光纤通信(第3版)(“十二五”职业教育国家规划教材 经全国职业教育教材审定委员会审定) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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乔桂红，辛富国 编

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• 光纤通信
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• 通信原理
• 光电子技术
• 信息技术
• 物理学

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115360045

版次：3

商品编码：11526297

包装：平装

丛书名： 21世纪高职高专电子信息类规划教材

开本：16开

出版时间：2014-09-01

用纸：胶版纸

页数：296

正文语种：中文

内容简介

　　本书为“十二五”职业教育国家规划教材。
　　本书对光纤通信做了全面、系统的介绍，内容包括光纤通信系统的组成、光纤和光缆、有源光器件和无源光器件、光端机、SDH传送网、WDM技术、光纤通信系统设计及光纤通信涉及的新技术(MSTP、ASON、OTN、PTN、全光网等)，最后介绍了光纤通信实训方面的知识。
　　本书紧扣行业标准和规范，具有较强的实用性，既可作为高职高专院校通信、电子信息类相关专业的教材，也可作为光纤通信技术人员的培训用书，并可作为技能鉴定的参考用书。

内页插图

目录

第1章　光纤通信概述　1
1．1　光纤通信的发展史　1
1．2　光纤通信的光波波谱　3
1．3　光纤通信系统的组成　4
1．4　光纤通信系统的特点及应用　5
1．4．1　光纤通信的特点　5
1．4．2　光纤通信的应用　6
1．5　光纤通信的发展趋势　6
实践项目与教学情境　8
小结　8
思考题与练习题　8

第2章　光纤和光缆　9
2．1　光纤的结构、分类和标准　9
2．1．1　光纤的结构　9
2．1．2　光纤的分类　10
2．1．3　光纤标准　13
2．2　光纤的导光原理　16
2．3　光纤特性　22
2．3．1　光纤的几何特性　23
2．3．2　光纤的传输特性　25
2．3．3　光纤的机械特性　30
2．3．4　光纤的温度特性　31
2．4　光缆的结构和种类　32
2．4．1　光缆的结构　32
2．4．2　光缆的种类　36
2．4．3　光缆的型号和规格　38
2．4．4　光缆端别与纤序的识别　41
2．5　光纤的熔接　41
2．5．1　光纤熔接机的分类　41
2．5．2　光纤熔接机的工作原理　42
2．5．3　光纤熔接的工作步骤　43
2．5．4　熔接质量评判　44
2．5．5　光纤接续时常见故障的处理　45
2．5．6　熔接机的保养及注意事项　46
2．6　光纤的冷接　47
实践项目与教学情境　50
小结　50
思考题与练习题　51

第3章　通信用光器件　52
3．1　光源　52
3．1．1　激光器的工作原理　53
3．1．2　半导体激光器　57
3．1．3　分布反馈半导体激光器　60
3．1．4　量子阱半导体激光器　61
3．1．5　发光二极管　61
3．1．6　半导体光源的应用　63
3．2　光电检测器　64
3．2．1　光电检测器的工作原理　64
3．2．2　PIN光电二极管　65
3．2．3　雪崩光电二极管　66
3．2．4　光电检测器的特性　67
3．3　无源光器件　69
3．3．1　光纤连接器　69
3．3．2　光衰减器　71
3．3．3　光耦合器　71
3．3．4　光隔离器与光环行器　73
3．3．5　光开关　74
3．3．6　光波长转换器　74
3．3．7　光波分复用器　75
3．3．8　光滤波器　76
3．3．9　光纤光栅　76
3．4　光放大器　77
3．4．1　光放大器的概念与分类　77
3．4．2　EDFA的基本结构与工作原理　78
3．4．3　EDFA的工作特性　80
3．4．4　EDFA的应用　82
实践项目与教学情境　82
小结　82
思考题与练习题　83

第4章　光端机　84
4．1　光发送机　85
4．1．1　光发送机的基本组成　85
4．1．2　光源的调制　87
4．1．3　自动功率控制和温度控制　89
4．1．4　光发送机的主要指标　90
4．2　光接收机　90
4．2．1　光接收机的基本组成　90
4．2．2　光接收机的噪声特性　92
4．2．3　光接收机的主要指标　93
4．3　光中继器　94
实践项目与教学情境　94
小结　94
思考题与练习题　95

