光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王如刚，周锋 著

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• 光纤技术
• 通信系统
• 光信号处理
• 光纤器件
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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302456780

商品编码：29979856650

包装：平装-胶订

出版时间：2016-12-01

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

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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

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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

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目录

章绪论

1．1研究意义

1．2高频微波信号光学产生方法的外研究现状

1．2．1外部调制方法

1．2．2光注入半导体激光器方法

1．2．3光电振荡器微波信号产生方法

1．3研究内容分析

1．4研究思路与框架结构

1．4．1研究思路

1．4．2研究框架结构

参考文献

第2章光纤中的布里渊散射效应及其激光器设计

2．1光纤中的布里渊散射

2．1．1自发布里渊散射

2．1．2受激布里渊散射

2．2光纤中布里渊散射特性

2．2．1布里渊散射谱特性

2．2．2布里渊频移与温度和应力的关系

2．3光纤中布里渊散射阈值分析

2．4基于布里渊散射的单纵模激光器设计

2．4．1布里渊激光器理论分析

2．4．2实验系统

2．4．3实验结果与分析

2．5本章小结

参考文献

第3章基于单环结构的布里渊散射效应的宽带微波信号产生技术

3．1差频结合平衡检测基本原理

3．2基于布里渊散射的可调微波信号产生的实验系统

3．2．1温度控制系统设计

3．2．2性能分析

3．3可调谐微波信号产生的实验结果与分析

3．4本章小结

参考文献

第4章基于双环结构的布里渊散射效应的宽带微波信号产生技术

4．1光外差法产生微波信号原理

4．2基于布里渊散射的可调微波信号产生机理

4．3基于布里渊激光器的可调谐微波信号产生方法

4．3．1实验系统

4．3．2实验结果与分析

4．4本章小结

参考文献

第5章基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号产生技术

5．1受激布里渊散射放大效应理论分析

5．2基于布里渊散射放大效应的多波长激光器研究

5．2．1实验结构

5．2．2实验结果与分析

5．3基于多波长布里渊激光器的微波信号产生研究

5．3．1实验装置

5．3．2结果与分析

5．4本章小结

参考文献

第6章基于布里渊散射光电振荡器的高频微波信号产生技术

6．1光电振荡器基本原理

6．2基于布里渊散射光电振荡器的微波信号产生技术的

阶段性研究成果

6．3基于布里渊散射光电振荡器微波信号产生方法的

研究计划

6．3．1研究的主要内容

6．3．2拟采取的研究方法和技术路线

6．4本章小结

参考文献

第7章光纤中的布里渊散射效应在通信信号速度控制系统中的应用

7．1基于布里渊散射效应的通信信号传输速度控制理论分析

7．2基于布里渊散射效应的单通道通信信号速度控制

系统实验研究

7．2．1半导体光放大器性能分析

7．2．2实验装置

7．2．3实验结果与分析

7．3基于布里渊散射效应的多通道通信信号速度控制

系统实验研究

7．3．1实验装置

7．3．2实验结果与分析

7．4本章小结

参考文献

作者介绍

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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。已在外期刊上发表论文十余篇。

