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出版社： 科学出版社
ISBN：9787030570154
商品编码：29426805998
包装：平装
开本：16
出版时间：2018-05-01
页数：182
字数：277000
具体描述
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内容介绍
新型光调制与全光再生将成为未来光纤通信网络的两大核心支撑技术，主要涉及通信原理、物理光学、光学非线性等知识。全书共分7章，第1章简述光纤通信的发展历程和未来趋势；第2～4章为光调制部分，以光信号收发技术为基础，从数字调制和模拟调制两个角度梳理信息传输所采用的光调制格式和复用方式，阐述光调制与解调的基本规律、具体实现方法和相关器件结构原理；第5～7章为全光再生部分，从方案优化、器件创新等角度探讨单波长、多波长以及高阶调制信号的再生技术。 目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 光纤通信的发展 1
1.1.1 四个发展阶段 1
1.1.2 未来发展趋势 3
1.2 光调制与接收 5
1.3 信号再生技术 6
1.3.1 光纤非线性效应 7
1.3.2 全光再生实现 8
1.4 本书内容安排 8
参考文献 9
第2章 光信号收发技术 11
2.1 光纤通信 11
2.2 光发送机 13
2.2.1 半导体光源 13
2.2.2 光发送机组成 16
2.2.3 直接调制特性 17
2.2.4 自动控制电路 19
2.3 间接光调制器 21
2.3.1 电光调制器 21
2.3.2 电吸收调制器 27
2.3.3 声光调制器 28
2.3.4 磁光调制器 29
2.4 光接收机 30
2.4.1 光电检测器 30
2.4.2 光接收机组成 33
2.4.3 信噪比特性 35
2.4.4 相干光接收机 36
2.5 光通信性能参数 38
2.5.1 信号的光谱特性 38
2.5.2 传输信号的眼图 41
2.5.3 数字传输性能参数 43
2.5.4 性能参数的关系 45
参考文献 48
第3章 光场的数字调制 49
3.1 信号分析基础 49
3.1.1 确定信号的功率谱密度 49
3.1.2 常用的傅里叶变换关系 50
3.1.3 随机信号的数值特征 52
3.2 数字基带信号的特性 54
3.2.1 二进制线路码型 54
3.2.2 数字基带信号的功率谱 55
3.2.3 奈奎斯特滤波器和匹配滤波器 58
3.2.4 数字基带信号的误码率 61
3.3 光场信号的带通特性 62
3.3.1 带通信号的频谱 62
3.3.2 光场调制的复包络表示 64
3.3.3 光场的外差解调过程 65
3.4 二进制光场调制与解调 69
3.4.1 NRZ-OOK信号 69
3.4.2 BPSK/DPSK信号 72
3.4.3 FSK/MSK信号 75
3.4.4 SC-RZ信号 78
3.5 多进制光场调制与解调 80
3.5.1 QAM信号 80
3.5.2 QPSK/DQPSK信号 81
3.5.3 多进制带通信号的传输带宽 84
3.5.4 多进制频带传输的误码性能 85
参考文献 87
第4章 光场的模拟调制 88
4.1 模拟光调制的分类 88
4.2 模拟基带直接光强调制 89
4.3 光场的射频调制 90
4.4 光载无线（ROF）技术 93
4.4.1 ROF的兴起 93
4.4.2 ROF与关键技术 94
4.4.3 ROF性能参数 96
4.5 光正交频分复用 100
4.5.1 正交频分复用原理 100
4.5.2 相干检测光OFDM 103
4.5.3 直接检测光OFDM 106
参考文献 107
第5章 单波长信号的全光再生 109
5.1 全光再生结构 109
5.2 基于FOPO的全光时钟提取 110
5.2.1 FOPO结构及原理 111
5.2.2 稳定性因素分析 112
5.2.3 闲频反馈控制技术 115
5.3 基于FWM的非线性光判决门 119
5.3.1 光纤FWM效应 119
5.3.2 FWM再生方案对比 121
5.3.3 再生性能分析 122
5.4 磁控全光再生技术 127
5.4.1 磁光非线性理论模型 127
5.4.2 全光纤磁光萨格纳克干涉仪 131
5.4.3 磁控3R再生器结构 133
5.4.4 磁场对再生性能的影响 136
参考文献 137
第6章 多波长全光再生技术 139
6.1 多波长再生结构 139
6.2 串扰分类及其技术 140
6.2.1 串扰分类 140
6.2.2 串扰方案 141
6.3 基于时钟泵浦FWM效应的多波长再生 144
6.3.1 再生结构 144
6.3.2 再定时性能分析 145
6.4 基于数据泵浦FWM效应的多波长再生 149
6.4.1 实验结构与原理 150
6.4.2 再生性能与讨论 151
6.5 再生波长数量的提升 155
6.5.1 占空比优化 155
6.5.2 色散管理 157
参考文献 159
第7章 高阶调制信号的全光再生 160
7.1 基于NOLM的多电平幅度再生 160
7.1.1 NOLM再生原理 160
7.1.2 工作点的确定 162
7.1.3 幅度再生性能分析 164
7.2 基于PSA的多电平相位再生 168
7.2.1 PSA再生原理 168
7.2.2 相位再生性能分析 169
7.3 幅度和相位信息的同时再生 171
7.3.1 具有相位保持功能的多电平幅度再生 171
7.3.2 相位和幅度的同时再生 173
7.4 多波长高阶调制信号再生技术 175
7.4.1 偏振辅助PSA方案 175
7.4.2 多波长再生性能分析 175
7.5 集成光学器件中的全光再生 177
7.5.1 基于MRR的时钟提取 178
7.5.2 基于硅线波导的相敏再生 179
参考文献 181 在线试读
第1章 绪论