第5章　SDH技术　96
5．1　SDH的产生和基本概念　96
5．2　SDH的速率与帧结构　99
5．3　映射原理与同步复用　102
5．3．1　基本复用映射结构　102
5．3．2　基本复用映射步骤　105
5．3．3　映射方法　105
5．3．4　复用方法　110
5．3．5　指针　115
5．4　SDH开销　121
5．4．1　段开销　122
5．4．2　通道开销　124
5．5　SDH传输网　131
5．5．1　SDH传输网的物理拓扑　131
5．5．2　SDH网元　131
5．6　SDH自愈网　134
5．6．1　自愈网的概念　134
5．6．2　线路保护倒换　135
5．6．3　ADM自愈环保护　136
5．6．4　DXC网形网保护　140
5．6．5　各种自愈保护比较　140
5．7　SDH网同步　141
5．7．1　网同步的工作方式　141
5．7．2　SDH网同步结构和同步方式　144
5．7．3　SDH网元的定时　146
5．8　SDH网络管理　148
5．8．1　SDH网管的基本概念　148
5．8．2　SDH网管功能　151
5．9　SDH故障处理与案例分析　152
实践项目与教学情境　153
小结　154
思考题与练习题　154

第6章　WDM系统　156
6．1　WDM技术概述　156
6．1．1　 WDM概述　156
6．1．2　WDM工作方式　158
6．1．3　WDM系统类型　159
6．1．4　WDM系统应用类型　160
6．2　WDM系统结构与设备　162
6．2．1　WDM系统的基本结构　162
6．2．2　WDM系统设备　163
6．2．3　WDM组网与网络保护　165
6．2．4　WDM系统的监控　168
6．2．5　WDM系统的网络管理　169
6．2．6　WDM系统的性能　170
6．3　WDM系统的关键技术　170
6．3．1　光源　170
6．3．2　光电检测器　173
6．3．3　光波长转换器　173
6．3．4　光放大器　173
6．3．5　光复用器和光解复用器　175
6．4　WDM系统规范　176
6．4．1　WDM波分配　176
6．4．2　WDM系统光接口　177
6．5　WDM系统案例分析　180
实践项目与教学情境　181
小结　181
思考题与练习题　182

第7章　光纤通信系统设计　183
7．1　损耗受限系统设计　184
7．2　色散受限系统设计　186
7．3　波分复用系统的设计　188
7．4　应用举例　189
实践项目与教学情境　191
小结　191
思考题与练习题　191

第8章　光纤通信新技术　192
8．1　MSTP技术　192
8．1．1　MSTP概述　192
8．1．2　MSTP的关键技术　194
8．1．3　内嵌RPR的MSTP　201
8．2　ASON技术　202
8．2．1　ASON概述　202
8．2．2　ASON连接类型　205
8．2．3　ASON设备现状及技术应用　206
8．3　OTN技术　207
8．3．1　OTN概述　207
8．3．2　OTN关键技术　208
8．3．3　OTN组网保护　209
8．3．4　OTN功能引入策略　212
8．4　PTN技术　213
8．4．1　PTN概述　213
8．4．2　PTN技术　214
8．4．3　PTN功能　215
8．4．4　PTN应用　216
8．5　光接入技术　216
8．5．1　光接入网的基本概念　216
8．5．2　无源光网络　218
8．5．3　混合光纤同轴网　220
8．6　全光通信网　223
8．6．1　全光网概述　223
8．6．2　全光网的光复用　225
8．6．3　全光网的光交换　227
8．7　相干光通信技术　230
8．8　光孤子通信技术　233
实践项目与教学情境　234
小结　234
思考题与练习题　235

第9章　光纤通信实训　236
9．1　2M塞绳的制作　236
9．1．1　学习目的　236
9．1．2　工具与器材准备　237
9．1．3　具体操作步骤　237
9．2　用背向散射法测量光纤的衰减和光纤的长度　238
9．2．1　学习目的　238
9．2．2　光时域反射仪的原理与使用　238
9．2．3　仪表、工具与器材准备　244
9．2．4　具体操作步骤　244
9．3　光纤通信设备的参观与认识　245
9．3．1　学习目的　245
9．3．2　系统准备　245
9．3．3　具体过程　246
9．4　光端机电性能参数测试　246
9．4．1　学习目的　246
9．4．2　仪表原理与使用　247
9．4．3　测量原理　247
9．4．4　仪表、工具准备　252
9．4．5　具体操作步骤　252
9．5　光端机平均发送光功率和消光比的测试　252
9．5．1　学习目的　252
9．5．2　仪表原理与使用　253
9．5．3　测量原理　254
9．5．4　仪表、工具准备　255
9．5．5　具体操作步骤　255
9．6　光端机接收灵敏度和动态范围的测试　256
9．6．1　学习目的　256
9．6．2　仪表原理与使用　256
9．6．3　测量原理　257
9．6．4　仪表、工具准备　258
9．6．5　具体操作步骤　258
9．7　光纤通信系统误码性能的测试　258
9．7．1　学习目的　259
9．7．2　仪表原理与使用　259
9．7．3　仪表、工具准备　276
9．7．4　测量系统图及具体操作步骤　277
9．8　光纤通信系统抖动性能的测试　277
9．8．1　学习目的　277
9．8．2　测量原理　277
9．8．3　仪表、工具准备　281
9．8．4　具体操作步骤　281
9．9　电路的开放与调度　283
9．9．1　学习目的　283
9．9．2　材料准备　283
9．9．3　具体操作步骤　283
9．10　系统告警与故障处理　284
9．10．1　学习目的　284
9．10．2　常见的告警及故障现象与故障处理　284
9．11　光缆线路维护案例分析　291
小结　295
思考题与练习题　296

