光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用

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王如刚,周锋 著
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店铺: 巧艺图书专营店
出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302456780
商品编码:29906670864
包装:平装-胶订
出版时间:2016-12-01

具体描述

基本信息

书名:光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用

定价:49.00元

作者:王如刚、周锋

出版社:清华大学出版社

出版日期:2016-12-01

ISBN:9787302456780

字数:

页码:

版次:1

装帧:平装-胶订

开本:16开

商品重量:0.4kg

编辑推荐


光载无线技术结合了光纤通信技术和无线通信技术,充分利用了光纤低损耗、高容量以及抗电磁干扰等优点,能够实现低成本、大容量的超宽带无线接入和有线传输,为下一代融合接入网提供了技术支撑。同时,光载无线技术既可以满足信号带宽的需求,又能克服在未来光无线接入网中的频率拥堵等问题。在光载无线技术中,微波信号的光学产生是实现低成本高性能光载无线传输系统的关键,也是*有前途的解决方案。布里渊散射效应是光纤中常见的一种散射,其散射光相对于入射光具有一定的频移,且频移量与外界环境的温度和应力呈线,利用光纤中的布里渊散射特性可以实现微波信号的产生、交换以及获取等,这些方面都是实现光载无线技术的核心。系统地研究光纤中的布里渊散射效应在光载无线通信技术中的应用,不仅具有学术价值,而且具有十分重要的社会意义。

内容提要


为了获得高频通信系统中的可调谐微波信号源等,本书首先分析高频微波信号光学产生方法的国内外研究进展;在分析光纤中受激布里渊散射效应的基础上,设计单纵模环形腔布里渊激光器;利用获得的单纵模激光器,提出基于单纵模激光器融合布里渊散射移频单元的多带宽高频微波信号产生的方法,并分析微波信号的性能;提出并实验验证了多环结构受激布里渊散射效应的微波信号产生的方法;从理论上分析受激布里渊散射放大效应的基本原理,提出获得多波长布里渊激光器的方法,利用该多波长激光器,实验分析获得高频微波信号产生的方法;从理论上分析布里渊散射效应在通信系统中的信号传输速度的控制性能,提出高频通信系统速度控制系统的方法,并分析其性能。

目录


作者介绍


王如刚,盐城工学院信息工程学院副教授,博士。主要从事光纤通信及光纤传感技术的研究。研究领域:高频通信载波信号的光学产生技术、光纤传感技术等。已在国内外期刊上发表论文十余篇。周锋,盐城工学院信息工程学院讲师,博士在读。主要从事光纤传感网络的研究。研究领域:光纤传感网络的组网、光纤传感网络的安全等。已在国内外期刊上发表论文十余篇。

