光縴通信原理(第2版)(21世紀高等學校規劃教材 電子信息) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁國良著 著

圖書標籤:

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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302263319

商品編碼：29729788989

包裝：平裝

齣版時間：2012-05-01

基本信息

書名：光縴通信原理(第2版)(21世紀高等學校規劃教材 電子信息)

定價：29.50元

作者：袁國良著

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2012-05-01

ISBN：9787302263319

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.640kg

編輯推薦

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本書力求從基礎知識齣發，循序漸進、由淺入深，對光縴通信原理進行全麵的介紹。

注重可讀性和實用性，提供PPt課件，習題解答。

本書可以滿足對高等學校信息與通信工程專業本科生和研究生的教學需要，也可供相關專業的學生學習，同時可供從事該領域工作的廣大科研與工程技術人員參考。

內容提要

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　　《21世紀高等學校規劃教材·電子信息：光縴通信原理（第2版）》主要介紹光縴通信的原理及其發展；光縴通信的物理學基礎；光縴的傳輸理論和特性；光源和光電檢測器的結構與工作原理；光發射機和光接收機，光纜和光縴通信器件；光縴通信係統的構成、性能和設計；係統性能的提高，包括光放大和色散補償技術、光波分復用技術、相乾光通信、光孤子通信等；光縴通信的基本實驗。
　　本書力求從基礎知識齣發，深入淺齣、循序漸進，以方便讀者閱讀。本書可以作為高等學校本科生和研究生的教材，也可以作為從事光縴通信的科研人員、工程技術人員和其他相關人員的參考書。

目錄

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章 光縴通信概述
1.1 什麼是光縴通信
1.2 光縴通信的發展曆史
1.3 光縴通信的優點及其應用
1.4 光縴通信係統的組成
1.5 光縴通信的發展趨勢
小結
習題

第2章 光的性質
2.1 光的反射、摺射和全反射
2.2 光的電磁理論
2.3 光的乾涉和衍射
2.4 光的偏振
2.5 光的吸收、色散和散射
2.6 光的量子性
2.7 激光
小結
習題

第3章 光縴
3.1 光縴概述
3.2 多模光縴的射綫光學理論分析
3.3 階躍型光縴的波動光學理論
3.4 階躍型光縴標量模的可導與截止
3.5 光縴的損耗特性
3.6 光縴的色散特性
3.7 光縴的非綫性效應
3.8 單模光縴
小結
習題

第4章 光源和光電檢測器
4.1 半導體的能帶理論
4.2 PN結的能帶結構
4.3 光源的異質結結構
4.4 發光二極管
4.5 半導體激光器
4.6 LD的工作特性
4.7 光電檢測器
4.8 PIN和APD的工作原理
4.9 光電檢測器的工作特性
小結
習題

第5章 光端機
5.1 光源與光縴的耦閤
5.2 光調製
5.3 光發射機
5.4 光接收機
5.5 光接收機的噪聲分析
5.6 光接收機的誤碼率和接收靈敏度
5.7 光中繼器
小結
習題

第6章 光纜和光縴通信器件
6.1 光縴的溫度特性和機械特性
6.2 光纜的種類、材料及其結構
6.3 光縴通信器件及其性能參數
6.4 光縴的連接和光縴連接器
6.5 光縴分路與耦閤器
6.6 光衰減器和光隔離器
6.7 光開關
小結
習題

第7章 光縴通信係統
7.1 數字光縴通信係統
7.2 同步數字體係
7.3 光縴通信的綫路碼型
7.4 光縴損耗和色散對係統的限製
7.5 光縴通信的性能指標
7.6 光縴通信係統設計
7.7 光縴通信工程概述
小結
習題

第8章 係統性能的提高
8.1 光放大器及其工作性能
8.2 摻鉺光縴放大器
8.3 光縴喇曼放大器
8.4 色散補償技術
8.5 多信道復用技術
8.6 光波分復用原理
8.7 光波分復用技術
8.8 光波分復用器
8.9 WDM設計中考慮的重要問題
8.10 相乾光縴通信和光孤子通信
小結
習題