前言/序言

光纤通信：跨越时空的脉络，连接未来的桥梁 在信息爆炸的时代，数据传输的速度和容量的需求日益增长，如何构建更高效、更可靠的通信网络成为人类社会发展的重要课题。光纤通信，作为一种革命性的信息传输技术，凭借其巨大的带宽、低损耗、抗干扰性强等优势，已成为现代通信网络的基石，深刻地改变着我们的生活、工作乃至整个社会的运作方式。它如同无数 invisible 的脉络，横跨大陆、深潜海底，将全球紧密地连接在一起，驱动着数字经济的蓬勃发展，推动着科技创新的前沿步伐。 一、 光纤通信的演进之路：从电信号到光信号的飞跃 回溯历史，人类通信经历了从烽火、信鸽到电报、电话的漫长演进。每一次技术的革新，都极大地拓展了信息的传播范围和速度。然而，传统的电信号传输面临着信号衰减快、易受电磁干扰、传输带宽有限等诸多瓶颈，难以满足日益增长的信息传输需求。 光纤通信的出现，标志着人类通信能力的一次质的飞跃。它巧妙地利用光作为信息载体，通过特制的光导纤维进行信息传输。光信号相比电信号，具有以下显著优势： 超大带宽： 光的频率远高于电磁波，能够承载的信息量呈指数级增长。一根细细的光纤，其信息承载能力远超同等数量的铜线。 极低损耗： 高质量的光纤在传输过程中损耗极低，使得信号能够传输更远的距离，从而大大减少了信号中继器的数量，降低了网络建设和维护成本。 抗电磁干扰： 光纤是非导体材料，对电磁干扰免疫，确保了通信信号的纯净和稳定，尤其是在复杂的电磁环境下。 保密性强： 光信号不易被窃听，保证了通信的安全性和私密性。 体积小、重量轻： 光纤直径通常仅为微米级别，比铜线更纤细，极大地节省了通信线路的物理空间，便于敷设和维护。 正是凭借这些卓越的特性，光纤通信在短短几十年的时间里，从实验室走向实际应用，迅速取代了传统的铜线通信，成为全球信息高速公路的主干。 二、 光纤通信的核心组成：光、纤、器件的协同之舞 要实现光信号的高效传输，离不开光纤通信系统的三大核心要素：光源（光产生）、光纤（光传输）、光电器件（光信号的产生、调制、解调和转换）。 1. 光源：点亮信息传递的明灯 光纤通信的光源是产生光信号的关键。目前主流的光源包括激光器（Laser Diode, LD）和发光二极管（Light Emitting Diode, LED）。 激光器： 具有单色性好、方向性强、相干性高等特点，能够产生窄而集中的光束，非常适合长距离、高速传输。在现代光纤通信系统中，多模激光器和单模激光器被广泛应用。单模激光器输出的光波长单一，模式单一，能量集中，是实现超高速、超长距离通信的首选。 发光二极管： 结构简单、成本低廉，但其发光光谱较宽，方向性较差，适用于短距离、低速率的通信场景，例如在局域网（LAN）中。 2. 光纤：信息的无声载体 光纤是光信号传输的物理通道，其核心是纤芯，外层包裹着包层。纤芯和包层的折射率不同，利用全反射原理，将光信号限制在纤芯内传输。根据其结构和传输模式的不同，光纤主要分为两大类： 多模光纤（Multimode Fiber, MMF）： 纤芯直径较大（通常为50微米或62.5微米），可以支持多条光路（模式）同时传输。由于不同模式的光传输路径和速度不同，容易产生“模式色散”，限制了其传输距离和速率。多模光纤适用于短距离通信，如楼宇内布线、数据中心互连。 单模光纤（Single-mode Fiber, SMF）： 纤芯直径极小（通常为9微米），仅允许一条光路（基模）传输。消除了模式色散，传输损耗更低，带宽更大，是实现长距离、高速率通信的标准选择。目前全球的长途骨干网、海底通信缆线等都普遍采用单模光纤。 3. 光电器件：信号的魔法转换器 光电器件是光纤通信系统中实现电信号与光信号相互转换以及对光信号进行处理的关键。主要包括： 光调制器： 将电信号的数字信息编码到光信号的强度、相位或频率上，实现电信号向光信号的转换。 光探测器（光接收器）： 接收传输过来的光信号，并将其转换回电信号，以便后续处理。常见的有PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。 光放大器： 在光信号长距离传输过程中，弥补信号损耗，将微弱的光信号放大，延长传输距离。