光纤通信经过近半个世纪的发展，单波长上传递的信息速率已由*初的数十Mb/s提升到100Gb/s，甚至更高[1，2]。网络应用也从基本的语言服务扩展到在线高清视频、4K互动游戏等方面。光纤通信的发展离不开核心器件与技术的进步，本章首先回顾光纤通信的发展历程，并展望其未来发展趋势；然后简要介绍光纤通信的核心收发组件，不同调制格式对光收发机的具体要求，以及全光再生技术在光交换与中继中的作用，科尔非线性效应的物理本质与现象，及其在全光再生过程中的应用；*后对本书各章节的主要内容加以说明。
1.1 光纤通信的发展
信息传递是人类社会的基本需求。自进入21世纪的信息时代以来，信息传递的重要性更是不言而喻。目前热门的5G、人工智能、物联网、机器学习等热点问题都伴随着通信及其相关技术的发展，成为人们日常生活不可或缺的一部分。信息传递的核心是信息的采集、传输与接收，如何高效、无误地将信息从发出者传送到接收者，吸引了大量科研工作人员不断地创新与探索。从古代的烽火到近代的电报，都在不同历史进程中扮演了重要的角色。伴随着人类对电磁波的深入研究，1940年正式建立了第*条同轴电缆通信，其所能传递的信息内容与速度都是过去任何技术无法比拟的。然而随着传输距离的不断增加，电信号快速衰减直至无法使用，因此需要大量的中继器应用于该通信之中，这无疑增加了的复杂程度和信息传递成本。如何更加有效、低成本地传递电磁波信号，成为科研工作者的共同课题。1966年高锟博士提出低损耗光纤概念[1]，成为解决上述问题的关键。正因为这一概念对光纤通信的开创性贡献，2009年高锟博士获得了诺贝尔物理学奖[2]。随后的数年间，激光器、探测器等核心器件相继问世，光纤通信正式进入高速发展时期。光纤通信的发展离不开核心器件的推动[3]，下面介绍不同时期的光纤通信技术特征与相关核心器件，并进一步探讨未来通信网络的发展趋势。
1.1.1 四个发展阶段
图1.1简要描绘了一个现代光纤通信的组成。由于目前传递的信息仍然是电信号，因此首先需要对电信号进行复用并调制到光载波上；随后，光信号耦合进入光纤后进行长距离传输，并根据需要进行交换与中继；在接收端，利用光接收机重新将光信号转换为电信号，从而完成信息的传递任务。
图1.1 光纤通信示意图
目前光纤通信经历了四个发展时期，并在高阶调制信号、超低损耗光纤的推动下向单波长传输速率400Gb/s甚至是1Tb/s方向进发。
第*阶段为多模光纤通信。从1966年到1980年，光纤通信技术由基础研究领域向商业应用迈出成功的一步。在此期间，使用砷化镓（GaAs）材料的半导体激光器被发明出来，同时康宁公司也拉制出高品质的低衰减光纤，其损耗系数已经低于高锟博士所提出的光纤损耗关卡：20dB/km。1976年，第*条速率为44.7Mbit/s的光纤通信在美国亚特兰大的地下管道中诞生。经过5年的发展，第*个商用于1980年问世，它采用800nm波长的光载波，通过多模光纤提供45Mb/s的信息传递速率，每10km需要一个中继器来增强信号。由于多模光纤的模间色散大、传输损耗高，第*代光纤通信的传输性能被限制。
第二阶段为1300nm单模光纤通信。20世纪80年代早期，为克服第*代通信中多模光纤引入的色散和损耗问题，1981年成功研制出单模光纤。而波长为1300nm的铟镓砷磷激光器（InGaAsP）则提供了有效光源，它位于单模光纤的低损耗传输窗口。这使得商用光纤通信的传输速率高达1.7Gb/s，比第*代的速率快了近40倍。此时单模光纤的损耗已降至约0.5dB/km，中继距离大幅提升至50km。
第三阶段为1550nm单模光纤通信。20世纪80年代末到90年代初，光纤通信采用波长为1550nm的激光器作为光源，该工作波长位于单模光纤传输损耗*低的通信窗口，损耗特性已降至0.2dB/km。此后的光纤通信也一直沿用该工作波长窗口。与此同时，随着传输速率的进一步提高，高速光信号受到光纤色散的影响开始突显，信号光脉冲的宽度随着传输距离的增加而逐渐变宽，会导致码间串扰问题。于是，科研人员又设计出色散移位光纤，使得1550nm处的色散几乎为零。第三代光纤通信速率达到2.5Gb/s，而中继距离进一步增加到100km。
第四阶段为波分复用光纤通信。20世纪90年代以后，如何进一步提高速率成为研究热点。继续沿用之前的设计思路，采用更窄的脉冲虽然可以有效提高速率，但该方法对调制器和探测器的带宽提出了更高的要求，并需要使用昂贵的电信号处理器件。波分复用（WDM）技术提供了另外一种解决方案，它通过使用不同的光载波并行传递数据，达到提升速率的目的。复用后的信息在时域上互相交叠，而在频域上是相互独立的，利用解复用器件可以容易地提取出原始的单路信号。掺铒光纤放大器（EDFA）的研制进一步推动了基于WDM技术的第四代光纤通信的发展。EDFA器件可以同时对多个波长的信号在光域进行全光放大，极大地减少了中电中继器的应用数量。联合使用WDM和EDFA技术，2001年商用通信的传输容量已可达256×40Gb/s=10Tb/s，而中继距离也提高到160km。
从上述光纤通信的四个发展阶段来看，通信容量的提升离不开核心光器件与技术的发展。通信光纤从多模转向单模、通信波长由800nm推进到1550nm，再到WDM与EDFA等技术的广泛应用，都极大地推动了商用光纤通信网络的升级换代。下一代光纤通信网络如何发展成为该领域科研人员共同关注的问题之一。从2000年开始，人们不断提出多种方案，如光孤子通信技术等，来进一步升级现有光纤通信。利用光纤的非线性效应与色散之间的平衡关系，可实现光孤子的传输，光孤子经过长距离光纤传输后仍然能够保持其波形不变。孤子方案的局限性主要体现在功率和色散的控制方面，多波长孤子传输过程中，不同信道之间的相互作用会劣化性能。从通信容量的发展趋势来看，光孤子通信较低的频谱效率也是一个很大的不足。到2010年前后，各大通信网络运营商开始将单波长10G/40G的骨干通信网络升级到100G，信号调制格式则采用正交相移键控（QPSK）等高阶调制格式，标志着相干光通信技术正式进入大规模商业化应用时代。
1.1.2 未来发展趋势
互联网的高速发展，推动了一系列基于网络应用的新型产业的兴起。在市场需求的拉动下，新一代网络技术的研发从高校、研究所等传统科研单位，扩展到通信设备、网络运营商的研发部门，后者借助于自身的资金和设备优势，越发表现出更强的创新能力。下面从低损耗新型光纤，高频谱效率的信号调制格式，以及全光再生技术三个方面探讨新一代网络的发展趋势。