第9章 光網絡
9.1 SDH光同步數字傳送網
9.2 WDM光傳送網
9.3 智能光網絡
9.4 城域光網絡
9.5 光縴接入網
小結
習題

0章 光縴通信實驗
10.1 光縴認識實驗
10.2 光縴通信基礎實驗
10.3 光縴衰減係數測量
10.4 多模光縴帶寬的測量
10.5 光縴無源器件特性
10.6 光發送實驗
10.7 光接收實驗
10.8 光波分復用實驗
10.9 光縴通信仿真實驗
小結
附錄A SDH係統光接口標準
附錄B 光縴通信常用英文縮寫
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《光信號的傳輸與轉化：現代通信的基石》 在這個信息爆炸的時代，我們對通信的需求與日俱增，數據傳輸的速率和容量也在不斷刷新紀錄。支撐這一切高速、海量信息流通的，是一門深刻而迷人的學科——光信號的傳輸與轉化。本書旨在深入淺齣地剖析光通信的核心原理，揭示光波如何穿越媒介，如何承載信息，以及如何在不同形態間自如轉化，最終構建起連接世界的通信網絡。 第一章：光信號的本質與産生 在深入探討光信號的傳輸之前，我們首先要理解光信號的本質。本章將從電磁波譜的角度齣發，定位可見光與近紅外光在通信中的關鍵作用。我們將詳細介紹激光器的基本工作原理，包括受激輻射、粒子數反轉、諧振腔的作用以及不同類型激光器的特點（如半導體激光器、光縴激光器等），重點闡述其在産生高強度、高方嚮性、單色性良好的光信號方麵的優勢。同時，我們也將觸及LED（發光二極管）作為一種簡易光源的應用場景，並分析其與激光器在性能上的差異。此外，本章還將初步探討光信號的調製方式，為後續章節奠定基礎。 第二章：光波在傳輸介質中的傳播特性 光信號一旦産生，便需要在傳輸介質中進行遠距離的傳輸。本書將重點聚焦於作為現代光通信核心載體的光縴。我們將深入剖析光縴的結構，包括縴芯、包層以及塗覆層的功能，並重點講解光波在光縴中傳播的兩種基本模式：全內反射（Total Internal Reflection, TIR）和倏逝波（Evanescent Wave）。全內反射的原理將通過斯涅爾定律（Snell's Law）進行詳細推導，並分析縴芯和包層的摺射率對全內反射臨界角的影響。我們將區分單模光縴和多模光縴，闡述它們的結構差異、模場直徑、模數以及在傳輸性能上的優劣，解釋為何單模光縴是長距離、高速率通信的首選。 光縴的傳播並非理想狀態，信號在傳輸過程中不可避免地會衰減和失真。本章將詳細分析導緻光信號衰減的主要因素，包括吸收損耗（Material Absorption）和散射損耗（Scattering Loss）。我們將深入探究材料吸收的微觀機製，例如電子躍遷吸收和振動吸收，以及其隨波長的變化規律。對於散射損耗，我們將重點講解瑞利散射（Rayleigh Scattering），並解釋其與光波長四次方成反比的關係，從而說明選擇閤適的傳輸波長對降低損耗的重要性。此外，我們還將討論其他形式的損耗，如彎麯損耗（Bending Loss）和接續損耗（Splice Loss），並分析其産生的原因及規避措施。 第三章：光信號的畸變與色散 除瞭衰減，光信號在傳輸過程中還會發生畸變，其中最主要的錶現形式是色散（Dispersion）。色散會導緻不同波長的光信號以不同的速度傳播，從而使得原本集中的光脈衝展寬，最終影響信號的區分度和傳輸速率。本章將係統地介紹幾種主要的色散類型。 首先是材料色散（Material Dispersion），這是由介質的摺射率隨波長變化引起的。我們將通過分析光縴材料（如石英玻璃）的色散麯綫，解釋材料色散的産生機製，並介紹如何通過優化光縴材料成分來減小材料色散。 其次是波導色散（Waveguide Dispersion），這是由光波在光縴波導結構中的傳播模式以及縴芯和包層的邊界條件引起的。我們將從分析不同模式的傳播常數與波長的關係入手，解釋波導色散的産生機理，並探討如何通過調整光縴的幾何結構（如縴芯直徑、摺射率分布）來優化波導色散。 最後，對於多模光縴，我們還將討論模間色散（Intermodal Dispersion）。這將通過分析不同模式在光縴中傳播路徑長度的差異來解釋。我們將說明模間色散是多模光縴傳輸速率的主要限製因素，並闡述如何通過使用漸變摺射率光縴來減小模間色散。 本章還將探討偏振模色散（Polarization Mode Dispersion, PMD）。我們將解釋光縴製造和工作環境中的非均勻性如何導緻光波的不同偏振模式以不同速度傳播，並分析其對高速率、長距離通信的影響，以及常用的補償技術。 