9787030260970 通信光电子器件与系统的测量及仿真 科学出版社 赵同刚等 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵同刚等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030260970

商品编码：29424749373

包装：平装

出版时间：2017-07-01

基本信息

书名：通信光电子器件与系统的测量及仿真

定价：45.00元

作者：赵同刚等

出版社：科学出版社

出版日期：2017-07-01

ISBN：9787030260970

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.581kg

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内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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先进光电子技术在现代通信中的应用 概述 在信息爆炸的时代，通信技术的飞速发展是推动社会进步的重要引擎。而支撑起这一切的，正是不断突破的光电子器件与系统。本书深入探讨了通信光电子器件与系统的原理、设计、性能评估及实际应用，旨在为读者提供一个全面而深刻的理解框架。内容涵盖了光电子器件的基础理论、关键技术、最新的发展趋势，以及如何在复杂通信环境中进行有效的测量与仿真。 第一部分：通信光电子器件基础 1. 半导体光电子器件的物理基础 能带理论与pn结特性： 详细阐述半导体材料的能带结构，包括价带、导带和费米能级，以及它们如何影响载流子的行为。深入分析pn结的形成、载流子扩散与复合过程，以及由此产生的电场和势垒。重点介绍不同掺杂浓度对pn结特性和光电转换效率的影响。 发光机理（光子产生）： 讲解半导体材料中电子-空穴对的复合发光过程，包括直接带隙和间接带隙材料的区别及其在光电子器件设计中的意义。详细介绍激子发光、俄歇复合等发光损耗机制，并探讨如何通过材料选择和器件结构优化来提高量子效率。 光吸收机理（光子吸收）： 阐述光子与半导体材料相互作用，激发电子-空穴对的吸收过程。分析材料的吸收谱特性，以及不同波长光子与材料的耦合效率。讨论光限制效应和表面反射损耗，以及如何通过增透膜等技术来提高光吸收率。 载流子传输与复合： 深入研究载流子在半导体材料中的漂移和扩散运动，以及这些运动如何影响器件的响应速度和电流-电压特性。详细分析辐射复合和非辐射复合，包括 Shockley-Read-Hall (SRH) 复合和表面复合，并提出相应的抑制方法。 2. 关键通信光电子器件详解 半导体激光器（LD）： 工作原理： 深入剖析激光器产生激光的原理，包括粒子数反转、受激发射和光谐振腔的构建。详细介绍阈值电流、输出功率、谱线宽度、稳定性等关键参数。 结构类型： 详细介绍不同类型的半导体激光器，如双异质结激光器、量子阱激光器（QW-LD）、量子点激光器（QD-LD），以及它们在性能上的优势和应用领域。讨论分布式反馈（DFB）激光器和分布布拉格反射（DBR）激光器在光通信中的重要性，以及它们如何实现精确的波长控制。 性能参数与优化： 深入分析影响激光器性能的因素，包括材料、掺杂、外延生长工艺、腔长、反射镜镀膜等。探讨如何通过设计和制造工艺优化来提高阈值电流、输出功率、边模抑制比（SMSR）和频率稳定性。 应用： 详细介绍激光器在光纤通信、光传感、光存储、激光雷达等领域的广泛应用，并结合具体实例说明其重要性。 光电探测器（PD）： 工作原理： 阐述光电探测器将光信号转换为电信号的原理，重点介绍光电流的产生、收集效率和响应速度。 