激光技术与光纤通信实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周建华，兰岚 编

图书标签:

• 激光技术
• 光纤通信
• 实验教学
• 光电子技术
• 通信工程
• 物理实验
• 高等教育
• 理工科
• 通信原理
• 光波技术

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301266090

版次：1

商品编码：11876956

包装：平装

丛书名： 21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材

开本：16开

出版时间：2015-12-01

用纸：胶版纸

页数：188

字数：269000

编辑推荐

　　本书可作为电子科学与技术专业（光电工程与光通信方向）、光信息科学与技术专业的本科生及研究生的实验教材或参考书，也可供相关专业的工程技术人员和高校教师参考。

内容简介

　　本书包括激光原理与技术和光纤通信两方面的实验内容，内容包含激光原理与技术和光纤通信技术两大课程的相关实验项目，以及实验项目内涉及的实验仪器工作原理的介绍。*书分为三大部分：*一部分介绍激光原理与技术的实验项目（7个），包括He-Ne激光器的组装调试和增益系数的测量、He-Ne激光器的模式分析、Nd:YAG倍频电光调Q激光的参数测量等；第二部分介绍光纤通信技术的实验项目（12个），包括光纤通信基础实验6个、数字光纤通信实验2个、模拟光纤通信实验1个、波分复用实验1个、光纤光栅实验1个和掺铒光纤放大器（EDFA）实验 1个；第3部分介绍实验项目内涉及的各种仪器和设备的工作原理和使用方法，如Nd:YAG激光器、激光束质量分析仪、光纤熔接机、光谱仪等。
　　本书可作为电子科学与技术专业（光电工程与光通信方向）、光信息科学与技术专业的本科生及研究生的实验教材或参考书，也可供相关专业的工程技术人员和高校教师参考。

目录

第一篇 激光原理与技术实验
实验1 He-Ne激光器的组装调试及其增益系数的测量 1
实验2 He-Ne激光器的模式分析 10
实验3 He-Ne激光束质量分析与参数测量 16
实验4 声光锁模与腔内选频单纵模激光实验 27
实验5 Nd:YAG电光调Q激光的参数测量 45
实验6 Nd:YAG倍频声光调Q激光参数测量 61
实验7 半导体激光二极管泵浦固体激光器实验 66
实验8 单光子计数实验 74
实验9 四象限探测器及光电定向实验 88
实验10 激光相位测距实验 98
第二篇 光纤通信实验
实验1 光纤切割与焊接技术实验 107
实验2 插入法测光纤的平均损耗系数 114
实验3 光时域反射计测量光纤链路特性 122
实验4 单模光纤的色散测量 128
实验5 光无源器件性能参数的测试 133
实验6 半导体激光器输出特性测量 147
实验7 数字光纤通信系统误码率的测量 158
实验8 信号眼图的测试 162
实验9 光波分复用系统的特性测量 167
实验10 掺铒光纤放大器结构设计与性能测试 177
参考文献 185

