光纤通信原理(第2版)(21世纪高等学校规划教材 电子信息) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁国良著 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302263319

商品编码：29729788989

包装：平装

出版时间：2012-05-01

基本信息

书名：光纤通信原理(第2版)(21世纪高等学校规划教材 电子信息)

定价：29.50元

作者：袁国良著

出版社：清华大学出版社

出版日期：2012-05-01

ISBN：9787302263319

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.640kg

编辑推荐

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本书力求从基础知识出发，循序渐进、由浅入深，对光纤通信原理进行全面的介绍。

注重可读性和实用性，提供PPt课件，习题解答。

本书可以满足对高等学校信息与通信工程专业本科生和研究生的教学需要，也可供相关专业的学生学习，同时可供从事该领域工作的广大科研与工程技术人员参考。

内容提要

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　　《21世纪高等学校规划教材·电子信息：光纤通信原理（第2版）》主要介绍光纤通信的原理及其发展；光纤通信的物理学基础；光纤的传输理论和特性；光源和光电检测器的结构与工作原理；光发射机和光接收机，光缆和光纤通信器件；光纤通信系统的构成、性能和设计；系统性能的提高，包括光放大和色散补偿技术、光波分复用技术、相干光通信、光孤子通信等；光纤通信的基本实验。
　　本书力求从基础知识出发，深入浅出、循序渐进，以方便读者阅读。本书可以作为高等学校本科生和研究生的教材，也可以作为从事光纤通信的科研人员、工程技术人员和其他相关人员的参考书。

目录

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章 光纤通信概述
1.1 什么是光纤通信
1.2 光纤通信的发展历史
1.3 光纤通信的优点及其应用
1.4 光纤通信系统的组成
1.5 光纤通信的发展趋势
小结
习题

第2章 光的性质
2.1 光的反射、折射和全反射
2.2 光的电磁理论
2.3 光的干涉和衍射
2.4 光的偏振
2.5 光的吸收、色散和散射
2.6 光的量子性
2.7 激光
小结
习题

第3章 光纤
3.1 光纤概述
3.2 多模光纤的射线光学理论分析
3.3 阶跃型光纤的波动光学理论
3.4 阶跃型光纤标量模的可导与截止
3.5 光纤的损耗特性
3.6 光纤的色散特性
3.7 光纤的非线性效应
3.8 单模光纤
小结
习题

第4章 光源和光电检测器
4.1 半导体的能带理论
4.2 PN结的能带结构
4.3 光源的异质结结构
4.4 发光二极管
4.5 半导体激光器
4.6 LD的工作特性
4.7 光电检测器
4.8 PIN和APD的工作原理
4.9 光电检测器的工作特性
小结
习题

第5章 光端机
5.1 光源与光纤的耦合
5.2 光调制
5.3 光发射机
5.4 光接收机
5.5 光接收机的噪声分析
5.6 光接收机的误码率和接收灵敏度
5.7 光中继器
小结
习题

第6章 光缆和光纤通信器件
6.1 光纤的温度特性和机械特性
6.2 光缆的种类、材料及其结构
6.3 光纤通信器件及其性能参数
6.4 光纤的连接和光纤连接器
6.5 光纤分路与耦合器
6.6 光衰减器和光隔离器
6.7 光开关
小结
习题

第7章 光纤通信系统
7.1 数字光纤通信系统
7.2 同步数字体系
7.3 光纤通信的线路码型
7.4 光纤损耗和色散对系统的限制
7.5 光纤通信的性能指标
7.6 光纤通信系统设计
7.7 光纤通信工程概述
小结
习题

第8章 系统性能的提高
8.1 光放大器及其工作性能
8.2 掺铒光纤放大器
8.3 光纤喇曼放大器
8.4 色散补偿技术
8.5 多信道复用技术
8.6 光波分复用原理
8.7 光波分复用技术
8.8 光波分复用器
8.9 WDM设计中考虑的重要问题
8.10 相干光纤通信和光孤子通信
小结
习题