文摘

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序言

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摘要 本书深入探讨了布里渊散射效应这一关键的光学现象，并着重阐述了其在现代通信技术，尤其是光纤通信领域所展现出的巨大潜力和广泛应用。通过系统性的理论分析与详实的工程实例，本书旨在为读者揭示布里渊散射如何从一个基础的光学物理过程，演变为推动通信系统性能提升、功能拓展的关键技术。 引言 光信号的传输是现代通信系统的基石，而光纤作为信息传递的载体，其性能的不断优化是通信技术发展的核心驱动力。在光信号穿越漫长光纤的过程中，不可避免地会遇到各种散射现象。其中，布里渊散射（Brillouin Scattering）作为一种重要的非线性光学效应，以其独特的物理机制和潜在的应用价值，在光纤通信领域引起了科研人员和工程师们的广泛关注。 布里渊散射是当光波在介质（如光纤）中传播时，与介质中的声波（声子）发生相互作用而产生的一种散射现象。当入射光子的能量与介质中的声子相互作用时，一部分光子的能量会被声子吸收（拉曼-布里渊散射，虽然此处更侧重布里渊），导致散射光子的能量降低，频率向低频偏移；或者，入射光子可以激发声子，从而从介质中吸收声子能量，导致散射光子的能量增加，频率向高频偏移。这一过程不仅涉及能量的转移，更伴随着光子动量的交换。在光纤这一特殊的波导结构中，布里渊散射效应表现得尤为显著，并且其产生的散射光与入射光之间存在着特定的频率和方向关系。 传统的对布里渊散射的理解，更多地停留在其作为一种“损耗”或“噪声”的层面，因为它会消耗入射光信号的能量，并产生与原始信号不同频率的散射光，可能对信号解调产生干扰。然而，随着对非线性光学效应研究的深入，以及通信系统对更高带宽、更长距离传输和更丰富功能的需求日益增长，人们逐渐认识到布里渊散射所蕴含的巨大潜力。通过精确地控制和利用布里渊散射的特性，我们能够将其转化为强大的通信技术工具，极大地提升光纤通信系统的性能和扩展其应用范围。 本书的编写目的，正是要系统性地梳理和深入分析布里渊散射效应在光纤通信中的具体应用。我们将从布里渊散射的基本物理原理出发，逐步深入到其在实际通信系统中的具体实现和技术细节。本书内容并非是对某一特定通信技术的简单介绍，而是通过对布里渊散射这一基础物理效应的透彻理解，来阐述其如何赋能和革新各种光纤通信技术。 第一章：布里渊散射效应的物理基础 在深入探讨布里渊散射的应用之前，理解其背后的物理原理至关重要。本章将系统介绍布里渊散射的起源、基本过程及其关键参数。 非线性光学与布里渊散射的产生： 本章首先会概述非线性光学效应的普遍性，以及布里渊散射作为一种典型的二阶非线性效应，其产生条件和基本机制。我们将详细阐述当光强足够高时，电磁场与介质的相互作用不再是线性的，由此引发的各种非线性现象，其中布里渊散射是光场与介质声学振动耦合的结果。 光声子相互作用： 核心内容将聚焦于光子与声子的相互作用。当入射光穿过光纤时，强大的光场会引起光纤材料的极化，从而产生与光场频率相关的声学振动。这种振动以声波（声子）的形式在光纤中传播。随后，这些声波又会调制光纤的折射率，形成周期性的光栅结构。当光信号再次穿过这个由声波诱导的光栅时，就会发生衍射，产生散射光。 斯托克斯散射与反斯托克斯散射： 本章将详细区分两种主要的布里渊散射类型：斯托克斯（Stokes）散射和反斯托克斯（Anti-Stokes）散射。斯托克斯散射是指散射光子的能量低于入射光子的能量，这是因为入射光子激发了介质中的声子。反斯托克斯散射则是散射光子的能量高于入射光子的能量，这是因为入射光子吸收了介质中已存在的声子。两种散射在通信系统中的影响和应用可能有所不同。 布里渊增益与损耗： 布里渊散射不仅产生散射光，还会影响原始信号的传输。当入射光与散射光发生布里渊增益过程时，入射光可以将能量传递给散射光，从而增强特定频率的散射光。相反，当入射光能量被声子吸收时，则表现为布里渊损耗。我们将分析在不同条件下，布里渊增益和损耗的作用机理。 关键参数： 本章还将深入分析影响布里渊散射的关键参数，包括光纤的非线性系数（如克尔系数和光纤压电效应系数）、声速、声子的弛豫时间、光纤的尺寸和结构等。