文摘









序言



《光纤通信的基石:光信号的精妙调制与传输》 在当今信息爆炸的时代,光纤通信以其超高的带宽、低损耗以及不受电磁干扰的特性,成为支撑全球信息网络发展的关键技术。从互联网骨干网到家庭宽带,再到各种高速数据传输应用,光纤通信无处不在。而在这项技术的背后,隐藏着一群精密而迷人的物理现象,它们共同构成了光信号得以高效、稳定传输的物质基础。本书旨在深入探讨那些支撑光纤通信发展、决定其性能的关键物理效应,特别是光信号在光纤中传播时所经历的各种精妙的调制和变换过程,以及这些过程如何被巧妙地应用于提升通信系统的整体性能。 第一章:光纤结构与光信号传播的基本原理 要理解光信号在光纤中的传播,首先需要对光纤本身的结构及其工作原理有清晰的认识。本书将从光纤的基本构成出发,详细介绍其核心——纤芯和包层——的材料特性、折射率分布以及它们如何通过全内反射的原理引导光波在纤芯中传播。我们将解析不同类型光纤(如单模光纤和多模光纤)的结构特点,以及它们对光信号传输模式的影响。 在此基础上,我们将深入阐述光信号在理想光纤中传播的基本物理模型,包括惠更斯原理、光波方程的导出与求解,以及模式的概念。我们会解释为什么光纤能够引导光传播,并简要介绍色散效应(包括材料色散和波导色散)的初步概念,它们是限制光信号传输距离和速率的重要因素。我们还将触及偏振态的概念,以及它在某些特定通信应用中的重要性。 第二章:光纤损耗的根源与抑制 光信号在传输过程中不可避免地会遇到损耗,这直接影响了信号的传输距离和功率。本章将全面剖析导致光纤损耗的主要物理机制。 吸收损耗: 详细解释材料本身的内在吸收(如红外吸收、紫外吸收)以及由光纤制造过程中引入的杂质(如羟基离子、金属离子)引起的吸收。我们将介绍不同波长范围内吸收损耗的特点,以及如何通过优化光纤材料和制造工艺来降低吸收损耗。 散射损耗: 重点分析瑞利散射,这是由光纤材料内部微观不均匀性引起的弹性散射,它在所有波长下都存在,并且与波长的四次方成反比。我们将解释其微观物理机制,以及为何短波长光纤通信损耗较大。 弯曲损耗: 讨论宏观弯曲损耗和微观弯曲损耗。宏观弯曲是指光纤的大幅度弯曲,导致部分光能泄露;微观弯曲则是由于光纤制造过程中的不规则性或外部压力导致的微小形变,引起的能量损耗。我们将分析弯曲半径与损耗的关系,以及在实际布线中应注意的问题。 其他损耗: 简要介绍连接损耗(如熔接损耗和接头损耗)以及其产生原因,并探讨降低这些损耗的工程技术。 第三章:光纤中的非线性效应:信号的演化与影响 当光信号的功率达到一定阈值时,光纤材料的介电常数会随着光场强度发生变化,从而引入一系列非线性效应。这些效应既可能对信号产生不利影响,也可能被巧妙地利用来增强通信性能。 自相位调制(SPM): 详细阐述SPM的物理机制,即光强变化引起折射率变化,进而导致光脉冲相位随时间发生改变,从而引起光谱展宽。我们将分析SPM对信号频谱的影响,以及它如何与色散相互作用,产生“自我重塑”等现象。 交叉相位调制(XPM): 解释XPM,即一个波长的光信号其强度变化会影响另一波长光信号的相位,这在多波长系统中尤为重要。我们将分析XPM对多通道信号的串扰和互调失真的影响。 四波混频(FWM): 深入探讨FWM,即在多个信号光存在时,非线性效应会产生新的频率成分,从而导致信号失真和功率损耗。我们将分析FWM的发生条件,及其在密集波分复用(DWDM)系统中的危害,并介绍抑制FWM的方法。 受激拉曼散射(SRS)与受激布里渊散射(SBS): 本章将对SRS和SBS进行详细介绍。SRS是一种非弹性散射过程,它以泵浦光的能量激发光子在光纤材料中的声学振动(声子),并将一部分能量传递给光子,产生新的、频率较低的光。我们将分析SRS的阈值、能量传递过程,以及它如何限制光信号的传输功率。SBS则是另一种非弹性散射过程,它以泵浦光的能量激发光纤介质中的声学振动,并产生一个频率更低的反向散射光,同时产生一个反向传播的声波。我们将深入分析SBS的阈值、功率增益、以及其在光纤放大器和光纤激光器中的作用。SBS的出现通常会对光信号的传输产生严重的限制,因为它会将一部分光能量以反向传播的形式损失掉,而且该散射光会随着泵浦光功率的增加而显著增强。 第四章:增益介质与光纤放大器:信号的再生之路 为了克服光纤传输过程中的损耗,周期性地对信号进行放大是必不可少的。本章将聚焦于光纤放大器的工作原理和关键技术。 掺铒光纤放大器(EDFA): EDFA是目前应用最广泛的光纤放大器。我们将详细解析掺铒光纤中铒离子的能级结构、吸收和发射特性,以及EDFA的工作泵浦机制。我们将探讨EDFA的增益谱、噪声系数、饱和光功率等关键参数,以及它们对通信系统性能的影响。 其他类型光纤放大器: 简要介绍其他重要的光纤放大器,如掺镱光纤放大器(EDFA)、半导体光放大器(SOA)等,并阐述它们各自的特点和适用场景。 光纤放大器在通信系统中的应用: 阐述光纤放大器在长距离传输、波分复用系统中的关键作用,以及如何通过级联、泵浦方案优化等技术来提升放大器的性能。 第五章:光信号的调制与解调技术 高效的信息传输离不开先进的调制解调技术。本章将系统介绍光纤通信中常用的调制和解调方式。 强度调制/直接检测(IM/DD): 这是最简单、最常用的调制方式。我们将介绍幅度调制、脉冲宽度调制、脉冲位置调制等,以及它们在光电探测器上的直接检测原理。 相干光通信: 探讨相干光通信的优势,包括更高的灵敏度、更好的抗噪声能力以及更灵活的调制格式。我们将详细介绍相位调制(PSK)、频移键控(FSK)等相干调制方式,以及相干光接收机的工作原理。 高级调制格式: 介绍QPSK、16QAM等更高级的调制格式,它们能够在一个符号中传输更多比特信息,从而提高频谱效率。我们将分析这些调制格式的特点、实现方式及其在高速光通信中的应用。 光调制器的分类与选择: 介绍不同类型的光调制器,如电光调制器、声光调制器等,以及它们的工作原理和在通信系统中的选择依据。 第六章:光纤色散补偿技术 色散是限制光信号传输速率和距离的主要障碍之一。本章将深入探讨各种色散补偿技术。 色散的类型与影响: 再次回顾材料色散和波导色散,并详细分析它们对不同波长、不同码元速率下光信号波形的影响,例如脉冲展宽、码间干扰(ISI)等。 色散补偿光纤(DCF): 介绍DCF的工作原理,其负的色散系数如何抵消标准单模光纤的正色散,以及DCF的设计与应用。 光栅型色散补偿器: 探讨光纤布拉格光栅(FBG)和体布拉格光栅(BBG)等光学元件在色散补偿中的应用,分析其补偿机制和优缺点。 电子色散补偿(EDC): 介绍在数字信号处理(DSP)层面进行的色散补偿技术,其灵活性和适应性,以及在现代高速光通信系统中的重要性。 动态色散补偿: 探讨如何根据系统实际情况实时调整色散补偿参数,以应对环境变化和系统不确定性。 第七章:光通信系统的设计与性能优化 本章将综合运用前几章所介绍的物理原理和技术,探讨光通信系统的整体设计思路和性能优化策略。 链路预算分析: 讲解如何进行链路预算,计算系统的功率裕度,以确保信号能够可靠传输。 噪声分析与抑制: 分析系统中各种噪声源(如放大器噪声、探测器噪声、串扰噪声等),以及降低噪声对信号质量影响的策略。 误码率(BER)与信噪比(SNR): 阐述BER和SNR在衡量通信系统性能中的作用,以及如何通过优化设计来降低BER。 波分复用(WDM)技术: 详细介绍波分复用技术,包括波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)和粗波分复用(CWDM)的原理、优势以及在提升通信容量方面的作用。 前向纠错(FEC)技术: 介绍FEC的作用,它如何在数据传输过程中加入冗余信息,从而在接收端检测并纠正错误,提高系统的可靠性。 下一代光通信技术展望: 简要展望未来光通信技术的发展方向,如可见光通信、自由空间光通信、太赫兹通信等,以及它们可能带来的革新。 本书通过系统性地梳理光纤通信中的核心物理现象和关键技术,力求为读者构建一个全面而深入的理解框架。我们相信,掌握这些基础知识,将有助于更深刻地理解当前光纤通信技术的进步,并为未来的技术创新奠定坚实的基础。