前言/序言

《光影的脉络：探寻现代信息传递的奥秘》 在信息爆炸的时代，我们无时无刻不沉浸在数据的洪流之中。从清晨唤醒你的手机闹钟，到夜晚你与远方亲友的视频通话，再到支撑起整个互联网世界的庞大网络，这一切的流畅运转都离不开一项至关重要的技术——信息的传递。而在这场信息传递的革命中，光，这个最古老也最神秘的媒介，正扮演着越来越核心的角色。本书将带领您穿越光影的脉络，深入理解现代信息传递背后的物理原理、关键技术以及它们如何共同编织起我们今日触手可及的数字世界。 第一章：信息的编码与数字的基石 在探讨光的应用之前，我们首先需要理解“信息”本身是如何被捕捉、处理和转化的。本章将从信息论的基本概念出发，介绍数字信息的核心——比特。我们将剖析模拟信号与数字信号的区别，以及为何数字信号能够实现如此高效、可靠的传输。您将了解到，从文字、图像到声音、视频，一切复杂的信息最终都可以被分解为一串串0和1的二进制代码。我们将探讨二进制编码的原理，以及各种常见的编码方式，例如ASCII码、Unicode等，它们是如何将人类的语言和情感转化为机器能够理解的语言。此外，本章还会涉及信息传输中的基本挑战，例如噪声、失真和损耗，以及数字信号在应对这些挑战时所展现出的强大优势。我们将初步了解采样、量化和编码等关键步骤，这些步骤是实现信息数字化和高效传输的基础。 第二章：电磁波的舞蹈：信息的载体 信息需要载体来传播，而在广阔的通信领域，电磁波无疑是最主要的载体之一。本章将深入探索电磁波的本质，理解其波粒二象性、频率、波长和振幅等基本属性。我们将介绍不同频段的电磁波在通信中的应用，从低频的无线电广播到高频的微波通信，再到如今成为信息高速公路主干的更高频段。您将了解，不同的电磁波频段拥有不同的传播特性和带宽，这直接影响了它们在通信中的适用范围和信息传输能力。本章还将阐述电磁波的产生与探测原理，以及如何通过调制技术将信息“搭载”到电磁波上，实现信息的无线传输。我们将接触到调幅（AM）、调频（FM）等经典调制方式，并为后续章节中更高级的光学调制技术打下基础。 第三章：晶体管的革命：计算的基石 如果没有强大的计算能力来处理海量的信息，信息的传递将毫无意义。本章将追溯现代电子技术的核心——晶体管的发展历程。我们将深入剖析半导体材料的特性，理解PN结的形成及其在二极管和三极管中的应用。您将了解到，晶体管是如何从一个微小的电子元件，发展成为构成集成电路（IC）的基本单元，并最终催生出计算机、智能手机等我们生活离不开的数字设备。我们将详细介绍晶体管的开关特性，以及它如何实现逻辑运算，构建出复杂的数字电路。本章还会探讨集成电路的设计与制造过程，以及摩尔定律对电子产业持续发展的推动作用。理解晶体管的原理，就是理解现代信息社会能够如此高效运转的内在逻辑。 第四章：数据的海洋：存储与管理的艺术 海量的信息需要被妥善地存储和高效地管理。本章将带您探索数据存储技术的演变，从早期的穿孔卡片、磁带，到如今的硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD），再到未来的存储技术。我们将详细介绍不同存储介质的工作原理，例如磁存储、闪存技术以及光学存储的潜力。您将了解到，存储密度、读写速度、稳定性和成本是衡量存储技术优劣的关键指标。本章还将触及文件系统、数据库管理系统等软件层面的技术，它们是如何组织、检索和管理海量数据的，保证信息的可访问性和完整性。我们还将讨论数据安全与备份的重要性，以及当前在数据保护方面所面临的挑战。 第五章：网络的世界：连接的脉络 信息的价值在于其流动与共享，而网络正是实现这一切的桥梁。本章将深入剖析计算机网络的构成与原理，从局域网（LAN）到广域网（WAN），再到互联网（Internet）。我们将介绍网络拓扑结构、通信协议（如TCP/IP协议栈）以及数据包的传输过程。