掺铒光纤放大器（EDFA）是目前最常用的光放大器。 光开关、光复用器/解复用器等： 用于实现光信号的路由、合并与分离，是构建复杂光网络的重要组成部分。 三、 光纤通信的应用场景：无处不在的信息脉络 光纤通信的触角已经深入到社会生产和生活的方方面面，构筑了现代信息社会的基础设施。 电信网络： 这是光纤通信最核心的应用领域。从跨国长途电话、互联网骨干网，到我们家中连接的宽带互联网，光纤网络都是信息高速流动的动脉。用户通过光纤接入终端，享受着前所未有的高速上网体验。 移动通信： 4G、5G乃至未来的6G移动通信系统，其基站之间的数据传输都严重依赖光纤回传网络。光纤提供了强大的带宽支持，确保了移动用户的高速、低延迟通信需求。 数据中心： 随着云计算、大数据、人工智能的兴起，数据中心扮演着越来越重要的角色。数据中心内部的高速互联，以及数据中心之间的大容量连接，都必须依靠光纤通信技术来实现。 有线电视网络（CATV）： 传统的模拟电视信号传输逐渐被数字化高清电视信号取代，光纤通信提供了传输大量高清视频信号所需的带宽。 工业自动化和控制： 在对数据传输可靠性和实时性要求极高的工业环境中，如智能工厂、电力系统、交通控制等，光纤通信因其抗干扰能力和高稳定性而被广泛应用。 军事和国防： 在军事通信、雷达系统、无人机侦察等领域，光纤通信的保密性、抗干扰性和高速率是不可或缺的关键技术。 医疗领域： 光纤内窥镜、医疗诊断设备的光传输等，都利用了光纤的特性。 四、 光纤通信的未来展望：无限可能的探索 尽管光纤通信已经取得了辉煌的成就，但其发展并未止步。随着科技的进步和应用需求的演变，光纤通信正朝着更高速度、更大容量、更智能化、更灵活的方向发展。 更高速度与更大容量： 新一代光器件和调制格式的研究，如相干光通信、空分复用（SDM）等技术，将进一步突破光纤的传输极限，实现 Tbps 甚至 P bps 级别的传输速率。 智能化与网络化： 光网络将更加智能化，通过软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等技术，实现网络资源的动态分配、智能调度和故障自愈，提高网络运维效率和用户体验。 向更深更广的领域延伸： 光纤通信将继续向更远的距离（如深空通信）、更小的终端（如物联网设备）以及更复杂的场景（如水下通信）拓展。 与新兴技术的融合： 光纤通信将与人工智能、区块链、量子通信等前沿技术深度融合，催生出更多颠覆性的应用。例如，利用 AI 优化光网络设计和运行，利用量子密钥分发（QKD）提升通信的绝对安全性。 光纤通信，这根承载着人类智慧与文明的“信息之光”，将继续以其强大的生命力和无限的潜力，连接起世界的每一个角落，驱动着人类社会迈向一个更加互联、智能、高效的未来。它不仅仅是传输数据的媒介，更是信息时代蓬勃发展的关键引擎，是连接人与人、人与信息、信息与世界的永恒纽带。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性绝对是我最看重的一点。它并非仅仅停留在理论层面，而是真正地将理论与实践紧密结合。书中提供了大量与实际工程项目相关的案例分析，例如不同场景下光纤线路的敷设、光纤传感网络的部署、以及通信系统的故障排除等。这些案例让我能够将书本上的知识点活学活用，理解它们在真实世界中的应用价值。我对书中关于光纤的连接和测试方法的部分尤其感兴趣。它不仅详细讲解了光纤熔接机的操作步骤和注意事项，还介绍了OTDR（光时域反射仪）等测试仪器的使用方法，并教会我们如何解读测试报告，从而准确地判断光纤线路的质量和是否存在故障。这对于我们这些即将进入工作岗位的学生来说，简直是福音。此外，书中还对光通信工程项目的预算、成本控制以及项目管理等方面的内容有所涉及，这为我们将来从事相关工作打下了良好的基础。这本书就像一位经验丰富的工程师，手把手地教导我们如何将光纤通信技术应用到实际生产中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排逻辑清晰，章节过渡自然，让我能够循序渐进地学习。