结构类型： 详细介绍PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）以及光电导探测器等。深入分析APD 的倍增效应，及其在弱光信号探测中的优势。 性能参数与评价： 详细讨论响应度、量子效率、暗电流、噪声等关键参数，并介绍如何计算信噪比（SNR）和比特误码率（BER）。重点分析不同类型探测器在不同应用场景下的适用性。 应用： 介绍光电探测器在光接收机、光通信系统、光测量仪器、医疗设备等领域的应用。 调制器（Modulator）： 电光调制原理： 详细介绍电光效应，如Pockels效应和Kerr效应，以及如何利用这些效应来改变光的相位或强度。 结构类型： 详细介绍Mach-Zehnder调制器（MZM）、Y-branch调制器、集成式电吸收调制器（EAM）等。深入分析MZM的相位调制原理和外部调制方案，以及EAM的集成优势和内在调制方案。 性能参数与评价： 讨论插入损耗、消光比、带宽、驱动电压、非线性效应等参数，并分析它们对通信系统性能的影响。 应用： 阐述调制器在高速光通信、光信号处理、光开关等领域的关键作用。 光放大器（Optical Amplifier）： 掺铒光纤放大器（EDFA）： 详细介绍EDFA的工作原理，包括泵浦光源、掺铒光纤、谐振腔设计等。深入分析放大增益、噪声系数、饱和输出功率、带宽等参数。 半导体光放大器（SOA）： 介绍SOA的工作原理，及其作为光开关、光门、波长变换器件的应用。 拉曼放大器： 阐述拉曼放大的原理，以及其在长距离传输和高功率放大中的应用。 应用： 重点介绍光放大器在长距离光纤通信、光网络中的信号增益和补偿作用。 第二部分：通信光电子系统 3. 光纤通信系统 光纤传输原理： 全内反射： 详细解释光在光纤中传输的基本原理，包括折射率、临界角和全内反射。 单模光纤与多模光纤： 详细介绍单模光纤和多模光纤的结构、传输模式、模式色散和模间色散。分析单模光纤在长距离、高速通信中的优势。 光纤损耗： 深入分析光纤损耗的来源，包括吸收损耗、散射损耗（瑞利散射、米氏散射）和弯曲损耗。讲解如何选择低损耗光纤并优化敷设环境。 色散： 详细讲解材料色散、波导色散和偏振模色散（PMD）对信号传输的影响。介绍色散补偿技术，如色散补偿光纤（DCF）、光栅补偿器等。 光通信系统架构： 点对点通信： 介绍最基本的点对点光纤通信链路，包括光发送端、光纤传输链路和光接收端。 光网络： 详细介绍各种光网络拓扑结构，如星型、环型、总线型和网格型。重点介绍波分复用（WDM）技术，包括粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）的原理、器件和系统设计。 光网络中的关键设备： 介绍光收发模块、光分插复用器（OADM）、光开关、光交叉连接器（OXC）等设备的功能和作用。 高速率光通信技术： 信号编码与调制： 介绍NRZ、RZ、PAM4等编码格式，以及ASK、FSK、PSK、QAM等调制方式。 相干光通信： 深入讲解相干光通信的原理，包括外差检测和零差检测，以及其在提高信噪比和频谱效率方面的优势。 先进调制格式与信号处理： 讨论DP-QPSK、16-QAM等高级调制格式，以及数字信号处理（DSP）在补偿色散、非线性效应和提高系统性能方面的作用。 4. 光电子集成与微纳光电子技术 硅光子技术： 详细介绍硅作为光电子材料的优势，以及如何在硅平台上集成光波导、调制器、探测器等器件。分析硅光子的发展现状和未来趋势。 光子集成电路（PIC）： 阐述将多种光电子器件和功能集成到单一芯片上的重要性。介绍集成设计、制造工艺和面临的挑战。 微纳光电子器件： 探讨微腔、光子晶体、纳米天线等微纳结构在增强光与物质相互作用、实现新型光功能方面的潜力。 第三部分：测量与仿真技术 5. 