1.低损耗新型光纤
降低光纤损耗可以从两个方面来努力，一方面是消除目前通信波段附近OH离子引起的“水吸收峰”，使光纤通信工作窗口扩展到1280～1625nm的全波段范围，该类光纤又称为“零水峰光纤”（G.652.C/D光纤）；另一方面，设计超低损耗和大模场直径的光纤，能够使目前通信波段的传输损耗降低至0.16dB/km以下，在100km的跨段上可比现有标准单模光纤（损耗0.2dB/km以上）节省4dB的功率预算，这有助于大幅提升的光信噪比（OSNR）和传输距离。长飞公司于2017年在美国OFC会议上公布的G.654.E光纤的宏观弯曲损耗测量结果如图1.2所示[4]。实测结果显示，使用此类光纤可以使100G商用光纤网络的传输距离提高70%～，这将为未来400G和1T光纤通信网络提供有力支撑。
2.高频谱效率的信号调制格式
伴随着相干光通信技术的商业化应用，频谱效率成为衡量光纤通信网络性能的重要指标之一。频谱效率定义为净比特率除以通信信道的带宽。因此，在相同符号速率的情况下，采用更高阶的调制格式意味着更高的频谱效率。高频谱效率调制格式的应用，还使得的互信息接近加性高斯白噪声信道（AWGN）的容量极限。图1.3给出了正交幅度调制（QAM）信号的互信息结果。从目前的技术发展来看，400G骨干网络将采用QAM16调制格式，而当速率推进到1T时，更高阶调制格式的信号成为必然的选择。在逼近香农极限的传输中，网络性能除了考虑上述速率之外，还要考虑无中继传输距离、OSNR、信号处理算法等一系列因素。这些因素之间并不是独立存在的，而是具有相关性。例如，OSNR会限制信号的无中继传输距离，而信号处理算法的优劣在一定程度上也将影响中继距离的长短。采用G.654.E等新型光纤，可以有效提高中继距离，而下面介绍的全光再生技术可从另外一种角度扩展的传输能力。
图1.2 G.654.E光纤的损耗特性
图1.3 不同QAM信号的信道容量
3.全光再生技术
在目前的商用光纤通信中，诸多信息处理器件仍采用电信号处理方式，该方式不仅存在带宽瓶颈问题，而且在多波长通信中需要对每个信道进行独立处理，又离不开信道复用与解复用过程，增加了复杂程度。另外，利用具有全光放大功能的EDFA可有效延长信号传输距离，但这类器件仅能完成功率补偿，同时又会引入放大自发辐射（ASE）噪声。全光整形再生技术则可以直接在光域实现噪声压缩，延长传输距离[5]；进一步地，还可以利用串扰技术，实现波分复用信号的多路同时再生[6]。研究表明，在通信信道内考虑全光再生器这种非线性转换器件，可获得比线性噪声信道更高的传输容量，称为非线性香农极限[7]。图1.4分别给出了矩形和星形QAM信号通过级联再生器获得的互信息量提升效果[8]。对应某一类型的信号，再生器无法突破其互信息的*值，但能够在低信噪比环境下（正是通信过程所处的信道环境）提高其容量。另外，通过增加传输信道中的再生器数量R，可进一步获得容量增益。当输入信噪比为10dB时，可获得的容量增益如图1.4（a）中箭头所示。研究还表明，所需的再生器数量与信噪比有关，因此需根据实际的通信网络情况，规划再生器级联分布，以获得*佳传输效果。总之，使用全光再生器可以有效提升传输容量。
图1.4 非线性香农极限
1.2 光调制与接收
光发射机和光接收机是光纤通信的核心组件，如图1.5所示。光发射机主要用于将电信号转换为光信号，并注入光纤中进行传输，一般由光源、调制器、信道耦合器组成。光接收机的作用是将光纤输出的光信号转换为电信号，主要包括信道耦合器、光电探测器以及信号处理单元。根据调制信号的性质不同，其各个单元的具体构成器件差异较大[9]。下面结合高阶调制信号，从直接检测和相干检测两个方面简述光收发的组成部件及其主要功能。第2章将详细介绍光信号的收发技术，具体介绍光纤通信的组成以及评价性能的主要参数。
图1.5 光收发
传统商用光纤通信采用二进制开关键控（OOK）信号格式，光发射部分使用强度调制，电信号通过射频功率放大后驱动调制器，以获得相应的光信号（有时可采用直调激光器取代外调制方案，进一步降低复杂度）；信号的接收主要采用直接检测方案。近几年来，为满足短距离或城域的高带宽通信需求，基于脉冲幅度调制（PAM）信号的光纤通信成为研究的热点，目前已成功利用直调激光器实现PAM信号的传输[10]。在PAM方案中，需要采用码型变换单元将二进制信号映射为多进制信号，而射频放大部分则需要线性放大器，以避免劣化PAM信号的线性度。在相应的接收部分，需要采用功率放大器稳定多电平幅度调制信号的平均光功率，该放大器并不提供瞬时的功率控制，仅用于维持注入探测器的平均光功率水平。图1.6列举了PAM8信号的眼图结果。
相干通信作为新一代光纤通信的主流技术，利用高频谱效率的调制格式，可以在有限的带宽范围内传输更高速的信号，图1.6给出了QAM256信号的星座图。发射端需要采用I/Q调制，包括窄线宽激光器、I/Q调制器、码型变换器以及线性射频放大器。在电信号一侧，同样需要使用码型变换器将二进制信号映射为多电平PAM信号，并利用线性放大器驱动I/Q调制器，以获得所需的光QAM信号。此外，随着调制阶数的不断提升，激光器线宽的影响越发明显，为减少激光器线宽对调制后输出信号的影响，需要采用窄线宽激光器。在接收端使用相干探测器，并需要注入本振光与接收到的信号光进行混频处理，探测后的电信号经过解调和补偿算法*终获得基带信号。第3章和第4章将详细介绍数字和模拟信号的光场调制和解调实现方案。
图1.6 PAM8眼图与QAM256星座图
1.3 信号再生技术
经过光纤长距离传输的光信号质量会受到光纤非线性效应和EDFA的ASE噪声等影
| 光调制与再生技术 | ||
| 曾用价 | 68.00 | |
| 出版社 | 科学出版社 | |
| 版次 | 1 | |
| 出版时间 | 2018年05月 | |
| 开本 | 16 | |
| 作者 | 武保剑,文峰 | |
| 装帧 | 平装 | |
| 页数 | 182 | |
| 字数 | 277000 | |
| ISBN编码 | 9787030570154 | |