从最基础的光学基本概念讲起，例如光的传播、折射、衍射等，为后续理解光纤的原理打下了坚实的基础。接着，详细介绍了各种类型光纤的结构、制造工艺以及它们在不同应用场景下的优势和劣势，比如石英光纤、塑胶光纤等。书中对光纤的传输特性，如损耗、色散、非线性效应等，进行了细致的分析，并且针对这些问题，提出了很多实用的解决方案和优化方法。我尤其对书中关于光纤连接技术的部分印象深刻，从光纤的切割、研磨，到连接器和熔接，每一个步骤都讲解得非常到位，配以精美的插图，即使是初学者也能依葫芦画瓢般地掌握。此外，本书还涉及了光纤传感技术、光纤传感网络以及光纤通信在各个领域的应用，例如在通信、医疗、工业自动化等方面的最新进展。通过阅读这些内容，我不仅学到了理论知识，还对光纤通信技术的广阔应用前景有了更直观的认识。这本书的语言风格也比较平实易懂，没有过多的专业术语堆砌，使得学习过程更加轻松愉快。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容确实非常丰富，涵盖了光纤通信领域的方方面面。从基础的光学原理，到各种光纤的类型和特性，再到光源、探测器等关键器件的介绍，这本书都做了深入浅出的讲解。特别是关于光纤损耗、色散等影响传输质量的因素，作者的分析非常透彻，并且提供了多种解决方案。在阅读过程中，我发现书中结合了大量的实例和图示，这使得一些比较抽象的概念变得容易理解。例如，在讲解多模光纤和单模光纤的区别时，书中通过生动的比喻和清晰的对比图，让我迅速掌握了它们的核心差异。此外，对于光纤网络的拓扑结构、传输协议以及一些前沿技术，如DWDM（密集波分复用）和OTN（光传送网）等，书中都有详细的阐述，这对于我了解当前光纤通信技术的最新发展非常有帮助。我特别欣赏的是，这本书不仅理论知识扎实，还非常注重实践应用。它提供了许多实际操作的指导，这对于我们这些希望将理论知识转化为实际技能的学生来说，无疑是宝贵的财富。总而言之，这本书为我构建了一个完整而系统的光纤通信知识体系，让我对这个领域有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的深度和广度都令人称赞。它并没有止步于基础知识的介绍，而是深入探讨了许多复杂而关键的技术细节。例如，在讲解光信号的产生和检测时，书中详细阐述了激光器、LED、PIN光电二极管、APD等器件的工作原理、关键参数和选择依据，并给出了大量的对比分析。对于光纤放大器，如EDFA（掺铒光纤放大器）的增益特性、噪声系数以及动态范围等，书中都有详尽的论述。我特别喜欢书中关于光纤传输系统设计的部分，它不仅介绍了各种传输模块和设备的性能指标，还指导读者如何根据实际需求进行系统集成和优化。例如，在设计一个长距离光通信链路时，需要考虑的各种因素，如信号衰减、色散补偿、误码率等，书中都给出了具体的计算方法和设计指导。此外，本书还对一些先进的光纤通信技术，如相干光通信、空分复用等进行了介绍，这为我们了解未来的发展趋势提供了宝贵的参考。总的来说，这本书不仅是学习光纤通信基础知识的良好教材，更是深入了解和掌握该领域前沿技术的重要参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式非常独特，它总能以一种意想不到的角度来阐释复杂的概念。我曾对某些深奥的光学原理感到困惑，但在这本书中，通过作者别出心裁的类比和比喻，这些难题迎刃而解。例如，在讲解光的干涉和衍射时，作者将其与日常生活中的现象联系起来，使得原本枯燥的物理概念变得生动有趣。对于光纤中的信号传播，书中运用了许多形象的比喻，例如将光信号比作在狭窄的管道中奔跑的粒子，将损耗比作管道的渗漏，将色散比作粒子速度的不一致，这些都极大地帮助我理解了光在光纤中传播的物理过程。书中对一些关键器件的介绍也别具一格，并非照本宣科地罗列技术参数，而是着重于讲解它们的设计理念和工作原理背后的逻辑。读完这本书，我感觉自己不仅仅是在学习知识，更是在与一位博学多才的导师进行一场深入的对话，他在引导我思考，启发我的灵感。这种学习体验是非常难得的，让我对光纤通信这个领域产生了更加浓厚的兴趣，并渴望进一步探索其奥秘。