色、更环保的光通信系统。 5. 新一代光网络架构 (Next-Generation Optical Network Architectures): 从传统的点对点链路到更加灵活、智能化的网络架构，如软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV) 在光网络中的集成，将是未来光通信的重要发展方向。 五、 结论 《光纤通信系统：设计、分析与优化》提供了一套系统性的方法论，帮助读者从宏观层面理解光纤通信系统的运作机制。本书强调的是对整个系统进行整体性的思考和设计，而非孤立地研究某个特定组件的测量或仿真。通过深入剖析系统的基本原理、关键损伤机制、以及未来的发展趋势，本书旨在培养读者解决复杂光通信工程问题的能力，并为他们在这个日新月异的领域中不断探索和创新提供坚实的基础。读者将能够更深刻地理解为何某些设计决策会影响系统性能，以及如何通过优化设计来克服技术瓶颈，从而推动光纤通信技术的持续进步。

评分☆☆☆☆☆

我特别留意了书中对“系统”层面的探讨，这通常是光电子器件类书籍容易忽略的部分。这本书没有将器件视为孤立的单元，而是将其置于一个完整的通信链路中进行考量，这体现了作者开阔的系统视野。例如，在讨论激光器的调制速率时，书中不仅分析了载流子寿命的限制，还进一步延伸到了眼图分析、色散对传输性能的影响，以及如何通过均衡技术来补偿这些系统级损伤。这种将“器件”与“系统性能”紧密结合的视角，对于培养系统工程师的思维模式至关重要。它促使读者不仅仅关注“器件能不能工作”，更要关注“器件在整个系统中能带来什么优化或瓶颈”，这种全局观的建立，对于培养未来的技术领导者来说，是极其宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面采用了深邃的蓝色调，搭配着精细的电路图纹理，很有科技感。内页纸张质地优良，触感细腻，印刷清晰，即便是那些复杂的波形图和结构示意图也一览无余，这对于需要长时间阅读和查阅资料的工程师和学生来说，无疑是一个巨大的加分项。排版布局也十分考究，章节之间的过渡自然流畅，符号和公式的标注清晰规范，让人在复杂的理论推导过程中不易迷失方向。尤其值得称道的是，书中对一些关键概念的图示化处理，远比许多传统教材来得直观，比如某些激光器的剖面图，细节刻画得非常到位，辅助理解效果极佳。整体来看，这本书在物理呈现上，就已经体现出一种专业和严谨的态度，让人在翻开之前，就对其中的内容抱有很高的期待。这种对细节的关注，通常预示着作者对学科的深刻理解和对读者的尊重。

评分☆☆☆☆☆

我花了相当一段时间研究了这本书的章节结构，感觉作者在内容的组织上展现了一种非常独特的逻辑思维。它似乎不是简单地罗列知识点，而是构建了一个从基础原理到前沿应用的完整知识网络。开篇部分对光电子效应的物理机制讲解得极为透彻，不像有些书那样蜻蜓点水，而是深入到了量子力学层面的解释，为后续理解器件的工作原理打下了坚实的基础。随后的章节，关于半导体异质结的形成与特性，讲解得层层递进，每一步的逻辑推导都非常严密，即便是一些需要较强数学背景的读者，也能通过详尽的步骤推导出结论。这种循序渐进的叙事方式，极大地降低了初学者的入门门槛，同时也为资深研究人员提供了查漏补缺的参考框架。书中对不同类型光电器件（比如LED、LD、PD）的性能参数分析，也采用了对比式的写法，非常便于读者快速掌握它们之间的权衡取舍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度令人印象深刻，但更令人惊喜的是它对于“实用性”的重视程度。市面上很多理论书籍往往止步于公式推导，但在实际应用环节显得捉襟见肘。然而，这本书在阐述完基本原理后，立即引入了大量的实际测量和仿真案例分析。这些案例并非凭空捏造，而是贴近工业界标准测试流程的模拟。例如，在讨论光纤耦合效率时，书中不仅给出了理论计算公式，还详细描述了如何利用特定的光谱仪和功率计进行实际校准，甚至提到了误差分析的方法。仿真部分也显示出作者对主流软件工具的熟悉，对于参数设置、模型选择的合理性进行了深入的讨论，这一点对于希望将理论转化为实际产品的工程师来说，具有不可替代的价值。这使得整本书的实用价值远超一般的学术专著。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格上来说，这本书的作者显然拥有丰富的教学经验，行文风格兼具学术的严谨与科普的生动。它避免了过度使用晦涩难懂的行话，即使在讨论高阶主题时，也会适当地穿插一些生动的比喻或简短的历史背景介绍，有效地缓解了阅读过程中的疲劳感。例如，在解释波导损耗时，作者用了一个关于光在拥挤走廊中行进的比喻，瞬间将抽象的物理概念具体化了。不过，尽管整体风格平易近人，其学术内容的密度和准确性却丝毫未打折扣，这是一种非常高明的平衡艺术。它既能满足本科高年级学生系统学习的需求，也能让研究生在做课题研究时找到快速切入点，是一种少有的，能够跨越不同知识水平读者群体的著作。