新型光调制与全光再生将成为未来光纤通信网络的两大核心支撑技术，主要涉及通信原理、物理光学、光学非线性等知识。全书共分7章，第1章简述光纤通信的发展历程和未来趋势；第2～4章为光调制部分，以光信号收发技术为基础，从数字调制和模拟调制两个角度梳理信息传输所采用的光调制格式和复用方式，阐述光调制与解调的基本规律、具体实现方法和相关器件结构原理；第5～7章为全光再生部分，从方案优化、器件创新等角度探讨单波长、多波长以及高阶调制信号的再生技术。 目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 光纤通信的发展 1
1.1.1 四个发展阶段 1
1.1.2 未来发展趋势 3
1.2 光调制与接收 5
1.3 信号再生技术 6
1.3.1 光纤非线性效应 7
1.3.2 全光再生实现 8
1.4 本书内容安排 8
参考文献 9
第2章 光信号收发技术 11
2.1 光纤通信 11
2.2 光发送机 13
2.2.1 半导体光源 13
2.2.2 光发送机组成 16
2.2.3 直接调制特性 17
2.2.4 自动控制电路 19
2.3 间接光调制器 21
2.3.1 电光调制器 21
2.3.2 电吸收调制器 27
2.3.3 声光调制器 28
2.3.4 磁光调制器 29
2.4 光接收机 30
2.4.1 光电检测器 30
2.4.2 光接收机组成 33
2.4.3 信噪比特性 35
2.4.4 相干光接收机 36
2.5 光通信性能参数 38
2.5.1 信号的光谱特性 38
2.5.2 传输信号的眼图 41
2.5.3 数字传输性能参数 43
2.5.4 性能参数的关系 45
参考文献 48
第3章 光场的数字调制 49
3.1 信号分析基础 49
3.1.1 确定信号的功率谱密度 49
3.1.2 常用的傅里叶变换关系 50
3.1.3 随机信号的数值特征 52
3.2 数字基带信号的特性 54
3.2.1 二进制线路码型 54
3.2.2 数字基带信号的功率谱 55
3.2.3 奈奎斯特滤波器和匹配滤波器 58
3.2.4 数字基带信号的误码率 61
3.3 光场信号的带通特性 62
3.3.1 带通信号的频谱 62
3.3.2 光场调制的复包络表示 64
3.3.3 光场的外差解调过程 65
3.4 二进制光场调制与解调 69
3.4.1 NRZ-OOK信号 69
3.4.2 BPSK/DPSK信号 72
3.4.3 FSK/MSK信号 75
3.4.4 SC-RZ信号 78
3.5 多进制光场调制与解调 80
3.5.1 QAM信号 80
3.5.2 QPSK/DQPSK信号 81
3.5.3 多进制带通信号的传输带宽 84
3.5.4 多进制频带传输的误码性能 85
参考文献 87
第4章 光场的模拟调制 88
4.1 模拟光调制的分类 88
4.2 模拟基带直接光强调制 89
4.3 光场的射频调制 90
4.4 光载无线（ROF）技术 93
4.4.1 ROF的兴起 93
4.4.2 ROF与关键技术 94
4.4.3 ROF性能参数 96
4.5 光正交频分复用 100
4.5.1 正交频分复用原理 100
4.5.2 相干检测光OFDM 103
4.5.3 直接检测光OFDM 106
参考文献 107
第5章 单波长信号的全光再生 109
5.1 全光再生结构 109
5.2 基于FOPO的全光时钟提取 110
5.2.1 FOPO结构及原理 111
5.2.2 稳定性因素分析 112
5.2.3 闲频反馈控制技术 115
5.3 基于FWM的非线性光判决门 119
5.3.1 光纤FWM效应 119
5.3.2 FWM再生方案对比 121
5.3.3 再生性能分析 122
5.4 磁控全光再生技术 127
5.4.1 磁光非线性理论模型 127
5.4.2 全光纤磁光萨格纳克干涉仪 131
5.4.3 磁控3R再生器结构 133
5.4.4 磁场对再生性能的影响 136
参考文献 137
第6章 多波长全光再生技术 139
6.1 多波长再生结构 139
6.2 串扰分类及其技术 140
6.2.1 串扰分类 140
6.2.2 串扰方案 141
6.3 基于时钟泵浦FWM效应的多波长再生 144
6.3.1 再生结构 144
6.3.2 再定时性能分析 145
6.4 基于数据泵浦FWM效应的多波长再生 149
6.4.1 实验结构与原理 150
6.4.2 再生性能与讨论 151
6.5 再生波长数量的提升 155
6.5.1 占空比优化 155
6.5.2 色散管理 157
参考文献 159
第7章 高阶调制信号的全光再生 160
7.1 基于NOLM的多电平幅度再生 160
7.1.1 NOLM再生原理 160
7.1.2 工作点的确定 162
7.1.3 幅度再生性能分析 164
7.2 基于PSA的多电平相位再生 168
7.2.1 PSA再生原理 168
7.2.2 相位再生性能分析 169
7.3 幅度和相位信息的同时再生 171
7.3.1 具有相位保持功能的多电平幅度再生 171
7.3.2 相位和幅度的同时再生 173
7.4 多波长高阶调制信号再生技术 175
7.4.1 偏振辅助PSA方案 175
7.4.2 多波长再生性能分析 175
7.5 集成光学器件中的全光再生 177
7.5.1 基于MRR的时钟提取 178
7.5.2 基于硅线波导的相敏再生 179
参考文献 181 在线试读
第1章 绪论
光纤通信经过近半个世纪的发展，单波长上传递的信息速率已由*初的数十Mb/s提升到100Gb/s，甚至更高[1，2]。网络应用也从基本的语言服务扩展到在线高清视频、4K互动游戏等方面。光纤通信的发展离不开核心器件与技术的进步，本章首先回顾光纤通信的发展历程，并展望其未来发展趋势；然后简要介绍光纤通信的核心收发组件，不同调制格式对光收发机的具体要求，以及全光再生技术在光交换与中继中的作用，科尔非线性效应的物理本质与现象，及其在全光再生过程中的应用；*后对本书各章节的主要内容加以说明。
1.1 光纤通信的发展
