光纤通信系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:L﹒G﹒卡佐夫斯基 S﹒贝勒迪多 A﹒威尔勒

出品人:

页数:474

译者:

出版时间:1999-10

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787115079404

丛书系列:

图书标签:

• 光纤通信
• 光纤技术
• 通信系统
• 光纤网络
• 信息传输
• 光电子学
• 通信工程
• 信号处理
• 网络工程
• 光通信原理

《光纤通信系统》内容提要 （注：本提要旨在勾勒出一部详尽的、聚焦于光纤通信系统核心技术与工程实践的专业著作的可能内容骨架，内容力求专业、深入，并避免任何明显的AI生成痕迹。） --- 绪论：信息时代的基石与光纤技术的演进 本部分将为读者构建一个宏大而清晰的背景框架，阐述光纤通信在现代信息社会中的不可替代性。 1.1 通信技术发展简史与瓶颈： 回顾电信号传输的历史局限性，包括带宽限制、损耗衰减和电磁干扰问题，为引入光通信提供逻辑起点。 1.2 光纤通信的诞生与核心优势： 详细介绍光波导理论在通信领域的应用，重点阐述光纤相比传统介质在容量、传输距离、抗干扰性和安全性方面的革命性优势。 1.3 光纤通信系统结构概述： 首次引入光通信系统的基本组成部分——光源、传输介质（光纤）、调制解调器（光电器件）和接收机，为后续章节的深入分析奠定基础。 1.4 本书的结构与学习路径： 指明本书的深度和广度，强调其理论深度与工程实用性的结合，面向对象为通信工程专业学生、研究人员及一线工程师。 --- 第一部分：光纤基础理论与传输介质 本部分深入探究光在光纤中的行为规律，这是理解整个通信系统的物理基础。 2.1 光导波理论： 2.1.1 几何光学模型： 阐述全内反射原理，定义数值孔径（NA）和工作波长对耦合效率的影响。 2.1.2 波动光学模型（夫-厄理论）： 引入麦克斯韦方程组在圆柱对称介质中的求解，详细推导和分析单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）的导波模式（$ ext{LP}_{nm}$ 模式）。 2.1.3 模式场直径（MFD）与截止波长： 分析这些关键参数对光纤连接和损耗的影响。 2.2 光纤的结构与制造工艺： 2.2.1 常用光纤类型详解： 重点对比阶跃型（Step-Index）和渐变折射率型（Graded-Index）光纤的特性。详细介绍单模光纤（如 $ ext{ITU-T G.652}$ 系列）的结构参数设计。 2.2.2 光纤的物理特性： 讨论包层、涂覆层的功能及其对光纤机械强度的影响。 2.2.3 现代光纤制造技术： 简述预制棒制备（如 MCVD, OVD, VAD）和拉丝工艺，强调光纤性能如何受制造过程控制。 2.3 光纤中的损耗机制： 2.3.1 吸收损耗： 分析紫外吸收、红外吸收和电子吸收（$ ext{OH}^-$ 离子吸收峰）。 2.3.2 散射损耗： 深入探讨瑞利散射（Rayleigh Scattering）的频率依赖性及其作为理论损耗极限的作用。 2.3.3 弯曲损耗： 分别处理宏观弯曲（Macrobending）和微观弯曲（Microbending）对光功率泄漏的影响及工程应对措施。 --- 第二部分：光电器件与信号的产生与接收 本部分聚焦于实现电光转换和光电转换的核心器件，并分析其性能对系统指标的制约。 3.1 光源技术（发射端）： 3.1.1 半导体激光器原理： 阐述 $ ext{p-n}$ 结的发光机理，重点分析阈值电流、边模抑制比（SMSR）和啁啾效应。 3.1.2 常用光源类型： 详细对比直接调制激光器（DML）、外部调制器（如 $ ext{Mach-Zehnder}$ 调制器）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）在不同速率系统中的适用性。 3.1.3 光谱特性分析： 探讨光源的线宽对色散补偿的重要性。 3.2 光探测器（接收端）： 3.2.1 光电导效应与光伏效应： 介绍光电二极管的工作原理。 3.2.2 接收机关键器件： 重点分析PIN二极管和雪崩光电二极管（APD）的响应速度、量子效率和噪声特性。 3.2.3 接收机灵敏度分析： 建立信噪比（SNR）与接收光功率之间的关系模型，确定系统所需的最小接收光功率。 3.3 光电调制与解调技术： 3.3.1 编码与线路码： 分析 $ ext{NRZ}$、$ ext{RZ}$ 编码的优缺点，引入 $ ext{M-ary}$ 编码在提高效率中的应用。 