这些参数直接决定了布里渊散射的强度、频率偏移以及其在光纤中的传播特性。 布里渊频移（Brillouin Frequency Shift, BFS）： 布里渊散射的一个显著特点是散射光与入射光之间存在一个固定的频率差，即布里渊频移。这个频移与介质的声速和入射光的波长有关。我们将详细推导布里渊频移的表达式，并分析其对光纤通信系统的意义。 第二章：布里渊散射效应在光纤通信中的基础应用 在掌握了布里渊散射的基本原理后，本章将开始探讨如何利用这一效应来解决光纤通信中的核心挑战。 布里渊放大器（Brillouin Amplifier, BA）： 尽管存在能量损耗的可能，但在特定配置下，布里渊散射可以被用作光信号的放大机制。通过提供一个泵浦光，其频率经过适当的偏移，可以与信号光发生布里渊相互作用，将泵浦光的能量转移给信号光，从而实现信号的放大。本章将深入剖析布里渊放大器的工作原理，包括其增益谱、噪声特性以及与掺铒光纤放大器（EDFA）等其他放大技术的比较。我们将讨论其在实现高增益、低噪声和窄线宽放大方面的优势。 布里渊散射抑制技术： 在许多情况下，布里渊散射是被视为一种需要抑制的噪声源，因为它会消耗信号功率并产生频率偏移的寄生信号，干扰系统的正常工作。本章将详细介绍几种有效的布里渊散射抑制技术。这可能包括改变光纤的性质（例如，使用低非线性光纤或具有特定结构的光纤），优化光源特性（例如，使用分布式反馈（DFB）激光器以降低线宽），以及采用特殊的调制格式。 光纤损耗的补偿与提升： 传统的光纤通信面临着信号在长距离传输中衰减的问题。而布里渊放大器可以作为一种有效的损耗补偿手段。通过在信号光通道中引入布里渊放大器，可以有效抵消光纤本身的损耗，从而实现更长距离的无中继传输。本章将探讨布里渊放大器在超长距离光通信网络中的应用潜力，以及如何通过优化放大器参数来最大化通信系统的性能。 第三章：布里渊散射效应在信号处理与测量中的高级应用 除了基本的放大和损耗补偿，布里渊散射效应的独特性质使其在光纤通信的信号处理和测量方面展现出更高级的应用。 布里渊光时域反射仪（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, BOTDR）与布里渊光时域分析仪（Brillouin Optical Time Domain Analyzer, BOTDA）： 本章将详细介绍布里渊散射在光纤传感领域的关键应用。BOTDR和BOTDA利用布里渊散射的散射光与入射光之间的频移与光纤的温度和应变密切相关的特性，实现对光纤状态的精确监测。我们将深入解析其工作原理，包括如何通过探测布里渊散射光的频移来确定光纤的局部温度和应变信息。本章还将讨论这些技术在光纤线路监测、结构健康监测、地震勘探等领域的广泛应用。 可调谐布里渊滤波器： 布里渊散射能够产生具有特定频率偏移的散射光，这为构建高效的光学滤波器提供了基础。本章将阐述如何利用布里渊增益过程来构建可调谐的布里渊滤波器，以选择性地放大或抑制特定频率的光信号。我们将分析其在密集波分复用（DWDM）系统中的应用，通过精确控制滤波器特性，实现对各个波长通道的独立处理，从而提升系统的容量和灵活性。 光梳（Optical Comb）的产生与应用： 在某些强光作用下，光纤中的非线性效应（包括布里渊散射）会协同作用，产生丰富的谐波和差频信号，形成复杂的光谱结构。本章将探讨布里渊散射在构建和稳定光梳（Optical Comb）中的潜在作用。光梳作为一种具有离散、等间隔光谱线的光源，在精确测量、光钟、高速通信和信号生成等领域具有重要意义。 信号的时域和频域整形： 布里渊散射的动态特性使其能够被用来实现对光信号的时域和频域进行动态整形。例如，通过精确控制泵浦光的时域和频域特性，可以实现对信号的调制、解调、梳状频谱生成等。本章将探讨布里渊散射在实现新型光信号处理功能方面的潜力，以及如何通过精细调控来实现更复杂的信号操作。 第四章：布里渊散射效应在现代通信系统中的集成与前沿研究 本章将关注布里渊散射效应如何被集成到现代光纤通信系统中，并探讨相关的最新研究进展和未来发展方向。 超长距离传输系统中的布里渊散射管理： 对于跨洋或跨大陆的超长距离光纤通信系统，布里渊散射效应的积累会变得非常显著。