信息传递是人类社会的基本需求。自进入21世纪的信息时代以来，信息传递的重要性更是不言而喻。目前热门的5G、人工智能、物联网、机器学习等热点问题都伴随着通信及其相关技术的发展，成为人们日常生活不可或缺的一部分。信息传递的核心是信息的采集、传输与接收，如何高效、无误地将信息从发出者传送到接收者，吸引了大量科研工作人员不断地创新与探索。从古代的烽火到近代的电报，都在不同历史进程中扮演了重要的角色。伴随着人类对电磁波的深入研究，1940年正式建立了第*条同轴电缆通信，其所能传递的信息内容与速度都是过去任何技术无法比拟的。然而随着传输距离的不断增加，电信号快速衰减直至无法使用，因此需要大量的中继器应用于该通信之中，这无疑增加了的复杂程度和信息传递成本。如何更加有效、低成本地传递电磁波信号，成为科研工作者的共同课题。1966年高锟博士提出低损耗光纤概念[1]，成为解决上述问题的关键。正因为这一概念对光纤通信的开创性贡献，2009年高锟博士获得了诺贝尔物理学奖[2]。随后的数年间，激光器、探测器等核心器件相继问世，光纤通信正式进入高速发展时期。光纤通信的发展离不开核心器件的推动[3]，下面介绍不同时期的光纤通信技术特征与相关核心器件，并进一步探讨未来通信网络的发展趋势。
1.1.1 四个发展阶段
图1.1简要描绘了一个现代光纤通信的组成。由于目前传递的信息仍然是电信号，因此首先需要对电信号进行复用并调制到光载波上；随后，光信号耦合进入光纤后进行长距离传输，并根据需要进行交换与中继；在接收端，利用光接收机重新将光信号转换为电信号，从而完成信息的传递任务。
图1.1 光纤通信示意图
目前光纤通信经历了四个发展时期，并在高阶调制信号、超低损耗光纤的推动下向单波长传输速率400Gb/s甚至是1Tb/s方向进发。
第*阶段为多模光纤通信。从1966年到1980年，光纤通信技术由基础研究领域向商业应用迈出成功的一步。在此期间，使用砷化镓（GaAs）材料的半导体激光器被发明出来，同时康宁公司也拉制出高品质的低衰减光纤，其损耗系数已经低于高锟博士所提出的光纤损耗关卡：20dB/km。1976年，第*条速率为44.7Mbit/s的光纤通信在美国亚特兰大的地下管道中诞生。经过5年的发展，第*个商用于1980年问世，它采用800nm波长的光载波，通过多模光纤提供45Mb/s的信息传递速率，每10km需要一个中继器来增强信号。由于多模光纤的模间色散大、传输损耗高，第*代光纤通信的传输性能被限制。
第二阶段为1300nm单模光纤通信。20世纪80年代早期，为克服第*代通信中多模光纤引入的色散和损耗问题，1981年成功研制出单模光纤。而波长为1300nm的铟镓砷磷激光器（InGaAsP）则提供了有效光源，它位于单模光纤的低损耗传输窗口。这使得商用光纤通信的传输速率高达1.7Gb/s，比第*代的速率快了近40倍。此时单模光纤的损耗已降至约0.5dB/km，中继距离大幅提升至50km。
第三阶段为1550nm单模光纤通信。20世纪80年代末到90年代初，光纤通信采用波长为1550nm的激光器作为光源，该工作波长位于单模光纤传输损耗*低的通信窗口，损耗特性已降至0.2dB/km。此后的光纤通信也一直沿用该工作波长窗口。与此同时，随着传输速率的进一步提高，高速光信号受到光纤色散的影响开始突显，信号光脉冲的宽度随着传输距离的增加而逐渐变宽，会导致码间串扰问题。于是，科研人员又设计出色散移位光纤，使得1550nm处的色散几乎为零。第三代光纤通信速率达到2.5Gb/s，而中继距离进一步增加到100km。
第四阶段为波分复用光纤通信。20世纪90年代以后，如何进一步提高速率成为研究热点。继续沿用之前的设计思路，采用更窄的脉冲虽然可以有效提高速率，但该方法对调制器和探测器的带宽提出了更高的要求，并需要使用昂贵的电信号处理器件。波分复用（WDM）技术提供了另外一种解决方案，它通过使用不同的光载波并行传递数据，达到提升速率的目的。复用后的信息在时域上互相交叠，而在频域上是相互独立的，利用解复用器件可以容易地提取出原始的单路信号。掺铒光纤放大器（EDFA）的研制进一步推动了基于WDM技术的第四代光纤通信的发展。EDFA器件可以同时对多个波长的信号在光域进行全光放大，极大地减少了中电中继器的应用数量。联合使用WDM和EDFA技术，2001年商用通信的传输容量已可达256×40Gb/s=10Tb/s，而中继距离也提高到160km。
从上述光纤通信的四个发展阶段来看，通信容量的提升离不开核心光器件与技术的发展。通信光纤从多模转向单模、通信波长由800nm推进到1550nm，再到WDM与EDFA等技术的广泛应用，都极大地推动了商用光纤通信网络的升级换代。下一代光纤通信网络如何发展成为该领域科研人员共同关注的问题之一。从2000年开始，人们不断提出多种方案，如光孤子通信技术等，来进一步升级现有光纤通信。利用光纤的非线性效应与色散之间的平衡关系，可实现光孤子的传输，光孤子经过长距离光纤传输后仍然能够保持其波形不变。孤子方案的局限性主要体现在功率和色散的控制方面，多波长孤子传输过程中，不同信道之间的相互作用会劣化性能。从通信容量的发展趋势来看，光孤子通信较低的频谱效率也是一个很大的不足。到2010年前后，各大通信网络运营商开始将单波长10G/40G的骨干通信网络升级到100G，信号调制格式则采用正交相移键控（QPSK）等高阶调制格式，标志着相干光通信技术正式进入大规模商业化应用时代。
1.1.2 未来发展趋势
互联网的高速发展，推动了一系列基于网络应用的新型产业的兴起。在市场需求的拉动下，新一代网络技术的研发从高校、研究所等传统科研单位，扩展到通信设备、网络运营商的研发部门，后者借助于自身的资金和设备优势，越发表现出更强的创新能力。下面从低损耗新型光纤，高频谱效率的信号调制格式，以及全光再生技术三个方面探讨新一代网络的发展趋势。
1.低损耗新型光纤
降低光纤损耗可以从两个方面来努力，一方面是消除目前通信波段附近OH离子引起的“水吸收峰”，使光纤通信工作窗口扩展到1280～1625nm的全波段范围，该类光纤又称为“零水峰光纤”（G.652.C/D光纤）；另一方面，设计超低损耗和大模场直径的光纤，能够使目前通信波段的传输损耗降低至0.16dB/km以下，在100km的跨段上可比现有标准单模光纤（损耗0.2dB/km以上）节省4dB的功率预算，这有助于大幅提升的光信噪比（OSNR）和传输距离。长飞公司于2017年在美国OFC会议上公布的G.654.E光纤的宏观弯曲损耗测量结果如图1.2所示[4]。实测结果显示，使用此类光纤可以使100G商用光纤网络的传输距离提高70%～，这将为未来400G和1T光纤通信网络提供有力支撑。