第9章 光网络
9.1 SDH光同步数字传送网
9.2 WDM光传送网
9.3 智能光网络
9.4 城域光网络
9.5 光纤接入网
小结
习题

0章 光纤通信实验
10.1 光纤认识实验
10.2 光纤通信基础实验
10.3 光纤衰减系数测量
10.4 多模光纤带宽的测量
10.5 光纤无源器件特性
10.6 光发送实验
10.7 光接收实验
10.8 光波分复用实验
10.9 光纤通信仿真实验
小结
附录A SDH系统光接口标准
附录B 光纤通信常用英文缩写
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《光信号的传输与转化：现代通信的基石》 在这个信息爆炸的时代，我们对通信的需求与日俱增，数据传输的速率和容量也在不断刷新纪录。支撑这一切高速、海量信息流通的，是一门深刻而迷人的学科——光信号的传输与转化。本书旨在深入浅出地剖析光通信的核心原理，揭示光波如何穿越媒介，如何承载信息，以及如何在不同形态间自如转化，最终构建起连接世界的通信网络。 第一章：光信号的本质与产生 在深入探讨光信号的传输之前，我们首先要理解光信号的本质。本章将从电磁波谱的角度出发，定位可见光与近红外光在通信中的关键作用。我们将详细介绍激光器的基本工作原理，包括受激辐射、粒子数反转、谐振腔的作用以及不同类型激光器的特点（如半导体激光器、光纤激光器等），重点阐述其在产生高强度、高方向性、单色性良好的光信号方面的优势。同时，我们也将触及LED（发光二极管）作为一种简易光源的应用场景，并分析其与激光器在性能上的差异。此外，本章还将初步探讨光信号的调制方式，为后续章节奠定基础。 第二章：光波在传输介质中的传播特性 光信号一旦产生，便需要在传输介质中进行远距离的传输。本书将重点聚焦于作为现代光通信核心载体的光纤。我们将深入剖析光纤的结构，包括纤芯、包层以及涂覆层的功能，并重点讲解光波在光纤中传播的两种基本模式：全内反射（Total Internal Reflection, TIR）和倏逝波（Evanescent Wave）。全内反射的原理将通过斯涅尔定律（Snell's Law）进行详细推导，并分析纤芯和包层的折射率对全内反射临界角的影响。我们将区分单模光纤和多模光纤，阐述它们的结构差异、模场直径、模数以及在传输性能上的优劣，解释为何单模光纤是长距离、高速率通信的首选。 光纤的传播并非理想状态，信号在传输过程中不可避免地会衰减和失真。本章将详细分析导致光信号衰减的主要因素，包括吸收损耗（Material Absorption）和散射损耗（Scattering Loss）。我们将深入探究材料吸收的微观机制，例如电子跃迁吸收和振动吸收，以及其随波长的变化规律。对于散射损耗，我们将重点讲解瑞利散射（Rayleigh Scattering），并解释其与光波长四次方成反比的关系，从而说明选择合适的传输波长对降低损耗的重要性。此外，我们还将讨论其他形式的损耗，如弯曲损耗（Bending Loss）和接续损耗（Splice Loss），并分析其产生的原因及规避措施。 第三章：光信号的畸变与色散 除了衰减，光信号在传输过程中还会发生畸变，其中最主要的表现形式是色散（Dispersion）。色散会导致不同波长的光信号以不同的速度传播，从而使得原本集中的光脉冲展宽，最终影响信号的区分度和传输速率。本章将系统地介绍几种主要的色散类型。 首先是材料色散（Material Dispersion），这是由介质的折射率随波长变化引起的。我们将通过分析光纤材料（如石英玻璃）的色散曲线，解释材料色散的产生机制，并介绍如何通过优化光纤材料成分来减小材料色散。 其次是波导色散（Waveguide Dispersion），这是由光波在光纤波导结构中的传播模式以及纤芯和包层的边界条件引起的。我们将从分析不同模式的传播常数与波长的关系入手，解释波导色散的产生机理，并探讨如何通过调整光纤的几何结构（如纤芯直径、折射率分布）来优化波导色散。 最后，对于多模光纤，我们还将讨论模间色散（Intermodal Dispersion）。这将通过分析不同模式在光纤中传播路径长度的差异来解释。我们将说明模间色散是多模光纤传输速率的主要限制因素，并阐述如何通过使用渐变折射率光纤来减小模间色散。 本章还将探讨偏振模色散（Polarization Mode Dispersion, PMD）。我们将解释光纤制造和工作环境中的非均匀性如何导致光波的不同偏振模式以不同速度传播，并分析其对高速率、长距离通信的影响，以及常用的补偿技术。 第四章：光信号的调制与解调 要将信息编码到光信号中，需要进行调制（Modulation）。本章将详细介绍几种主要的模拟调制和数字调制技术。 在模拟调制方面，我们将讲解强度调制（Intensity Modulation），这是最简单也是最常用的调制方式，即将信息的幅值变化映射到光信号的强度变化。我们将探讨其基本原理和实现方式。 在数字调制方面，我们将重点介绍直接强度调制（Direct Intensity Modulation），并深入分析其工作原理。在此基础上，我们将进一步探讨更先进的调制技术，如相位调制（Phase Modulation）和频率调制（Frequency Modulation），以及它们在提高频谱利用率和抗干扰能力方面的优势。 为了应对高速率传输的需求，相干光通信（Coherent Optical Communication）技术被广泛应用。