用户评价

评分

在我看来,真正的科技书籍,不仅在于其内容的深度,更在于其能否激发读者的思考和探索欲。《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书,无疑具备了这样的特质。作者并没有止步于对布里渊散射现象的表面描述,而是对其背后的物理机制进行了深刻的剖析,并将其与光纤通信的实际应用场景相结合。我尤其欣赏书中对于“布里渊散射光谱”的详细解读,以及如何通过分析这一光谱来获取关于光纤状态和信号特性的关键信息。这就像是在为光纤通信系统提供了一个“听诊器”,能够深入地了解其内部的运行状况。书中关于利用布里渊散射来监测光纤的损耗分布、温度变化以及应变分布等方面的应用,让我看到了分布式传感技术在不同领域中的巨大潜力。这本书不仅提升了我对布里渊散射的理论认知,更重要的是,它让我意识到,许多看似微不足道的物理效应,都可能在科技发展的洪流中扮演着至关重要的角色。

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我在互联网通信领域工作多年,深知信号完整性和传输效率对于构建稳定、高速的网络至关重要。最近,我注意到关于光纤通信中一些新兴的技术,而《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书,恰好为我揭示了其中一个关键的机制——布里渊散射。这本书的独特之处在于,它并没有简单地介绍布里渊散射是一个现象,而是深入挖掘了其在通信技术中的“应用”潜力。书中关于如何利用布里渊散射来提高信号的信噪比,抑制信号的畸变,以及实现更精确的光信号路由,都让我耳目一新。我尤其关注书中关于“布里渊频移”和“布里渊增益”在实际通信链路中的应用案例。例如,如何通过测量布里渊频移来补偿由于温度变化导致的光纤长度变化,从而保持信号的稳定传输。又如,如何通过巧妙地设计泵浦光来利用布里渊增益放大信号,从而克服长距离传输中的损耗。这本书的实用性和前瞻性,让我看到了布里渊散射在未来光通信网络中的巨大潜力。