2.高频谱效率的信号调制格式
伴随着相干光通信技术的商业化应用，频谱效率成为衡量光纤通信网络性能的重要指标之一。频谱效率定义为净比特率除以通信信道的带宽。因此，在相同符号速率的情况下，采用更高阶的调制格式意味着更高的频谱效率。高频谱效率调制格式的应用，还使得的互信息接近加性高斯白噪声信道（AWGN）的容量极限。图1.3给出了正交幅度调制（QAM）信号的互信息结果。从目前的技术发展来看，400G骨干网络将采用QAM16调制格式，而当速率推进到1T时，更高阶调制格式的信号成为必然的选择。在逼近香农极限的传输中，网络性能除了考虑上述速率之外，还要考虑无中继传输距离、OSNR、信号处理算法等一系列因素。这些因素之间并不是独立存在的，而是具有相关性。例如，OSNR会限制信号的无中继传输距离，而信号处理算法的优劣在一定程度上也将影响中继距离的长短。采用G.654.E等新型光纤，可以有效提高中继距离，而下面介绍的全光再生技术可从另外一种角度扩展的传输能力。
图1.2 G.654.E光纤的损耗特性
图1.3 不同QAM信号的信道容量
3.全光再生技术
在目前的商用光纤通信中，诸多信息处理器件仍采用电信号处理方式，该方式不仅存在带宽瓶颈问题，而且在多波长通信中需要对每个信道进行独立处理，又离不开信道复用与解复用过程，增加了复杂程度。另外，利用具有全光放大功能的EDFA可有效延长信号传输距离，但这类器件仅能完成功率补偿，同时又会引入放大自发辐射（ASE）噪声。全光整形再生技术则可以直接在光域实现噪声压缩，延长传输距离[5]；进一步地，还可以利用串扰技术，实现波分复用信号的多路同时再生[6]。研究表明，在通信信道内考虑全光再生器这种非线性转换器件，可获得比线性噪声信道更高的传输容量，称为非线性香农极限[7]。图1.4分别给出了矩形和星形QAM信号通过级联再生器获得的互信息量提升效果[8]。对应某一类型的信号，再生器无法突破其互信息的*值，但能够在低信噪比环境下（正是通信过程所处的信道环境）提高其容量。另外，通过增加传输信道中的再生器数量R，可进一步获得容量增益。当输入信噪比为10dB时，可获得的容量增益如图1.4（a）中箭头所示。研究还表明，所需的再生器数量与信噪比有关，因此需根据实际的通信网络情况，规划再生器级联分布，以获得*佳传输效果。总之，使用全光再生器可以有效提升传输容量。
图1.4 非线性香农极限
1.2 光调制与接收
光发射机和光接收机是光纤通信的核心组件，如图1.5所示。光发射机主要用于将电信号转换为光信号，并注入光纤中进行传输，一般由光源、调制器、信道耦合器组成。光接收机的作用是将光纤输出的光信号转换为电信号，主要包括信道耦合器、光电探测器以及信号处理单元。根据调制信号的性质不同，其各个单元的具体构成器件差异较大[9]。下面结合高阶调制信号，从直接检测和相干检测两个方面简述光收发的组成部件及其主要功能。第2章将详细介绍光信号的收发技术，具体介绍光纤通信的组成以及评价性能的主要参数。
图1.5 光收发
传统商用光纤通信采用二进制开关键控（OOK）信号格式，光发射部分使用强度调制，电信号通过射频功率放大后驱动调制器，以获得相应的光信号（有时可采用直调激光器取代外调制方案，进一步降低复杂度）；信号的接收主要采用直接检测方案。近几年来，为满足短距离或城域的高带宽通信需求，基于脉冲幅度调制（PAM）信号的光纤通信成为研究的热点，目前已成功利用直调激光器实现PAM信号的传输[10]。在PAM方案中，需要采用码型变换单元将二进制信号映射为多进制信号，而射频放大部分则需要线性放大器，以避免劣化PAM信号的线性度。在相应的接收部分，需要采用功率放大器稳定多电平幅度调制信号的平均光功率，该放大器并不提供瞬时的功率控制，仅用于维持注入探测器的平均光功率水平。图1.6列举了PAM8信号的眼图结果。
相干通信作为新一代光纤通信的主流技术，利用高频谱效率的调制格式，可以在有限的带宽范围内传输更高速的信号，图1.6给出了QAM256信号的星座图。发射端需要采用I/Q调制，包括窄线宽激光器、I/Q调制器、码型变换器以及线性射频放大器。在电信号一侧，同样需要使用码型变换器将二进制信号映射为多电平PAM信号，并利用线性放大器驱动I/Q调制器，以获得所需的光QAM信号。此外，随着调制阶数的不断提升，激光器线宽的影响越发明显，为减少激光器线宽对调制后输出信号的影响，需要采用窄线宽激光器。在接收端使用相干探测器，并需要注入本振光与接收到的信号光进行混频处理，探测后的电信号经过解调和补偿算法*终获得基带信号。第3章和第4章将详细介绍数字和模拟信号的光场调制和解调实现方案。
图1.6 PAM8眼图与QAM256星座图
1.3 信号再生技术
经过光纤长距离传输的光信号质量会受到光纤非线性效应和EDFA的ASE噪声等影
探索物质世界的深层互动——《光与物质的交响》 在浩瀚的宇宙中，光与物质是构建一切的基石。它们以无穷无尽的姿态相互作用，编织出我们所能感知的丰富多彩的世界。本书《光与物质的交响》并非是一部关于特定技术或工程应用的指南，而是一次深入探索光与物质之间深刻而迷人的相互作用的旅程。我们将从基础的物理原理出发，逐步揭示这种交响是如何在微观层面发生，并最终宏观地影响我们周围的一切。 第一章：光之本质——粒子与波的二重奏 在拉开帷幕之前，我们首先需要理解“光”这个神秘而无处不在的存在。本章将带您回顾光的基本概念，从早期关于光的粒子说的争论，到惠更斯的光波理论，再到量子力学发展过程中，爱因斯坦的光电效应实验如何奠定了光既是粒子又是波的双重属性。我们将深入剖析光子（photon）的概念，理解它的能量、动量以及它如何作为能量的最小单元在与物质的相互作用中扮演关键角色。同时，我们也将探讨光的波动性，包括干涉、衍射等现象，理解光如何能够像水波一样展现出其传播的规律，以及这些波动特性如何在某些情况下主导其与物质的互动。通过对光本质的深刻理解，我们才能更好地把握后续章节中更为复杂的相互作用。 第二章：物质的响应——原子、分子与光场的激荡 光与物质的相遇，绝非单方面的照耀。