本章将重点介绍相干探测（Coherent Detection）原理，包括本地振荡器的作用、混频过程以及如何从中提取相位和幅度信息，从而实现更高效的信息解调。我们将分析相干探测相较于直接探测的优势，如更高的灵敏度和更好的抗噪声性能。 第五章：光信号的检测与增益 在接收端，经过长距离传输和调制的光信号需要被精确地检测和放大。本章将重点介绍几种常用的光电探测器（Photodetector），包括PIN光电二极管和雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）。我们将详细分析它们的结构、工作原理、响应速度、量子效率以及探测灵敏度。特别是APD，我们将深入解析其内部的倍增效应（Avalanche Effect），以及如何在弱光信号检测中发挥关键作用。 对于长距离传输而言，信号的衰减是一个巨大的挑战。为了克服信号损耗，需要使用光放大器（Optical Amplifier）对光信号进行增益。本章将详细介绍两种主流的光放大技术：掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）和半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）。我们将深入剖析EDFA的工作原理，包括铒离子的能级结构、受激辐射过程、泵浦源的作用以及其在C波段和L波段的放大特性。同时，我们也将介绍SOA的基本结构、工作机理以及其在特定应用场景下的优势。 第六章：光信号的处理与管理 高效的光通信系统不仅需要传输和检测光信号，还需要对光信号进行灵活的处理和管理。本章将介绍一些关键的光信号处理技术。 我们将深入探讨光开关（Optical Switch）和光分插复用器（Optical Add-Drop Multiplexer, OADM）。光开关是实现光路灵活切换的核心器件，我们将介绍不同类型光开关的工作原理，如热光开关、电致伸缩开关等。OADM则是在光传输网络中实现对特定波长信号的插入和移除，实现网络节点的功能，我们将分析其在波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）网络中的重要作用。 此外，本章还将介绍光缓存（Optical Buffer）的概念和技术，解释其在处理突发性流量和协调不同速率数据流方面的作用。我们还将初步探讨光网络的架构，包括点对点连接、环形网络以及网格网络，并分析不同网络拓扑对光信号处理和管理的要求。 第七章：光通信系统的发展趋势 光通信技术正以前所未有的速度发展，为了满足未来日益增长的信息需求，新的技术和概念不断涌现。本章将展望光通信的未来发展趋势。 我们将重点介绍下一代光通信技术，如更高阶的调制格式（例如QAM调制）及其对相干探测技术提出的更高要求。我们将讨论硅光子技术（Silicon Photonics）的兴起，及其在集成化、小型化和低功耗光通信器件方面的巨大潜力。 此外，我们还将探讨下一代网络架构，包括超大带宽的骨干网、接入网以及面向数据中心内部通信的短距离高速光互连。我们还将关注人工智能（AI）在光通信网络中的应用，例如智能流量管理、故障预测和网络优化等。最后，我们将讨论光通信技术在5G/6G通信、物联网（IoT）、云计算等前沿领域的应用前景。 本书力求以严谨的科学态度，结合直观的图示和易懂的语言，为读者构建起一个清晰、完整的现代光通信知识体系。无论您是电子信息类专业的学生，还是对光通信技术充满好奇的工程师或科研人员，本书都将是您深入理解现代通信基石的理想读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度处理得非常到位，简直是教科书级别的典范。它并没有一味地追求罗列知识点，而是着力于构建一个严谨的知识体系框架。从最基础的光波导理论讲起，脉络清晰地过渡到实际的器件特性，再到系统级的性能分析，逻辑链条环环相扣，毫无跳跃感。尤其是在处理一些前沿但又至关重要的部分时，作者没有采用那种浮于表面的介绍，而是深入挖掘了背后的物理机制和数学模型。我尤其欣赏它对“误差分析”和“噪声处理”这部分内容的详尽阐述，这往往是很多教材会一带而过的地方，但恰恰是工程实践中最考验功力的环节。作者似乎非常了解工程师在实际工作中会遇到哪些痛点，并在理论的讲解中提前埋下了解决问题的“种子”。这种“预见性”的编写方式，让这本书的实用价值远超一般的理论参考书，它不仅仅是在“教你原理”，更是在“教你如何思考和设计”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者群显然是行业内的资深专家，他们的学术背景和行业经验在字里行间透露无遗。阅读过程中，我能清晰地感受到一种历经千帆后的沉稳和洞察力。他们对概念的阐述，不是简单地复述前人观点，而是融入了自己多年的教学和研究心得，使得许多原本晦涩难懂的术语变得生动起来。比如，在解释光纤的模间串扰（MIC）时，作者不是简单地给出公式，而是通过一个形象的比喻，立刻就能让人把握住问题的核心所在。这种“大家风范”的写作风格，使得整本书的阅读体验充满了启发性。它更像是一位经验丰富的导师在耐心地为你解惑，而不是一本冷冰冰的教材在宣讲知识。这种高屋建瓴的视角，对于想从“操作者”升级为“设计者”的学习者来说，价值是无可估量的。它教会你如何看待问题，如何评估不同技术路线的优劣。