您将了解到，路由器、交换机等网络设备是如何协同工作，将数据从源头发送到目的地。本章还会探讨不同类型的网络连接方式，例如以太网、Wi-Fi以及蜂窝网络，以及它们在速度、覆盖范围和可靠性上的差异。我们将初步接触到网络安全的概念，包括防火墙、加密技术等，它们是如何保障网络通信的安全。 第六章：数字信号的处理：算法的力量 数字信号一旦被传输和存储，就需要进行各种处理，以提取有用的信息、压缩数据、去除噪声或者进行分析。本章将重点介绍数字信号处理（DSP）的基本概念和核心技术。您将了解到，滤波、变换（如傅里叶变换）、压缩编码（如JPEG、MP3）等算法是如何在数字域中对信号进行操作的。我们将探讨这些算法的数学原理，以及它们在图像处理、音频处理、语音识别等领域的广泛应用。本章还会涉及一些高级的信号处理技术，例如自适应滤波和机器学习在信号处理中的应用，它们如何让信号处理系统更加智能和高效。 第七章：用户界面：人机交互的直观体验 再先进的技术，最终也需要与人交互。本章将聚焦于用户界面（UI）和用户体验（UX）的设计理念。我们将探讨图形用户界面（GUI）的出现如何彻底改变了人们与计算机交互的方式。您将了解到，直观、易用的界面设计能够极大地提高信息的可访问性和用户的满意度。本章还会涉及不同交互方式的发展，例如命令行界面（CLI）、触摸屏界面、语音界面以及新兴的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）界面。我们将讨论用户中心设计原则，以及如何通过合理的布局、清晰的导航和有效的反馈，为用户创造流畅、愉悦的数字体验。 第八章：数据可视化：洞察数字背后的故事 当面对海量数据时，纯粹的数字往往难以理解其内在的规律和趋势。本章将引导您进入数据可视化的世界。我们将介绍将数据转化为图形、图表和地图等视觉形式的方法。您将了解到，各种图表类型（如柱状图、折线图、散点图、饼图）如何能够直观地展示数据的分布、比较和关系。本章还将触及更高级的可视化技术，例如交互式可视化、地理信息可视化以及3D可视化，它们如何帮助我们更深入地洞察数据，发现隐藏的模式和洞见。我们将讨论优秀的数据可视化作品所具备的特点，以及如何通过视觉元素的设计，有效地传达复杂的信息。 第九章：信息安全：守护数字世界的盾牌 随着信息化的深入，信息安全的重要性日益凸显。本章将全面审视信息安全领域的挑战与对策。我们将介绍常见的网络攻击手段，例如病毒、木马、钓鱼攻击、DDoS攻击等，以及它们对个人和企业造成的潜在威胁。您将了解到，加密技术（如对称加密和非对称加密）、身份认证、访问控制等安全机制是如何构建数字世界的安全屏障的。本章还会探讨隐私保护的重要性，以及当前在数据泄露和个人信息滥用方面的法律法规和技术解决方案。我们将讨论安全意识的培养，以及个人和组织在信息安全方面应该采取的防护措施。 第十章：未来的脉动：前沿技术展望 信息传递和处理的技术仍在不断发展，本章将带领您展望未来的脉动。我们将探讨当前活跃的研究领域，例如人工智能（AI）在信息处理中的颠覆性应用，如何通过机器学习和深度学习来自动化信息分析、优化通信网络、甚至创造新的信息生成方式。您还将了解到，物联网（IoT）将如何连接数以亿计的设备，产生海量的数据流，并对信息处理和传输提出新的挑战。本章还会涉及量子计算对信息加密和数据处理的潜在影响，以及新兴的生物信息学和脑机接口等技术，它们可能为信息交互和传递带来革命性的变革。我们对未来的展望，将基于当前技术发展的趋势和科学研究的前沿。 本书旨在为您构建一个关于信息传递和处理的完整图景，从最基础的数字编码到最前沿的未来技术。我们希望通过对这些关键技术领域的深入浅出地探讨，能够激发您对信息时代的好奇心，并理解我们所处的数字世界是如何被这些“光影的脉络”所连接和塑造的。

