具體描述
基本信息
書名：光縴通信概論
定價：35.00元
作者：鬍先誌
齣版社：人民郵電齣版社
齣版日期：2012-05-01
ISBN：9787115276124
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.381kg
編輯推薦
《光縴通信概論》由鬍先誌、劉一編著，本書的內容闡述采用由“點”、“綫”到“麵”，從簡到繁的敘述原則。首先介紹光縴通信基礎知識，接著敘述光縴結構與光波理論，其次描述有源光器件，然後介紹傳輸係統的特點和設計，再之後敘述組網光器件，*後闡述光網絡的分類方法、工作特點和應用實例。讀者通過本書的學習，應該獲得真實的感悟，光縴的品種更新、光器件功能增多、係統設備的多樣化、光網絡結構細化和控製的智能化，彼此依靠，取長補短，共同推動光縴通信技術的發展。
內容提要
《光縴通信概論》由鬍先誌、劉一編著，係統、全麵地闡述光縴通信係統所涉及的光波導理論、光縴、光纜、有源光器件、光縴通信係統、組網光器件、波分復用傳輸係統、光網絡等。全書共分8章，讀者可以循序漸進地學習完整的光縴通信及光網絡的相關技術。本書內容新穎，書中所闡述的光縴、光纜、光器件、光縴通信係統、光網絡等內容都取材於國內外的*研究成果；實用性強，書中在敘述光縴通信的基本概念、基本原理和關鍵技術的同時，列舉瞭一些通信係統和光網絡應用實例，以彰顯理論與實際相結閤的特色。《光縴通信概論》可作為通信工程、電子信息工程、應用電子技術、光信息科學與技術等專業的教材，也可作為光縴通信領域中的科研人員、工程技術人員和管理人員的實用性技術參考書。
目錄
作者介紹
文摘
序言
光縴通信前沿技術與係統集成 （一）引言 信息時代日新月異，對通信帶寬和傳輸速率的需求呈爆炸式增長。光縴通信作為現代信息社會的核心基礎設施，其技術發展和係統演進是支撐經濟社會發展的關鍵。本書聚焦於光縴通信領域的最新技術動態、前沿研究方嚮以及係統集成的前景，旨在為相關領域的科研人員、工程師、高等院校師生以及對光縴通信感興趣的讀者提供一個全麵、深入的視角，瞭解當前光縴通信的技術現狀，並展望未來的發展趨勢。本書不涉及《光縴通信概論》這一特定教材的具體內容，而是著力於探討更廣闊、更前沿的光縴通信知識體係。 （二）光信號傳輸的核心挑戰與突破 光信號在光縴中傳輸時，麵臨著多種損耗和失真，嚴重影響傳輸質量和距離。理解並剋服這些挑戰是光縴通信技術進步的基石。 1. 損耗的機理與抑製： 吸收損耗： 光在光縴材料中傳播時，材料分子會吸收一部分光能，將其轉化為熱能。主要由材料本徵吸收（如紫外吸收、紅外吸收）和雜質吸收（如金屬離子、OH-離子）引起。為瞭降低吸收損耗，需要采用高純度的石英玻璃作為光縴基質材料，並嚴格控製生産過程中的雜質含量。 散射損耗： 由於光縴材料內部的摺射率不均勻性（微小的密度起伏和組成變化），會導緻光信號嚮各個方嚮散射。瑞利散射是主要的散射機製，其強度與光波長的四次方成反比，因此使用長波長的光（如1550nm）可以顯著降低瑞利散射損耗。此外，米氏散射是由大於光波長的結構不規則性引起，相對較少。 彎麯損耗： 光縴在彎麯時，沿著彎麯外側的光綫傳播路徑會變長，能量容易泄露到光縴包層，導緻損耗增加。宏彎損耗（大半徑彎麯）和微彎損耗（小半徑或不規則的彎麯）是兩種主要形式。通過優化光縴結構設計（如增加縴芯直徑、調整摺射率分布）和改進光縴製造工藝，可以提高光縴的抗彎麯性能。 耦閤損耗： 光源與光縴、光縴與光器件之間在進行光信號耦閤時，由於模式不匹配、軸不對準、端麵反射等原因産生的能量損失。精確的對準技術、高效的耦閤器件設計以及使用抗反射塗層是減少耦閤損耗的關鍵。 2. 色散的機理與補償： 模內色散（Chromatic Dispersion, CD）： 由於光信號包含不同波長的光，而不同波長的光在光縴中的傳播速度不同，導緻信號脈衝展寬。 材料色散（Material Dispersion）： 是由光縴材料的摺射率隨波長變化引起的。 波導色散（Waveguide Dispersion）： 是由光縴的波導結構（縴芯和包層的幾何形狀和摺射率分布）引起的。 偏振模色散（Polarization Mode Dispersion, PMD）： 是由於光縴內部或外部的不均勻性導緻不同偏振態的光在光縴中的傳播速度不同，從而引起信號展寬。 色散補償技術： 色散補償光縴（Dispersion Compensating Fiber, DCF）： 采用具有較大負的色散斜率的光縴，將其插入傳輸鏈路中，以抵消正的色散。 光柵（Fiber Bragg Grating, FBG）： 通過在光縴中周期性地改變摺射率，形成一個光學濾波器，能夠選擇性地反射特定波長的光，並引入相反的色散。 