通信光电子器件的测量 基本测量仪器： 光功率计： 介绍光功率计的原理、类型和使用方法，用于测量光信号的绝对功率和相对功率。 光谱分析仪： 讲解光谱分析仪在测量光源光谱、光纤传输谱、滤波器特性的应用。 示波器与误码率测试仪（BERT）： 介绍示波器和BERT在测量电信号眼图、抖动、误码率等关键参数中的作用。 矢量网络分析仪（VNA）： 讲解VNA在测量光器件的S参数、频率响应、相位响应中的应用。 关键性能参数测量： 激光器参数测量： 详细介绍阈值电流、输出功率、光束质量、边模抑制比、谱线宽度、频率稳定性、RIN（相对强度噪声）等的测量方法。 光电探测器参数测量： 重点介绍响应度、量子效率、暗电流、噪声等效功率（NEP）、探测度（D）、带宽、瞬态响应的测量。 调制器参数测量： 讲解插入损耗、消光比、半波长电压（Vπ）、带宽、非线性效应的测量。 光纤参数测量： 介绍光纤损耗、色散、偏振模色散（PMD）、模场直径（MFD）等参数的测量方法。 高速信号测量： 探讨在GHz甚至THz频段下进行信号测量的挑战，以及时域反射计（TDR）、时域传输计（TDT）等测量技术。 6. 通信光电子系统的仿真 仿真软件介绍： 光学领域仿真软件： 如Lumerical、COMSOL Multiphysics、OptiSystem、VPIphotonics等，它们在模拟光器件、光波导、光纤传输等方面的应用。 电学领域仿真软件： 如ANSYS HFSS、Keysight ADS等，用于分析电路、电磁场以及高速信号的传播。 仿真模型建立： 器件模型： 如何根据器件的物理原理和实验数据建立精确的仿真模型，包括半导体模型、光学模型、电学模型等。 系统模型： 如何将各个器件的模型集成到系统中，建立完整的通信链路仿真模型。 关键仿真内容： 器件性能仿真： 预测器件的设计参数对性能的影响，优化器件结构。 系统链路仿真： 模拟光信号在光纤传输中的损耗、色散、非线性效应，评估系统整体性能，如BER、OSNR（光信噪比）。 故障分析与排除： 通过仿真模拟不同故障情况，分析其对系统性能的影响，并寻找解决方案。 新概念与新技术的验证： 在实际制备和测试前，通过仿真验证新器件、新算法和新系统的可行性。 仿真与实验的结合： 强调仿真结果与实验结果的对比验证，不断完善仿真模型，提高仿真精度。 结论 本书系统地梳理了通信光电子器件与系统的核心概念、关键技术和前沿发展。通过对基础理论的深入剖析，对典型器件的详细介绍，对复杂系统的架构分析，以及对测量与仿真技术的全面阐述，旨在帮助读者建立起对该领域的宏观认知和微观理解。无论是理论研究者还是工程技术人员，都能从本书中获得宝贵的知识和启发，共同推动光电子通信技术的不断进步，为构建更智能、更高效的未来信息社会贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事光通信系统集成的工程师，经常需要评估各种器件的性能并进行系统级的仿真。这本书《通信光电子器件与系统的测量及仿真》对我来说，无疑是一份宝贵的参考资料。我最看重的是它对系统层面的分析。很多书籍可能侧重于单个器件，但这本书将器件的性能与整个系统的表现联系起来，提供了系统设计的思路和方法。例如，在讨论传输性能优化时，书中详细分析了色散、非线性效应等对信号质量的影响，并给出了相应的补偿技术。更重要的是，它将这些理论知识与仿真工具相结合，让我能够预先评估不同器件和技术在实际系统中的可行性。书中提供的仿真流程和模型参数，也为我节省了大量的探索时间。我特别喜欢书中对实际系统故障诊断的案例分析，这对我日常工作中遇到的问题提供了很好的解决思路。这本书的理论深度和实践指导性都非常强，对于提升系统设计和优化能力非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