评分☆☆☆☆☆

作为一个已经工作了几年的工程师，我深知理论知识与实际应用之间那道难以逾越的鸿沟。很多理论教材读起来就像在看小说，知道发生了什么，但就是不知道如何动手实现。然而，这本书在这方面做得尤为出色。它似乎时刻都在提醒读者，这些公式最终都要落实到具体的设备和指标上。书中的案例分析非常贴近当前的行业标准，从光纤的衰减系数到色散补偿的实现，都有详实的数据支撑和对比。我特别留意了关于“非线性效应”的章节，它没有停留在理论模型的推导，而是结合了最新的高速传输系统的实际瓶颈，讨论了前向纠错（FEC）技术在应对这些挑战中的作用。这种理论与实践的紧密结合，使得学习不再是枯燥的知识积累，而变成了一种解决实际工程问题的工具箱的搭建过程。对于正在进行系统升级或新产品研发的同行来说，这本书无疑提供了一个极其宝贵的、经过时间检验的参考基准。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计着实让人眼前一亮。封面设计简约而不失专业感，那种深沉的蓝色调配合着清晰的字体，一下子就抓住了眼球。拿到手里掂量一下，分量十足，感觉内容肯定很扎实。内页纸张的质感也相当不错，阅读起来不费力，长时间盯着也不会觉得眼睛特别干涩。值得一提的是，插图和公式的排版清晰度极高，很多复杂的原理图都被巧妙地简化和可视化了，这对初学者来说简直是福音。我特别喜欢它在关键概念引入时的留白处理，不像有些教材恨不得把所有信息都塞在一页上，这里处理得张弛有度，让人更容易消化吸收。即便是那些涉及到高数推导的部分，作者似乎也精心设计了视觉引导，让你能一步步跟着思路走，而不是被密密麻麻的符号吓退。这种对阅读体验的重视，在理工科教材中是相当少见的，足见编者对读者的尊重。整体来看，光是翻阅和初步浏览，就能感受到制作上的用心良苦，绝对是市面上少有的“赏心悦目”的技术书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源和学习辅助设计也值得称赞。虽然我主要关注纸质书的内容，但它在某些关键算法和仿真部分提供的清晰指引，明显暗示了其电子版或在线资源可能包含了更丰富的互动性内容。例如，在讲解OTDR（光时域反射仪）的测试原理时，书中的文字描述已经非常到位，但作者在脚注中提及的某个特定仿真软件的参数设置，极大地降低了读者自行搭建模型的门槛。此外，书后的习题设置也体现了极高的水准。它们并非简单的概念填空，而是要求读者进行深入的计算和分析，很多题目甚至可以直接作为小型项目的设计起点。对于自学者而言，这种“引导式”的习题设计至关重要，因为它强迫你必须主动去检索、去整合知识点，从而达到真正的融会贯通。总而言之，这本书不仅仅是一本“读完就放一边”的教材，更是一个可以长期伴随职业生涯成长的学习伴侣。