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这本《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》简直就像一本为我量身定制的秘籍!我一直对信息传输的底层原理感到着迷,总觉得现代通信的便捷背后一定隐藏着许多精妙的物理学智慧。当我翻开这本书,首先被其严谨的逻辑和清晰的脉络所吸引。作者并没有一开始就抛出晦涩难懂的公式,而是循序渐进地从布里渊散射的基本概念讲起,将抽象的光与物质相互作用的过程形象地描绘出来。我尤其喜欢其中关于声子和光子的类比,这让我能更容易地理解能量在传播过程中发生的转化。书中对于布里渊散射产生的各种条件,如光强、光纤材料特性、温度等影响因素的详细分析,更是让我大开眼界。我之前总以为光纤通信就是简单地将光信号“一股脑”地传输过去,现在才明白,原来在光信号的旅途中,还存在着如此微妙的“回声”和“涟漪”,这些“回声”和“涟漪”竟然还能被巧妙地利用来提升通信质量、实现各种高级功能!书中的图示和实验数据也相当扎实,为理论讲解提供了有力的支撑,让我这个非物理学专业背景的读者也能信服其科学性。读这本书的过程,更像是在探索一个未知的、充满奇妙现象的物理世界,每一次翻页都充满了期待和惊喜。

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说实话,我最初是被这本书的书名吸引的。当时我在思考光纤通信领域有哪些尚未被充分挖掘的潜力,而“布里渊散射”这个词组就让我觉得,这里面一定有故事。拿到书后,我发现作者对这一领域的掌握真是炉火纯青。他不仅仅是一个理论的阐述者,更像是一个经验丰富的实践者,将复杂的物理原理通过通俗易懂的语言娓娓道来。我喜欢书中对布里渊散射在不同光纤类型、不同传输模式下的行为差异的对比分析,这让读者能更全面地理解其适用范围和局限性。此外,书中关于如何抑制和利用布里渊散射的章节,更是直击痛点。我知道在长距离光传输中,布里渊散射有时会带来信号失真和损耗,而这本书则提供了多种有效的解决方案,例如通过改变光信号的调制方式、采用特殊的光纤结构等。这种“授人以渔”的讲解方式,让我不仅理解了现象,更学会了如何应对和利用它。书中大量的参考文献也表明了作者的研究是建立在扎实的基础之上的,这让我对书中的内容充满了信任。

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我最近在做关于下一代高速光通信系统的研究,其中一个关键的技术瓶颈是如何在高密度、高带宽的环境下精确地监测光信号的质量和状态。《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书的出现,简直是我研究道路上的一道曙光。它不仅仅是在介绍布里渊散射这个现象本身,更重要的是,它深入剖析了如何将这一现象转化为实际可用的通信工具。书中的章节,例如“基于布里渊散射的光纤传感技术”和“布里渊动态光栅在光通信中的应用”,对我来说具有极高的参考价值。作者详细阐述了如何利用布里渊散射产生的瑞利散射峰位移来监测光纤的温度和应变,这对于构建分布式光纤传感网络至关重要。更令我兴奋的是,书中关于布里渊动态光栅在光放大器、光开关以及光梳梳齿锁定等方面的应用探讨。这些技术方案,如果能成功实现,将极大地提升光通信系统的性能,降低噪声,拓宽带宽。我特别关注书中关于如何优化布里渊散射参数以实现特定功能的讨论,这为我后续的实验设计提供了宝贵的思路。这本书的理论深度和应用广度都超出了我的预期,它让我看到了布里渊散射这一看似基础的物理效应,在现代通信技术中扮演着如此关键且不可或缺的角色。

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我对光学通信一直有着浓厚的兴趣,特别是那些能够提升信号传输效率和稳定性的技术。《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书,对我来说是一次深刻的学习体验。作者以一种非常学术但又不失趣味的方式,引导我进入了布里渊散射这个奇妙的世界。书中的前半部分,详细地介绍了布里渊散射的物理机制,包括其产生条件、频谱特性以及与声子的相互作用。我尤其对书中关于布里渊散射增益和损耗的数学模型推导印象深刻,虽然一开始觉得有些挑战,但经过反复研读,并对照书中的图表,我逐渐领悟了其中的精髓。这本书最吸引我的地方在于,它并没有止步于理论的讲解,而是将布里渊散射与通信技术紧密地联系起来。书中关于如何利用布里渊散射效应来提升光信号的信噪比、降低误码率,以及实现光信号的频率梳等方面的应用,让我看到了巨大的潜力和价值。我曾经在一些学术论文中零散地接触过这些概念,但这本书将它们系统地整合在一起,并进行了深入的分析,这对我理解光通信的未来发展方向非常有帮助。

