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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Binh, Le Nguyen

出品人:

页数:376

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 166.05

装帧:HRD

isbn号码:9780849337628

丛书系列:

图书标签:

• 光子信号处理
• 信号处理
• 光通信
• 光电子学
• 光学
• 信息处理
• 通信工程
• 光纤通信
• 波分复用
• 数字信号处理

深入探索光电转换与信息处理的前沿领域 本书汇集了光电子技术、高速通信与先进传感领域的最新研究成果与工程实践，旨在为读者提供一个全面、深入且极具前沿性的技术视角。我们着重探讨了如何利用先进的光学方法和电子学原理，设计、实现和优化新一代信息处理系统，特别关注那些超越传统电子系统瓶颈的关键技术。 第一部分：超高速光电器件与集成技术 本部分聚焦于构成现代光通信和光计算系统的基础单元——光电器件的最新发展与集成策略。 1.1 先进半导体异质结构与量子阱技术 详细分析了基于InP、GaAs及其它新型III-V族和Group-IV族半导体的异质结生长技术。深入探讨了量子阱（Quantum Well, QW）和量子点（Quantum Dot, QD）结构对光吸收、发射效率以及载流子动力学的影响。我们不仅展示了如何通过精确控制能带工程来调谐器件的工作波长和调制带宽，还详细介绍了外延生长过程中的缺陷控制和界面质量优化技术，这对提升器件的长期可靠性至关重要。内容涵盖了可调谐激光器（如DBR和DFB结构）的设计原理、高速光电探测器（如PIN和雪崩光电二极管APDs）的响应速度极限，以及如何利用应变半导体技术突破传统材料的性能限制。 1.2 光波导与集成光子学（PICs）的挑战 光集成电路（PICs）是实现大规模、低功耗光信号处理的核心。本章详尽阐述了硅基光子学（Silicon Photonics）的最新进展，包括SOI（Silicon-on-Insulator）平台上的波导设计、损耗机制分析与抑制方法。重点讨论了耦合器（如定向耦合器、Y-分支耦合器）的耦合效率优化，以及光栅耦合器（Grating Couplers）的效率提升策略，以实现高效的芯片-光纤连接。此外，还深入探讨了非线性光学效应在硅基平台上的应用，例如四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）在光纤中的应用及其在超宽带传输中的潜力与限制。 1.3 调制器的速度与效率极限 高速电光调制器是决定系统传输速率的关键瓶颈。本书详细分析了马赫-曾德尔调制器（MZM）和铌酸锂调制器（Lithium Niobate Modulators）的性能极限。针对MZM，我们分析了传输线效应、电容载荷以及驱动电路对调制带宽的影响，并介绍了引入逆调制器（Inverse Modulator）结构以实现更高“VπL”乘积的工程方法。此外，新兴的集成式光栅调制器（如基于电吸收效应的EAM）在功耗和集成度方面的优势也得到了深入探讨，并对比了不同调制格式（如PAM-4, QPSK）对调制器性能的需求。 --- 第二部分：高速信号的传输、交换与网络架构 本部分将视角从单个器件提升到系统层面，探讨如何在复杂的网络环境中实现Tbps量级的数据传输和灵活的路由。 2.1 相干检测技术与数字信号处理（DSP） 相干光通信是实现超高速长距离传输的基石。我们全面解析了相干接收机的原理，包括本地振荡器（LO）的锁定技术、本振光耦合效率的优化，以及接收端的光学混合（Optical Mixing）。核心内容集中在数字信号处理（DSP）模块，详细阐述了如何利用高性能FPGA或ASIC实现色散补偿（Chromatic Dispersion Compensation, CDC）、偏振模色散补偿（Polarization Mode Dispersion Compensation, PMD-C）以及非线性损伤补偿（Nonlinear Impairment Compensation, NIC）。重点讨论了基于迭代算法和神经网络的先进信道均衡技术。 2.2 光层交换与动态网络重构 在数据中心和城域网中，灵活的光层交换能力至关重要。本书系统介绍了光交叉连接（Optical Cross-Connect, OXC）和波长选择开关（Wavelength Selective Switch, WSS）的工作原理。重点剖析了MEMS技术在实现大规模、低损耗光路重构中的优势与挑战，以及基于集成光子学的无源和有源WSS的最新突破。此外，还探讨了软件定义光网络（SDON）的架构设计，以及如何通过智能控制平面实现实时的光路动态调配和故障恢复机制。 2.3 自由空间光通信（FSO）与空天地一体化网络 针对难以铺设有线光纤的场景（如水下、大气短距离或卫星链路），本书深入探讨了自由空间光通信技术。内容涵盖了大气湍流对光束传输的影响模型、自适应光学系统（Adaptive Optics, AO）用于实时补偿光束畸变的技术细节，以及光束指向与跟踪（Pointing, Acquisition, and Tracking, PAT）系统的精度要求和实现方案。我们还对比分析了不同调制格式在FSO信道中的抗衰减与抗噪声性能。 --- 第三部分：光场调控与新型信息处理范式 本部分超越了传统的通信传输范畴，探索了如何利用光场本身的特性来实现信息的高效处理和传感。 3.1 空间光调制器（SLM）与全息技术 空间光调制器（SLM）作为一种可编程的光学元件，在实时处理复杂光场方面展现出巨大潜力。本书详细介绍了基于液晶（Liquid Crystal）和微镜阵列（MEMS）的SLM的工作原理、相位/振幅调制能力和刷新率限制。核心内容包括计算机生成全息图（CGH）的算法设计（如迭代傅里叶变换算法，IFT），及其在光束整形、相位屏和实时光学加密中的应用。 3.2 偏振态与光束形态的编码传输 在超高密度数据传输需求下，利用光的其他自由度（如偏振和空间模式）成为重要方向。本章详细阐述了偏振复用技术，包括如何设计高性能的偏振分束器/合束器，以及如何通过琼斯矩阵和保偏光纤管理偏振态。更进一步，探讨了如何利用拉盖尔-高斯（LG）模式或贝塞尔光束（Bessel Beams）实现空间复用（Mode Division Multiplexing, MDM），并讨论了高性能模式复用/解复用器（Mux/DeMux）的设计挑战，特别是如何有效分离高度耦合的高阶模式。 3.3 基于超材料与超表面的光场操控 本部分聚焦于最具颠覆性的前沿技术——超材料（Metamaterials）和超表面（Metasurfaces）。我们解释了如何通过亚波长尺度的结构设计来打破传统光学定律的限制，实现对光的电磁参数的任意调控。重点分析了相位梯度超表面在实现平面化、超薄型光学元件中的作用，例如超薄偏振控制器件、高效率的宽带吸收器以及用于实现光场聚焦和偏转的新型衍射光学元件的设计方法论。 本书适合于光电子工程、通信工程、物理学以及计算机科学等领域的研究人员、高级工程师和研究生，旨在提供一个从基础原理到尖端应用的完整知识体系。

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