物质，从最基本的原子、分子，到宏观的晶体、液体、气体，都拥有着对光的独特“语言”。本章将聚焦于物质的微观结构如何与光进行互动。我们将详细阐述原子和分子内部的能级结构，以及电子在吸收或发射光子时是如何在不同能级之间跃迁的。这将解释为什么某些物质会吸收特定颜光的现象，即我们所观察到的颜色。 我们还会深入探讨不同类型的物质在面对光时表现出的不同行为： 原子和分子的共振吸收与发射： 理解量子化能级如何决定物质吸收和发射特定频率光的能力，这是光谱学的基础。 晶体中的光传播： 介绍折射率的概念，以及晶体结构如何影响光的传播速度和方向，引出光在介质中的折射和反射现象。 电子在固体中的运动与光相互作用： 探讨自由电子和束缚电子在受到光场激励时产生的响应，例如等离子体激元（plasmon）的概念，及其在纳米光学中的重要性。 分子的振动与转动光谱： 了解分子内部的运动如何与特定频率的光发生耦合，从而产生红外和拉曼光谱，这些光谱是研究分子结构和化学键的有力工具。 非线性光学效应的萌芽： 简要介绍当光强足够大时，物质响应不再是线性的，这将为后续章节的深入探讨埋下伏笔。 第三章：光与物质的舞蹈——能量的传递与转化 光与物质的互动，最直观的体现就是能量的传递与转化。本章将从能量守恒的视角，详细分析光能量如何在与物质作用时被吸收、散射、转换，以及这些能量转化过程的微观机制。 吸收与热效应： 当光被物质吸收时，其能量会转化为物质内部的动能，表现为温度升高。我们将探讨不同物质的吸收系数以及热传导机制。 散射现象： 光在与物质相互作用时，会发生不同类型的散射。瑞利散射（Rayleigh scattering）解释了天空为什么是蓝色的，而米氏散射（Mie scattering）则与雾、云等现象相关。我们将分析这些散射过程的本质，以及它们与光波长、粒子大小的关系。 荧光与磷光： 介绍物质在吸收光能后，经过内部能级跃迁，以较低能量的光形式重新发射出来的现象。我们将区分荧光和磷光的区别，以及它们在生物成像、照明等领域的应用原理。 光化学反应： 探讨光能如何驱动化学键的断裂和形成，引发光化学反应。例如，植物的光合作用就是一种典型的利用光能进行化学转化的生物过程。 光致发光与电致发光： 进一步扩展发光概念，介绍其他诱发发光的方式，为理解显示技术等奠定基础。 第四章：光的奇妙操控——折射、反射与衍射的奥秘 光的传播路径在与物质接触时会发生改变，这带来了我们所熟悉的光学现象，也是许多光学器件的基础。本章将深入解析折射、反射和衍射这三大基本的光学规律，并探讨它们是如何被理解和利用的。 折射定律与斯涅尔定律： 详细阐述光从一种介质进入另一种介质时，其传播方向发生偏折的原因，并给出精确的数学描述。我们将分析折射率的概念，以及它如何与物质的密度、成分等密切相关。 全反射与光纤： 探讨当光从光密介质射向光疏介质，并且入射角大于临界角时发生的全反射现象。这将引出光纤通信的原理，理解光信号如何通过全反射在长距离上传输。 反射的多样性： 分辨镜面反射（specular reflection）和漫反射（diffuse reflection），解释不同表面特性对反射效果的影响。 衍射的波粒二象性体现： 深入理解衍射现象，即光在遇到障碍物或狭缝时，会发生弯曲传播的现象。我们将从惠更斯原理出发，解释衍射的成因，并介绍夫琅禾费衍射（Fraunhofer diffraction）和菲涅尔衍射（Fresnel diffraction）的区别。 干涉现象与相干性： 探讨两束或多束光相遇时，由于叠加效应而产生的明暗相间的条纹。我们将引入相干性的概念，理解单色光和非单色光在产生干涉时的差异，以及它在全息术等领域的应用基础。 第五章：光与物质的共振——激发与响应的和谐 当光的频率恰好与物质内部某个电子能级跃迁的频率相匹配时，就会发生强烈的共振现象，导致能量的极大吸收。本章将聚焦于共振的机制及其带来的深远影响。 共振吸收的精细度： 解释为什么物质的光谱线是如此狭窄，以及影响谱线宽度的因素，如多普勒效应、碰撞展宽等。 激光的产生原理： 深入剖析受激发射（stimulated emission）的概念，这是激光得以产生的关键。我们将解释粒子数反转（population inversion）的必要性，以及共振腔（resonant cavity）在放大光子、产生相干性激光中的作用。 共振荧光： 讨论在特定频率光激发下，物质表现出的高效荧光发射，以及其在光谱分析和标记技术中的应用。 表面等离子体共振（SPR）： 介绍当金属纳米结构中的自由电子集体振荡与入射光发生共振时产生的SPR现象，理解其在生物传感器、催化等领域的应用潜力。 多光子共振： 探讨当多个光子同时被物质吸收，从而引发更高能级跃迁的现象，这在某些超快光谱学研究中至关重要。 第六章：光的非线性世界——高强度光与物质的非凡互动 在通常情况下，物质对光的响应是线性的，即输出与输入成正比。然而，当光强度达到一定程度时，物质的响应将变得非线性，从而产生一系列令人惊叹的现象。本章将带领读者进入非线性光学（nonlinear optics）的奇妙世界。 二次谐波产生（SHG）与三次谐波产生（THG）： 介绍当光通过某些非中心对称晶体时，会产生频率为入射光两倍或三倍的光。我们将从微观电偶极矩的角度解释这些效应的来源。 参量放大与参量振荡： 探讨当泵浦光与介质相互作用时，可以产生信号光和闲频光，实现光的放大和频率转换。 自聚焦（self-focusing）与自相位调制（SPM）： 解释在强光照射下，介质的折射率会随光强变化，导致光束发生自聚焦，以及光脉冲的相位发生改变。 克尔效应（Kerr effect）与斯托克斯效应（Strokes effect）： 介绍光场诱导物质折射率变化的现象，以及其与光的强度相关的非线性响应。 光学阈值效应（optical thresholding）： 探讨某些材料在光强达到一定阈值后，会发生急剧的光学性质变化，这为光开关等应用提供了可能。 第七章：光与物质的融合——先进材料与前沿应用 理解了光与物质之间丰富的互动，我们便能更好地设计和利用具有特定光学性质的材料，从而催生出各种前沿科技。本章将展示光与物质相互作用如何在材料科学和技术领域得到体现。 