第四章：光信號的調製與解調 要將信息編碼到光信號中，需要進行調製（Modulation）。本章將詳細介紹幾種主要的模擬調製和數字調製技術。 在模擬調製方麵，我們將講解強度調製（Intensity Modulation），這是最簡單也是最常用的調製方式，即將信息的幅值變化映射到光信號的強度變化。我們將探討其基本原理和實現方式。 在數字調製方麵，我們將重點介紹直接強度調製（Direct Intensity Modulation），並深入分析其工作原理。在此基礎上，我們將進一步探討更先進的調製技術，如相位調製（Phase Modulation）和頻率調製（Frequency Modulation），以及它們在提高頻譜利用率和抗乾擾能力方麵的優勢。 為瞭應對高速率傳輸的需求，相乾光通信（Coherent Optical Communication）技術被廣泛應用。本章將重點介紹相乾探測（Coherent Detection）原理，包括本地振蕩器的作用、混頻過程以及如何從中提取相位和幅度信息，從而實現更高效的信息解調。我們將分析相乾探測相較於直接探測的優勢，如更高的靈敏度和更好的抗噪聲性能。 第五章：光信號的檢測與增益 在接收端，經過長距離傳輸和調製的光信號需要被精確地檢測和放大。本章將重點介紹幾種常用的光電探測器（Photodetector），包括PIN光電二極管和雪崩光電二極管（Avalanche Photodiode, APD）。我們將詳細分析它們的結構、工作原理、響應速度、量子效率以及探測靈敏度。特彆是APD，我們將深入解析其內部的倍增效應（Avalanche Effect），以及如何在弱光信號檢測中發揮關鍵作用。 對於長距離傳輸而言，信號的衰減是一個巨大的挑戰。為瞭剋服信號損耗，需要使用光放大器（Optical Amplifier）對光信號進行增益。本章將詳細介紹兩種主流的光放大技術：摻鉺光縴放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）和半導體光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）。我們將深入剖析EDFA的工作原理，包括鉺離子的能級結構、受激輻射過程、泵浦源的作用以及其在C波段和L波段的放大特性。同時，我們也將介紹SOA的基本結構、工作機理以及其在特定應用場景下的優勢。 第六章：光信號的處理與管理 高效的光通信係統不僅需要傳輸和檢測光信號，還需要對光信號進行靈活的處理和管理。本章將介紹一些關鍵的光信號處理技術。 我們將深入探討光開關（Optical Switch）和光分插復用器（Optical Add-Drop Multiplexer, OADM）。光開關是實現光路靈活切換的核心器件，我們將介紹不同類型光開關的工作原理，如熱光開關、電緻伸縮開關等。OADM則是在光傳輸網絡中實現對特定波長信號的插入和移除，實現網絡節點的功能，我們將分析其在波分復用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）網絡中的重要作用。 此外，本章還將介紹光緩存（Optical Buffer）的概念和技術，解釋其在處理突發性流量和協調不同速率數據流方麵的作用。我們還將初步探討光網絡的架構，包括點對點連接、環形網絡以及網格網絡，並分析不同網絡拓撲對光信號處理和管理的要求。 第七章：光通信係統的發展趨勢 光通信技術正以前所未有的速度發展，為瞭滿足未來日益增長的信息需求，新的技術和概念不斷湧現。本章將展望光通信的未來發展趨勢。 我們將重點介紹下一代光通信技術，如更高階的調製格式（例如QAM調製）及其對相乾探測技術提齣的更高要求。我們將討論矽光子技術（Silicon Photonics）的興起，及其在集成化、小型化和低功耗光通信器件方麵的巨大潛力。 此外，我們還將探討下一代網絡架構，包括超大帶寬的骨乾網、接入網以及麵嚮數據中心內部通信的短距離高速光互連。我們還將關注人工智能（AI）在光通信網絡中的應用，例如智能流量管理、故障預測和網絡優化等。最後，我們將討論光通信技術在5G/6G通信、物聯網（IoT）、雲計算等前沿領域的應用前景。 本書力求以嚴謹的科學態度，結閤直觀的圖示和易懂的語言，為讀者構建起一個清晰、完整的現代光通信知識體係。無論您是電子信息類專業的學生，還是對光通信技術充滿好奇的工程師或科研人員，本書都將是您深入理解現代通信基石的理想讀物。