本章将讨论在这些系统中，如何通过多层次的布里渊散射管理策略，包括优化光纤设计、采用先进的泵浦光控制技术和信号处理算法，来最小化其负面影响并发挥其积极作用。 基于布里渊散射的高级调制格式： 随着通信速率的不断提升，对调制格式的要求也越来越高。本章将探索如何利用布里渊散射的非线性特性，设计和实现更高级的光信号调制格式，以提升频谱效率和数据传输速率。这可能包括基于布里渊增益的相干调制或多进制幅度相位调制（MAPM）等。 光子集成器件中的布里渊散射应用： 随着光子集成技术的发展，将布里渊散射效应集成到小型化、高性能的光子集成器件中成为可能。本章将介绍在片上光子器件中实现布里渊散射相关的放大、滤波、调制等功能的研究进展，以及其在下一代光计算和光通信中的应用前景。 与人工智能（AI）和机器学习（ML）的结合： 现代通信系统越来越依赖于智能算法来优化性能。本章将探讨如何利用人工智能和机器学习技术来更好地理解、预测和控制布里渊散射效应。例如，利用AI算法来优化布里渊放大器的参数，或者实现对光纤状态的智能监测和诊断。 未来发展方向与挑战： 最后，本章将展望布里渊散射效应在光纤通信领域未来的发展方向，并分析当前面临的技术挑战。这可能包括如何进一步提高布里渊放大器的增益和效率，如何实现更精确和鲁棒的布里渊散射传感，以及如何将布里渊效应应用于新型的量子通信技术等方面。 结论 布里渊散射效应，曾经被视为一种阻碍光信号传输的物理现象，如今已演变为推动光纤通信技术不断进步的关键力量。本书通过对布里渊散射效应的深入剖析，从其基础物理原理到在通信系统中的具体应用，为读者勾勒出一幅布里渊散射如何革新通信技术的宏伟蓝图。从实现高效的光信号放大，到精确的光纤传感，再到前沿的信号处理技术，布里渊散射无处不在，并持续为信息时代的蓬勃发展注入新的活力。本书旨在为所有对光纤通信技术感兴趣的读者，无论是学生、研究人员还是工程师，提供一个全面而深入的理解框架，共同探索布里渊散射在未来通信领域无限的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容似乎侧重于一个非常专业的光学现象——布里渊散射，以及它在通信技术中的具体应用。我对于能够深入了解光在光纤中传播时，与介质相互作用产生的这种散射效应感到非常期待。我想象这本书会详细阐述布里渊散射的物理机理，例如声子（声波）与光子之间的耦合，以及这些散射光子如何携带信息。我特别好奇书中会如何解释布里渊散射的频率移动和功率依赖性，以及这些特性在实际通信系统设计中的意义。 而且，我对于书中可能提及的布里渊散射在光纤通信领域中的具体应用场景非常感兴趣。例如，它是否可以用于光纤传感，测量光纤的温度或应变？在放大器设计方面，布里渊散射又扮演着怎样的角色，是促进还是阻碍信号传输？书中是否会讨论如何控制或利用布里渊散射来提高通信系统的性能，比如降低噪声，或者实现更高效的信号传输？我对这些实际应用细节充满了好奇，希望这本书能提供详尽的解析和案例研究，让我能够更直观地理解这一理论知识的落地。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光纤通信的底层物理原理着迷，尤其是那些看似微小却能产生巨大影响的现象。这本书的标题《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》一下子就抓住了我的眼球。我预感这本书会带我进入一个更加精细的微观世界，去探究光波与光纤介质之间的微妙互动。我期待能够看到对布里渊散射过程的严谨推导和数学建模，了解其背后的量子力学和固体物理原理。同时，我也希望书中能深入探讨布里渊散射的各种参数，比如散射截面、增益系数等，以及它们如何影响散射光的强度和光谱特性。 此外，对于这本书在通信技术应用方面的阐述，我充满期待。通信技术日新月异，底层技术的突破往往是推动整个行业发展的关键。我希望能从书中了解到布里渊散射如何被巧妙地应用于光纤通信的各个环节，比如在光时域反射仪（OTDR）中作为测量光源，或者在某些特殊的激光器和调制技术中发挥作用。这本书是否会提供一些计算公式或者设计指南，帮助工程师在实际项目中应用这些知识？我对这些细节的深入挖掘非常感兴趣，希望能借此机会扩展我的专业视野。