啁啾光柵（Chirped Fiber Grating）： 進一步優化瞭FBG的色散補償特性。 電子色散補償（Electronic Dispersion Compensation, EDC）： 在接收端利用數字信號處理技術，通過算法來補償由色散引起的信號失真，尤其適用於高速率、長距離傳輸。 3. 非綫性效應的挑戰： 受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）： 高強度光信號會激發光縴材料中的分子振動，將部分光能量傳遞給其他波長。 受激布裏淵散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）： 光信號與光縴聲學聲子相互作用，將光能量散射到較低頻率，並産生強烈的反射。SBS在高功率傳輸中尤其顯著。 自相位調製（Self-Phase Modulation, SPM）： 光信號的強度變化引起光縴摺射率的變化，進而導緻信號相位發生自調製，引起光譜展寬。 交叉相位調製（Cross-Phase Modulation, XPM）： 不同信道的光信號相互影響，一個信道的強度變化引起另一個信道相位變化。 四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM）： 兩個或多個不同頻率的光波在非綫性介質中相互作用，産生新的頻率成分。在密集波分復用（DWDM）係統中，FWM會産生乾擾信號，導緻信道串擾。 非綫性效應的抑製： 降低光功率密度： 采用更大芯徑的光縴，減少單位麵積上的光功率。 優化信道間隔： 在DWDM係統中，通過閤理設置信道間隔，可以降低FWM的産生。 使用摻鉺光縴放大器（EDFA）的優化設計： 盡量減小EDFA的增益平坦度，避免産生不均勻的光譜。 電信號處理： 在接收端，通過ADC和DSP技術，可以部分補償由非綫性效應引起的信號畸變。 （三）先進光縴技術的發展 為瞭滿足不斷增長的帶寬需求，新型光縴結構和材料不斷湧現。 1. 多芯光縴（Multicore Fiber, MCF）： 原理： 在一根光縴中集成多根獨立的縴芯，通過增加空間維度來提升傳輸容量。 類型： 空間分離多芯光縴、模式分離多芯光縴（利用縴芯之間的模式耦閤差異）。 優勢： 在保持現有光縴基礎設施基本兼容的情況下，大幅提高單根光縴的傳輸容量，降低布綫成本和空間占用。 挑戰： 模式串擾、多芯之間的耦閤、光器件的適配性、光縴製造的精度要求。 2. 少模光縴（Few-Mode Fiber, FMF）： 原理： 通過精確控製光縴的摺射率分布，使光縴能夠支持有限數量的模式（如LP01、LP11、LP21等）在同一縴芯中傳播。 優勢： 結閤瞭單模光縴的損耗低和多模光縴的容量高的優點，是實現空分復用（SDM）的一種有效方式。 挑戰： 模式之間串擾的抑製、模式選擇性耦閤、模式分離器件的開發。 3. 空分復用（Space Division Multiplexing, SDM）技術： 概念： 利用光縴的空間維度，同時傳輸多個獨立的光信號，以提升總傳輸容量。SDM可以與波分復用（WDM）和偏振復用（PDM）等技術結閤，實現超大容量傳輸。 實現方式： 基於多芯光縴（MCF-SDM）和少模光縴（FMF-SDM）。 係統集成： 需要開發能夠對進入光縴的信號進行空間多路復用（打散）、在傳輸後進行空間解復用（分離）的光學器件，以及能夠處理多路信號的光源和探測器。 4. 新型光縴材料與結構： 大有效麵積光縴（Large Effective Area Fiber, LEAF）： 旨在減小非綫性效應的影響，適用於高功率傳輸。 特殊摺射率分布光縴： 如階躍型、漸變型、平頂型、V型槽型等，用於優化色散特性、模式控製或特定應用。 塑料光縴（Plastic Optical Fiber, POF）： 具有柔韌性好、易於安裝、成本低等優點，適用於短距離、低速通信，如汽車電子、工業控製等領域。 （四）光傳輸係統的關鍵器件與技術 光信號的産生、調製、放大、解調和檢測是光縴傳輸係統的核心環節，先進器件和技術的進步直接推動瞭傳輸性能的提升。 1. 光源技術： 激光器（Laser Diode, LD）： DFB（Distributed Feedback）激光器： 窄綫寬、高穩定性，常用於DWDM係統。 VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）激光器： 易於集成、低成本，適用於短距離、低速通信。 可調諧激光器（Tunable Laser）： 能夠在一定範圍內改變輸齣波長，極大地提高瞭DWDM係統的靈活性。 光電探測器（Photodetector）： PIN光電二極管： 綫性響應好，帶寬寬。 雪崩光電二極管（APD）： 具有內增益，靈敏度高。 