評分☆☆☆☆☆

作為一個已經工作瞭幾年的工程師，我深知理論知識與實際應用之間那道難以逾越的鴻溝。很多理論教材讀起來就像在看小說，知道發生瞭什麼，但就是不知道如何動手實現。然而，這本書在這方麵做得尤為齣色。它似乎時刻都在提醒讀者，這些公式最終都要落實到具體的設備和指標上。書中的案例分析非常貼近當前的行業標準，從光縴的衰減係數到色散補償的實現，都有詳實的數據支撐和對比。我特彆留意瞭關於“非綫性效應”的章節，它沒有停留在理論模型的推導，而是結閤瞭最新的高速傳輸係統的實際瓶頸，討論瞭前嚮糾錯（FEC）技術在應對這些挑戰中的作用。這種理論與實踐的緊密結閤，使得學習不再是枯燥的知識積纍，而變成瞭一種解決實際工程問題的工具箱的搭建過程。對於正在進行係統升級或新産品研發的同行來說，這本書無疑提供瞭一個極其寶貴的、經過時間檢驗的參考基準。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容深度和廣度處理得非常到位，簡直是教科書級彆的典範。它並沒有一味地追求羅列知識點，而是著力於構建一個嚴謹的知識體係框架。從最基礎的光波導理論講起，脈絡清晰地過渡到實際的器件特性，再到係統級的性能分析，邏輯鏈條環環相扣，毫無跳躍感。尤其是在處理一些前沿但又至關重要的部分時，作者沒有采用那種浮於錶麵的介紹，而是深入挖掘瞭背後的物理機製和數學模型。我尤其欣賞它對“誤差分析”和“噪聲處理”這部分內容的詳盡闡述，這往往是很多教材會一帶而過的地方，但恰恰是工程實踐中最考驗功力的環節。作者似乎非常瞭解工程師在實際工作中會遇到哪些痛點，並在理論的講解中提前埋下瞭解決問題的“種子”。這種“預見性”的編寫方式，讓這本書的實用價值遠超一般的理論參考書，它不僅僅是在“教你原理”，更是在“教你如何思考和設計”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套資源和學習輔助設計也值得稱贊。雖然我主要關注紙質書的內容，但它在某些關鍵算法和仿真部分提供的清晰指引，明顯暗示瞭其電子版或在綫資源可能包含瞭更豐富的互動性內容。例如，在講解OTDR（光時域反射儀）的測試原理時，書中的文字描述已經非常到位，但作者在腳注中提及的某個特定仿真軟件的參數設置，極大地降低瞭讀者自行搭建模型的門檻。此外，書後的習題設置也體現瞭極高的水準。它們並非簡單的概念填空，而是要求讀者進行深入的計算和分析，很多題目甚至可以直接作為小型項目的設計起點。對於自學者而言，這種“引導式”的習題設計至關重要，因為它強迫你必須主動去檢索、去整閤知識點，從而達到真正的融會貫通。總而言之，這本書不僅僅是一本“讀完就放一邊”的教材，更是一個可以長期伴隨職業生涯成長的學習伴侶。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計著實讓人眼前一亮。封麵設計簡約而不失專業感，那種深沉的藍色調配閤著清晰的字體，一下子就抓住瞭眼球。拿到手裏掂量一下，分量十足，感覺內容肯定很紮實。內頁紙張的質感也相當不錯，閱讀起來不費力，長時間盯著也不會覺得眼睛特彆乾澀。值得一提的是，插圖和公式的排版清晰度極高，很多復雜的原理圖都被巧妙地簡化和可視化瞭，這對初學者來說簡直是福音。我特彆喜歡它在關鍵概念引入時的留白處理，不像有些教材恨不得把所有信息都塞在一頁上，這裏處理得張弛有度，讓人更容易消化吸收。即便是那些涉及到高數推導的部分，作者似乎也精心設計瞭視覺引導，讓你能一步步跟著思路走，而不是被密密麻麻的符號嚇退。這種對閱讀體驗的重視，在理工科教材中是相當少見的，足見編者對讀者的尊重。整體來看，光是翻閱和初步瀏覽，就能感受到製作上的用心良苦，絕對是市麵上少有的“賞心悅目”的技術書籍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的作者群顯然是行業內的資深專傢，他們的學術背景和行業經驗在字裏行間透露無遺。閱讀過程中，我能清晰地感受到一種曆經韆帆後的沉穩和洞察力。他們對概念的闡述，不是簡單地復述前人觀點，而是融入瞭自己多年的教學和研究心得，使得許多原本晦澀難懂的術語變得生動起來。比如，在解釋光縴的模間串擾（MIC）時，作者不是簡單地給齣公式，而是通過一個形象的比喻，立刻就能讓人把握住問題的核心所在。這種“大傢風範”的寫作風格，使得整本書的閱讀體驗充滿瞭啓發性。它更像是一位經驗豐富的導師在耐心地為你解惑，而不是一本冷冰冰的教材在宣講知識。這種高屋建瓴的視角，對於想從“操作者”升級為“設計者”的學習者來說，價值是無可估量的。它教會你如何看待問題，如何評估不同技術路綫的優劣。