评分☆☆☆☆☆

这本书在“光纤的制造与测试”部分给我的感受是，它过于偏重于宏观的传输损耗测量和几何尺寸的校准，例如折射率剖面的测试方法，以及如何使用OTDR（光时域反射仪）定位故障点。这些都是工程运维中常用的技能，对于现场工程师来说或许很有用。然而，我真正想了解的是那些影响光纤长期可靠性和性能的关键因素：比如氢致吸收（Dihydrogen-induced absorption）在长期高湿环境下的影响机制，或者光纤在弯曲半径极小时的应力双折射如何影响偏振态的保持能力。我期望书中能包含对新型低损耗掺杂材料的研究，以及光纤拉丝过程中对核心网应力的精确控制技术。此外，对于特种光纤——比如中空芯光纤或高非线性光纤（HNLF）——的制造工艺难点和其独特的物理特性，书中几乎没有涉及。目前的叙述更像是对标准单模光纤（SMF-28）的常规操作手册的扩展，缺乏对材料科学在光纤性能突破中的驱动作用的探讨，使得这本书在材料和器件层面显得不够“硬核”。

评分☆☆☆☆☆

这本书拿到手的时候，我原本期待能深入了解一些前沿的纳米光子学器件设计原理，比如如何通过超材料结构来调控光的行为，实现更精密的传感或者更高效的能量收集。我对光场调控的兴趣点主要集中在那些打破传统衍射极限的创新技术上，比如近场扫描光学显微镜（NSOM）在材料表面缺陷分析中的应用，或者新型光捕获结构在太阳能电池中的集成方案。然而，整本书的侧重点似乎更偏向于基础的光学元件操作和较为成熟的通信系统搭建。它详细地描述了如何搭建一个简单的干涉仪，或者如何计算光纤中的损耗和色散参数，这些内容虽然扎实，但对于已经有一定光学背景的读者来说，略显基础和保守。我更希望看到的是关于量子点、铌酸锂波导或者集成光子学芯片的最新进展，比如如何利用光子集成电路（PIC）技术，将复杂的系统小型化，并在高速数据中心中实现低功耗的信号处理。如果书中能够加入一些关于机器学习在光通信系统优化中的应用案例，或者关于太赫兹波段光电调制的探讨，那将会大大提升其前沿性和吸引力。总而言之，它更像是一本为初学者准备的“入门指南”，而非探索未知领域的“探险地图”。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的结构感到有些困惑，因为它似乎在“技术基础”和“系统应用”之间摇摆不定，但没有一个环节能够做到深入。比如，在讨论光电器件时，它花了大量篇幅介绍PIN光电二极管的基本工作原理和等效电路模型，这在任何一本半导体物理教材中都能找到。我更感兴趣的是高带宽雪崩光电二极管（APD）在接收端噪声优化方面的最新进展，特别是如何通过冷却或偏置电压的精细控制来压制暗电流，以应对数十Gbps以上的突发数据流。再者，在通信系统章节，它讲解了强度调制与直接检测（IM/DD）的链路预算计算，这属于入门级的课程内容。真正具有挑战性的是相干检测技术，例如如何设计和校准本振光，以及如何在接收端实现复杂的数字信号处理（DSP）来补偿光纤中的偏振模色散（PMD）和非线性效应。这本书对这些关键的现代通信技术避而不谈，使得其技术深度远未达到专业参考书的标准。读完后，我感觉自己对“如何搭建一个基础的收发模块”有所了解，但对于“如何构建一个能够抵抗真实世界复杂传输损耗的超高速光网络”依然感到迷茫。

评分☆☆☆☆☆

作为一名热衷于探究光纤传感技术发展方向的工程师，我翻阅这本书时，主要关注了分布式传感和新型传感介质的章节。我非常期待看到诸如布里渊散射（BS）或拉曼散射（RS）在实时温度和应变监测中的高级应用，特别是那些涉及光纤光栅（FBG）阵列的解调算法优化。我希望书中能够提供更复杂的信号处理流程，比如如何利用傅里叶变换或者小波分析来有效分离不同反馈源的信号，从而提高传感网络的信噪比和空间分辨率。然而，书中对光纤特性的讨论，更多地停留在模式场直径（MFD）和有效面积的计算上，这些是构建通信链路时的基础参数，与我所关注的基于光纤非线性效应的传感应用关联性不强。我曾希望书中能包含一些关于全光信号处理网络的讨论，比如如何利用光纤延迟线实现信号的存储和交换，或者如何利用非线性效应进行波长转换，以扩展传感网络的可寻址范围。这本书在传感应用上的覆盖面显得有些狭窄，主要聚焦于较为经典的强度调制和相位调制原理，对于利用光纤非线性进行更智能、更精细测量的技术路线，着墨太少。

评分☆☆☆☆☆

我花了大量时间研究这本书里关于激光安全规范和光谱分析的部分，因为我目前的工作涉及到高功率激光器在材料加工中的应用，对操作规程和安全距离的精确计算非常关注。我特别留意了其中关于不同波长激光对人体组织损伤阈值以及推荐的防护眼镜选择标准。遗憾的是，这部分内容写得比较笼统，仅仅停留在国际标准（如IEC 60825-1）的引用层面，缺乏具体的工程实例分析。例如，当我们在一个复杂的工业环境中，同时使用多种激光源时，如何进行叠加风险评估，书中并未给出深入的指导。此外，对于新型非线性晶体（如PPLN）在超快激光产生中的应用，以及如何通过自相关测量来精确表征飞秒脉冲的啁啾情况，书中几乎没有涉及。我原本希望能看到一些关于锁模机制的详细对比，例如克尔透镜锁模与半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模在稳定性和脉冲形状控制上的优劣分析。目前的论述更像是对现有成熟仪器的说明书的文字化复述，缺乏对底层物理机制的深刻挖掘和工程实践的优化策略讨论。对于追求极致脉冲性能的科研人员来说，这本书提供的帮助非常有限。