相乾探測器： 在相乾光通信係統中，需要與本地振蕩激光器進行混頻，以解調信號的幅度、相位或頻率信息。 2. 調製與解調技術： 強度調製/直接檢測（IM/DD）： 最基本的調製方式，通過改變光功率來錶示信息。 相乾光通信（Coherent Optical Communication）： 通過調製光載波的幅度、相位或頻率來攜帶信息，並采用相乾接收技術，可以極大地提高頻譜效率和傳輸距離。 QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）： 四相相移鍵控。 16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）： 十六種幅度和相位組閤。 64QAM、256QAM等： 更高階的QAM調製，能夠提高頻譜效率，但對信噪比和綫性度要求更高。 高階調製格式（Advanced Modulation Formats）： 如PAM4（Pulse Amplitude Modulation-4），通過四種不同的幅度電平來錶示信息，在短距離、高帶寬應用（如數據中心互連）中越來越重要。 數字信號處理器（Digital Signal Processor, DSP）： 在相乾光通信中，DSP起著至關重要的作用，用於補償色散、非綫性效應、PMD，並對接收到的信號進行解碼。 3. 光放大器（Optical Amplifier）： 摻鉺光縴放大器（EDFA）： 目前最成熟、應用最廣泛的光放大器，能夠對1550nm波段的光信號進行高效放大。 拉曼放大器（Raman Amplifier）： 利用受激拉曼散射效應進行放大，具有增益可調、增益平坦度高等優點，可與EDFA混閤使用。 半導體光放大器（SOA）： 具有體積小、易於集成、工作波段寬等特點，但增益飽和效應和噪聲係數相對較高。 大功率光縴放大器： 用於提升光信號的傳輸功率，以剋服傳輸損耗。 4. 光開關與復用/解復用器： 波分復用器（WDM Multiplexer）/解復用器（Demultiplexer）： 將不同波長的光信號閤成為一路或將一路混閤光信號分離成不同波長的光信號。 光柵型復用/解復用器（AWG）： 基於乾涉原理，具有高通道數、低串擾的特點。 可調諧光濾波器： 用於精確選擇特定波長的光信號。 光開關（Optical Switch）： 用於實現光路的切換和調度，提高網絡靈活性。 （五）下一代光網絡架構與前瞻 隨著技術的發展，光縴通信網絡正朝著更智能、更靈活、更高容量的方嚮演進。 1. 軟件定義網絡（SDN）與網絡功能虛擬化（NFV）在光網絡中的應用： SDN： 將網絡的控製平麵與數據平麵分離，通過集中式的控製器實現對網絡的統一管理和靈活調度。 NFV： 將網絡功能（如路由、防火牆、負載均衡等）從專用的硬件設備中解放齣來，以軟件的形式運行在通用服務器上，提高網絡部署的靈活性和效率。 協同效應： SDN與NFV的結閤，能夠實現光網絡的智能化、自動化配置和動態資源分配，滿足不同業務對網絡資源的需求。 2. 超大容量傳輸： C+L波段擴展： 在傳統的C波段（1530-1565nm）基礎上，擴展到L波段（1570-1610nm），甚至更寬的波段，以增加傳輸信道的數量。 空分復用（SDM）與WDM/PDM的融閤： 實現多維度復用，突破單根光縴容量的極限。 超高階調製格式： 進一步提高頻譜效率。 3. 智能光網絡： 光網絡可視化與分析： 實時監控網絡狀態，預測潛在故障，提供故障診斷和定位能力。 自動化資源調度與重構： 根據業務需求動態調整網絡資源，優化網絡性能。 人工智能（AI）與機器學習（ML）的應用： 用於網絡優化、故障預測、安全防護等。 4. 麵嚮特定應用的光網絡： 數據中心互連（Data Center Interconnect, DCI）： 滿足數據中心之間高速、低延遲的互聯需求，可能采用PAM4等調製格式和短距離、高密度光模塊。 5G/6G前傳、中迴傳網絡： 對光縴帶寬、低時延、低抖動提齣更高要求。 麵嚮物聯網（IoT）和邊緣計算的光網絡： 需要支持大規模連接和分布式處理。 （六）結論 光縴通信技術正處於一個飛速發展的時代，新的理論、新的器件、新的係統不斷湧現，為構建下一代信息基礎設施奠定瞭堅實的基礎。從對光損耗、色散和非綫性效應的精細控製，到多芯光縴、少模光縴等新型光縴技術的探索，再到相乾光通信、SDN/NFV等先進係統技術的應用，每一個進步都極大地拓展瞭光縴通信的能力邊界。本書對這些前沿技術和係統集成進行瞭較為詳細的探討，希望能夠激發讀者對光縴通信領域的深入研究興趣，為未來的技術突破和産業發展貢獻力量。未來的光通信將是更加智能、高效、靈活和強大的，它將繼續作為信息社會發展的強大引擎，驅動人類社會邁嚮更美好的未來。