评分☆☆☆☆☆

读到《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这个书名，我立刻联想到的是通信系统背后的精妙物理机制。我猜想这本书会以一种非常系统化的方式，从基础的物理原理出发，逐步深入到具体的通信应用。我期待书中能够详尽地介绍布里渊散射现象的产生条件、影响因素，以及其在不同类型光纤中的表现差异。例如，是否会有关于如何通过改变光纤的材料成分、结构参数来调控布里渊散射强度的讨论？我希望书中能够提供清晰的图示和实验数据，帮助我理解这些复杂的概念。 在应用层面，我非常希望这本书能够详细阐述布里渊散射在现代通信技术中的具体作用。它是否可以用来提高信号的传输距离？或者在某种程度上，它是一种需要克服的噪声源，而本书会教授如何抑制它？我也好奇它是否能被用于实现一些先进的功能，比如光信号的频率上转换，或者作为一种内置的传感机制来监测光纤的健康状况。我期待书中能够给出一些具体的工程案例，展示布里渊散射是如何被集成到实际的通信设备或网络中的，以及由此带来的技术优势。

评分☆☆☆☆☆

这本《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》听起来像是一本能够打开新视野的书。我对布里渊散射这个现象本身就充满好奇，不知道光在光纤中传播时，是如何与其中的微小振动发生相互作用，产生散射光的。我希望书中能够用清晰易懂的语言，解释清楚布里渊散射的物理过程，包括其发生的原因、散射光的特性，以及与拉曼散射等其他散射现象的区别。我想象书中会有相关的数学公式和理论模型，但同时也希望能够配以直观的图解，让我这个非物理学专业的读者也能大致理解。 更重要的是，我关注的是它在通信技术中的应用。光纤通信是我们生活中不可或缺的一部分，而了解其背后的基础技术，总能带来一种“原来如此”的顿悟感。我希望书中能够详细介绍布里渊散射如何被应用在提高通信效率、拓展传输距离，甚至实现一些创新性的通信功能上。例如，它是否能用于构建更先进的光放大器，或者用于实现更精确的光信号测量？我非常期待书中能够提供一些具体的应用实例，并分析这些应用带来的技术优势和局限性，让我能够对布里渊散射在通信领域的实际价值有更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

当看到《光纤中的布里渊散射效应在通信技术中的应用》这个书名时，我脑海中立刻浮现出那些在实验室里，工程师们如何利用最基础的光学原理来构建复杂通信系统的画面。我猜这本书的叙述会相当专业，可能会涉及一些高级的物理概念，比如非线性光学效应、声学-光学耦合等。我期待书中能够详细阐述布里渊散射发生的微观机制，包括光子与声子的相互作用、散射光的频率偏移原理，以及散射光的偏振特性等。或许还会讨论布里渊散射在不同波长范围内的表现差异，以及光纤材料的非线性系数对散射强度的影响。 对于书名中提到的“在通信技术中的应用”部分，我更是充满了期待。通信技术是人类信息传播的命脉，而底层物理原理的创新往往是推动其发展的关键。我希望能在这本书中看到布里渊散射是如何被巧妙地转化为实际的通信应用，比如在光纤放大器中作为增益机制，或者在光传感领域中用于高精度测量。书中是否会提供一些工程设计方面的指导，例如如何优化光纤参数以最大化布里渊散射的应用效果，或者如何抑制其在某些情况下的负面影响？我非常希望能够通过这本书，对布里渊散射在通信技术领域的实际价值有一个全面而深入的理解。