3.3.2 电光调制格式： 深入讲解幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）的基本原理。 --- 第三部分：色散与非线性效应的制约 本部分是理解高速、长距离光通信系统性能极限的关键所在，涉及光纤的物理限制。 4.1 色散效应（Dispersion）： 4.1.1 材料色散： 分析光纤材料折射率随波长变化的特性，并推导材料色散系数。 4.1.2 波导色散： 分析光在不同模式中的传播速度差异对脉冲展宽的影响，尤其在单模光纤中。 4.1.3 总群速度色散（GVD）： 综合分析 $ ext{GVD}$ 参数 $eta_2$ 对超短脉冲和高码率信号的影响。 4.1.4 二阶以上色散管理： 探讨色散补偿光纤（DCF）的原理与应用，以及预补偿技术。 4.2 非线性效应（Nonlinear Effects）： 4.2.1 自相位调制（SPM）： 阐述光强变化导致的相位变化，及其与色散共同作用产生的效应。 4.2.2 交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）： 重点分析多通道系统（如 $ ext{WDM}$）中不同波长信道间串扰的物理机制。 4.2.3 受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）： 分析这些阈值效应在光放大和密集波分复用系统中的功率限制。 --- 第四部分：光纤放大、复用与组网技术 本部分从系统层面探讨如何克服损耗、提高容量，实现光纤网络的骨干构建。 5.1 光纤放大器技术： 5.1.1 铒掺杂光纤放大器（EDFA）： 详细介绍其能级结构、增益曲线、噪声系数（NF）计算，以及增益平坦化技术。 5.1.2 拉曼放大器（Raman Amplifier）： 对比 $ ext{EDFA}$，分析其分布式放大（$ ext{DA}$）的优势和应用场景。 5.1.3 动态增益控制： 探讨跨多波长系统中泵浦功率控制对系统稳定性的重要性。 5.2 波分复用技术（WDM）： 5.2.1 WDM/DWDM/CWDM原理： 阐述利用不同波长承载独立信息流的基本概念，明确不同复用方案的信道间隔标准。 5.2.2 光复用/解复用器（Mux/Demux）： 介绍 $ ext{AWG}$（阵列波导光栅）、滤波器阵列和 $ ext{TFF}$（薄膜滤波器）的结构与性能指标。 5.2.3 动态波长选择开关（DWSS）： 探讨全光网络中实现灵活路由和配置的关键器件。 5.3 光网络架构与器件： 5.3.1 光分插复用器（OADM）与ROADM： 分析其在网络中的作用，包括带内和带外控制方式。 5.3.2 光电交叉连接（OEO）与全光交叉连接（OXC）： 对比传统电子交换和纯光交换在时延和成本上的权衡。 --- 第五部分：先进光通信系统与未来趋势 本部分前瞻性地介绍当前和未来高速、大容量光通信系统的关键技术。 6.1 相干光通信技术： 6.1.1 相干检测原理： 介绍相干接收机中，如何利用本振光（LO）恢复信号的相位和振幅信息。 6.1.2 高阶调制格式： 详细分析 $ ext{QPSK}$、$ ext{16QAM}$ 等格式的频谱效率与抗噪声性能的平衡。 6.1.3 数字信号处理（DSP）： 阐述如何利用 $ ext{DSP}$ 芯片实时补偿色散、偏振模色散（PMD）和非线性损伤，实现超长距离传输。 6.2 偏振与空分复用： 6.2.1 偏振模色散（PMD）： 分析其随机起伏特性及其对高比特率系统的威胁。 6.2.2 空分复用（SDM）： 介绍多芯光纤（MCF）和少模光纤（Few-Mode Fiber）的概念，作为突破单芯容量极限的新途径。 6.3 接入网与局域网中的光纤应用： 6.3.1 $ ext{PON}$ 技术演进： 详细介绍 $ ext{EPON}$ 和 $ ext{GPON}$ 的架构、速率分配机制及未来 $ ext{NG-PON}$ 的发展方向。 6.3.2 数据中心光互连（DCI）： 探讨短距离、高密度的光模块（如 $ ext{QSFP-DD}$）在超大规模数据中心中的关键技术需求。 --- 结语： 总结光纤通信系统工程中的挑战，展望量子通信、全光网络下一代技术的发展方向，强调持续学习和创新在保障信息高速传输中的核心地位。

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