光子晶体（photonic crystals）： 介绍具有周期性结构的光学材料，它们能够调控光在其中的传播，甚至实现对光的“禁带”。我们将讨论光子晶体的设计原则及其在光通信、激光器等领域的应用前景。 超材料（metamaterials）： 探索由人工设计的亚波长结构单元组成的材料，它们能够展现出自然界材料所不具备的负折射率、隐身等奇特光学特性。 有机光电材料： 介绍有机半导体材料在光电器件中的应用，例如有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池等，以及它们与光相互作用的独特机制。 量子点（quantum dots）： 探讨纳米尺寸的半导体晶体，它们的光学性质与尺寸密切相关，常用于显示技术、生物成像和量子计算。 生物光子学（biophotonics）： 介绍光学技术在生命科学和医学中的应用，例如荧光显微镜、光学相干断层扫描（OCT）等，以及光与生物组织相互作用的复杂性。 结语：永恒的探索与无限的可能 《光与物质的交响》是一次跨越基础物理、材料科学到前沿应用的大胆尝试。光与物质的相互作用，是自然界最基本、最普遍的现象之一，其背后蕴藏着无穷的奥秘等待我们去发掘。本书旨在提供一个全面的视角，帮助读者理解这一深刻联系的本质，激发对这一迷人领域的持续探索。从微观粒子的量子跃迁到宏观世界的奇妙光学现象，每一次光与物质的交汇，都奏响着一曲独一无二的交响乐章。随着我们对这一交响理解的不断深入，必将涌现出更多改变世界的科技与发现。
用户评价
评分
作为一个对前沿科技充满好奇心的学生，我一直关注着光通信的发展动向。近些年，随着大数据、5G、人工智能等技术的爆发式增长，对通信带宽和速率的要求也越来越高，而光学通信无疑是满足这些需求的最有潜力的方向。我了解到，光信号的传输和处理是整个光通信链路的核心，而“调制”和“再生”正是优化这些核心环节的关键技术。《光调制与再生技术》这个书名，让我看到了深入了解这些核心技术的希望。我希望这本书能够覆盖从基础的光学原理，到各种先进的光调制编码方案，再到实现光信号高效再生的各种方法。我特别感兴趣的是，如何在高速传输的背景下，实现低损耗、低噪声的信号调制和再生。例如，能否介绍一下近期在硅光子领域发展迅速的光调制器，以及在超长距离传输中，如何通过光放大器或相干检测技术来保证信号的完整性。我希望这本书能够用相对易懂的语言，结合大量的图示和实例，将这些复杂的概念清晰地呈现出来，让我能够快速掌握核心知识，并为将来的研究打下坚实的基础。
评分我是一名业余的光学爱好者，平时喜欢阅读一些关于物理学和工程学的科普书籍，但有时会觉得一些理论过于抽象，难以联系实际。最近我对光通信产生了浓厚的兴趣，觉得它在未来的生活中扮演着越来越重要的角色。在浏览书店时，《光调制与再生技术》这本书的书名吸引了我，我希望这本书能帮我理解光是如何被“打扮”成信息的，以及如何在远距离传输中保持“容颜”。我期望这本书能够用生动形象的比喻，或者是一些非常直观的图解，来解释光调制的基本原理，比如如何通过改变光的频率、振幅、相位来编码信息。同时，我也非常想了解“再生”技术，这听起来就像给光信号“充电”或者“整容”，我希望能看到一些关于这方面技术的介绍，比如如何修复那些在传输过程中变得模糊或者微弱的光信号，让它们重新变得清晰有力。我希望这本书的语言不会过于艰涩，能够让我这样一个非专业人士也能有所收获，并且能激发起我对这个领域的进一步探索热情。
评分说实话，一开始我对这本书并没有抱太高的期望，以为会是一本枯燥的学术论文集。我是一名对光学技术有基础了解的工程师，日常工作中接触到不少光相关的设备和理论，但对于“光调制与再生”这个具体方向，我的认知还比较浅显。我一直在寻找能够系统性梳理这方面知识的材料，但很多书籍要么过于理论化，要么过于偏向某一个特定应用。这本书的书名听起来比较综合，引起了我的注意。我希望能在这本书里找到关于不同调制方式的优缺点对比，比如相位调制、幅度调制、偏振调制等等，以及它们分别适用于哪些场景。更重要的是，“再生”这个概念，我非常好奇其中的技术细节。是否涉及光电转换后进行信号处理再转换回光信号？还是存在纯光学的再生方法？我希望能看到详细的原理分析，包括各种再生技术的架构、关键器件以及它们在降低噪声、补偿损耗方面的具体作用。如果书中有相关数学模型的推导，那将是锦上添花，能帮助我深入理解其背后机制。
评分这本书我早就想读了，但一直没找到合适的。我一直对光学通讯领域充满兴趣，特别是如何通过光来传递信息，以及在传输过程中如何保持信号的质量。很多时候，我们传输的信号会因为各种损耗而衰减，或者受到干扰而失真，这无疑会影响通信的效率和可靠性。我一直很想知道，有哪些技术能够帮助我们“修复”这些问题，让光信号在长距离传输后依然能够清晰、准确地到达目的地。这本书的书名《光调制与再生技术》恰好点出了我一直以来好奇的核心——“调制”听起来像是如何将信息编码到光波上，而“再生”则让我联想到让衰弱的光信号重新焕发生机。我特别想了解，具体有哪些物理原理支撑着这些技术？它们是如何实现的？在实际应用中，它们又面临着哪些挑战？比如，能否像电子信号放大器一样，简单地将光信号放大？还是说，需要更复杂、更精巧的方法？我希望这本书能够详细地阐述这些原理，并提供一些实际的案例，让我能够更直观地理解这些高深的技术。
评分我一直对光学在信息处理领域的应用抱有浓厚的兴趣，尤其是在当今信息爆炸的时代，如何高效、稳定地传输和处理海量信息，是摆在我们面前的一大难题。光作为一种携带信息的高效介质，其调制和再生技术的重要性不言而喻。我一直在寻找一本能够全面、深入地探讨这方面内容的书籍。《光调制与再生技术》这个书名，恰好戳中了我的兴趣点。我希望这本书能为我揭示，如何将电信号转化为高质量的光信号，并通过各种手段使其在传播过程中保持其原有信息。我尤其好奇“再生”这一概念，它意味着什么？是仅仅放大信号，还是包含对信号失真的修复？我希望能在这本书中看到关于各种光信号再生技术的详细介绍，比如光电光再生、全光再生，以及它们在不同应用场景下的适用性。我希望作者能够用严谨的学术态度，但又不失清晰的逻辑，带领我走进这个充满魅力的领域，让我能对光信号的“生命周期”有更深刻的理解。
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