作为一名光电子专业的本科生，我在学习过程中常常遇到理论知识枯燥难懂，实验操作又受到设备限制的情况。而《通信光电子器件与系统的测量及仿真》这本书，恰好弥补了这些不足。它在测量方法这一块，简直是教科书级别的存在。书中对各种关键的光电子器件的测量原理、实验步骤、仪器选择以及数据处理都做了详细的阐述。比如，测量光探测器的响应度和噪声的时候，作者不仅讲解了理论公式，还给出了具体的实验框图和关键的注意事项，比如如何消除环境光干扰，如何准确读取信号等。我之前在实验室遇到一些测量难题，翻阅这本书后，立刻就找到了解决的思路。而且，书中还强调了测量不确定度的分析，这对于保证实验数据的可靠性非常重要。它让我明白，不仅仅是得到一个数值，更重要的是理解这个数值的精度和可信度。通过这本书的学习，我对各种光电子器件的性能指标有了更深刻的理解，也掌握了更加严谨的实验测量方法。

评分☆☆☆☆☆

对于《通信光电子器件与系统的测量及仿真》，我必须说，它的仿真部分简直是我的福音。我之前在做项目时，对一些光电器件的性能参数进行仿真总觉得不够直观，模型也常常难以建立。这本书里关于仿真方法的介绍，详细到每一个参数的含义和设置的逻辑，让我茅塞顿开。尤其是用ANSYS Lumerical等主流仿真软件进行器件设计和性能评估的部分，作者提供了一系列 step-by-step 的教程，从基础建模到结果分析，每一步都讲解得非常到位。我还尝试着按照书中的例子，在自己的电脑上复现了一些仿真，效果出奇地好。这大大节省了我实际搭建实验台的时间和成本，也让我能够更灵活地探索不同的设计方案。此外，书中对仿真结果的解读也相当有深度，不仅仅是展示图表，更重要的是教会读者如何从仿真数据中提取有用的信息，并与实际器件的性能进行关联。这种深入的仿真指导，对于提高研究效率和解决实际工程问题，具有极其重要的价值。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对光电子这个领域了解不多，因为工作原因需要接触一些相关的知识，所以才购买了《通信光电子器件与系统的测量及仿真》这本书。没想到，这本书的入门友好程度超出了我的预期。虽然它是一本专业性很强的书籍，但作者的写作风格非常清晰流畅，循序渐进。开篇的一些基础概念讲解，比如光波的性质、半导体材料的基本原理，都用非常通俗易懂的语言进行了阐述，即使是没有光学背景的读者也能很快理解。书中的插图和图表也极具表现力，帮助我直观地理解抽象的物理过程。我特别欣赏书中对一些复杂概念的拆解和比喻，让我能够抓住问题的核心。虽然我目前还只阅读了书中的一部分，但我已经感受到了它作为一本入门读物的价值。它为我打开了一扇通往光电子世界的大门，让我对这个领域产生了浓厚的兴趣。我计划在接下来的时间里，继续深入阅读，特别是关于光电子器件的工作原理和仿真部分，我相信这本书会是我学习路上的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本《通信光电子器件与系统的测量及仿真》真的让我眼前一亮。刚拿到书，就被它厚实的装帧和精美的排版吸引了。翻开目录，发现涵盖的内容非常全面，从基础的光学原理到各种复杂的光电子器件，再到系统的仿真分析，几乎是应有尽有。我尤其喜欢其中关于光纤通信系统的章节，作者的讲解深入浅出，将抽象的理论概念用生动的比喻和清晰的图示展现出来，让我这个非专业人士也能有所领悟。更让我惊喜的是，书中还穿插了许多实际案例的分析，这些案例来源于真实的科研和工程实践，非常有借鉴意义。例如，在讨论光放大器增益平坦化的时候，作者不仅介绍了理论方法，还列举了具体的实验数据和仿真结果，对比分析了不同技术方案的优劣。这种理论与实践紧密结合的写作方式，大大提升了本书的学习价值。我感觉这本书不仅适合正在学习光电子技术的研究生和工程师，对于任何对光通信领域感兴趣的读者来说，都是一本不可多得的入门和进阶读物。