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作为一名对基础科学充满好奇的学生,我一直试图理解那些支撑起我们现代科技的深层原理。《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书,恰好满足了我对知识的渴望。作者以一种非常系统的方式,为我揭示了光与物质之间微妙而深刻的互动——布里渊散射。书中的前几章,详细阐述了布里渊散射的微观物理过程,包括光子与声子的相互作用,以及能量和动量的转移。我特别喜欢书中关于拉曼散射和布里渊散射的对比分析,这让我更清晰地认识到了它们之间的区别与联系,以及它们在不同应用场景下的特点。更让我感到惊叹的是,作者并没有将布里渊散射停留在纯粹的理论层面,而是将其与光纤通信技术紧密地联系起来。书中关于如何利用布里渊散射效应来监测光纤的温度变化、应变变化,甚至诱导产生动态光栅,从而实现光信号的整形和滤波,让我对通信技术的复杂性和精妙性有了全新的认识。这本书不仅拓宽了我的知识面,更激发了我对光学和通信领域更深入探索的兴趣。

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我是一名光学工程师,日常工作涉及到光纤通信系统的设计和优化。《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书,简直就是我工作中的一本“圣经”。它提供了一个全面且深入的视角来理解布里渊散射在现代通信领域中的作用。我特别欣赏作者在介绍布里渊散射效应时,并没有回避其复杂性,而是用清晰的语言和详实的图表,将高阶散射、非线性效应等潜在问题一一呈现,并给出了相应的解决方案。书中关于如何通过精确控制激光器的频率、功率以及光纤的几何结构来优化布里渊散射的行为,为我实际工程设计提供了非常有价值的指导。我对于书中“利用布里渊散射实现光纤分布式传感”这一章节尤为关注,书中详细阐述了如何通过测量布里渊散射光的频率和强度变化来监测光纤的温度、应力甚至弯曲,这在电力、石油、地质等领域具有广泛的应用前景。这本书不仅提升了我对布里渊散射的理论认知,更重要的是,它直接指导了我如何在实际工程中应用这些知识,解决实际问题。

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我一直对那些能够“化腐朽为神奇”的技术抱有浓厚的兴趣,而布里渊散射在我看来,就属于这一类。它本身可能被视为一种能量损耗或信号干扰,但在这本《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》中,我看到了它被巧妙地转化为提升通信系统性能的强大工具。作者在书中详细阐述了布里渊散射在构建高效光放大器中的作用,特别是如何通过泵浦光诱导布里渊增益来放大弱信号。这对于长距离、高损耗的光纤通信链路来说,无疑是至关重要的。书中关于如何精确控制泵浦光参数,以获得最佳的增益系数和最低的噪声,让我对布里渊放大器的设计有了更深入的理解。此外,书中关于布里渊散射在光信号的频率梳生成和稳定化方面的应用,也让我看到了其在下一代光网络中作为超宽带信号源的巨大潜力。这本书不仅仅是理论的堆砌,它更像是一次次的案例分析,展示了布里渊散射如何从一个物理现象,一步步演变成推动通信技术发展的关键力量。

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长期以来,我对那些能够“无中生有”或者“化干戈为玉帛”的技术都充满了敬意。布里渊散射,在我最初的认知里,似乎更多地与信号损耗和干扰相关联,但《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这本书,彻底颠覆了我的这一看法。作者以极其细腻的笔触,描绘了布里渊散射如何从一个可能带来挑战的物理现象,转变为提升通信性能的关键技术。书中关于如何利用布里渊散射效应来实现对光信号的精密调控,例如,通过诱导布里渊散射来产生动态光栅,进而实现高效的光纤滤波器和光开关。这对于构建更加灵活和高效的光网络具有革命性的意义。我特别喜欢书中对“受激布里渊散射”(SBS)的深入探讨,以及如何利用这一效应来放大微弱的光信号,从而在超长距离传输中保持信号的完整性。这本书不仅让我认识到了布里渊散射的“正面”价值,更让我领略到了科学研究中“变废为宝”的智慧。

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