普通高等教育“十二五”规划教材：光纤通信 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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钱爱玲，钱显忠，钱显毅 编

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• 光纤通信
• 通信工程
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• 光纤技术
• 信息技术
• 物理学
• 电子工程
• 通信原理
• 网络工程

出版社： 中国水利水电出版社

ISBN：9787517005346

版次：1

商品编码：11184307

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-01-01

用纸：胶版纸

页数：350

字数：555000

正文语种：中文

内容简介

　　《普通高等教育“十二五”规划教材：光纤通信》系统的介绍了光纤通信的历史与现状、光纤通信的概念、光纤传输理论、光发射机、光接收机、光放大器、光纤通信网络、光调节与复用技术、光纤通信系统设计与施工、光纤测量。
　　《普通高等教育“十二五”规划教材：光纤通信》编写时力求反映应用型本科学生、卓越工程师培养的要求和理工类专业教学特点，内容由浅入深，循序渐进，基本概念和基本知识准确清晰，突出光纤通信的应用技术，有利于培养卓越工程师专业教学使用。每章后都安排有相关阅读材料和习题，方便读者自学。
　　《普通高等教育“十二五”规划教材：光纤通信》适应不同的读者，也可以用于高等学校理工类专业教材。

内页插图

目录

前言
第1章 光纤通信的概念
1.1 光纤通信的概念
1.2 光纤通信的发展历史
1.3 现代光纤通信技术
1.4 数字光纤通信系统比模拟光纤通信系统
习题

第2章 光纤传输理论
2.1 光纤的典型结构及分类
2.2 光纤的传输特性及主要参数
2.3 阶跃折射率光纤的模式理论
2.4 渐变折射率光纤的波动理论
2.5 单模光纤
2.6 光纤的制造
2.7 光纤的成缆
2.8 小结
习题

第3章 光发射机
3.1 激光原理的基础知识
3.2 半导体激光器
3.3 半导体发光二极管
3.4 光源的调制原理
3.5 光发射机和外调制器
3.6 小结
习题

第4章 光接收机
4.1 光接收机简介
4.2 光电检测器
4.3 放大电路及其噪声
4.4 光接收机灵敏度的计算
4.5 光接收机的组成模块
4.6 小结
习题

第5章 光放大器
5.1 发光二极管
5.2 激光器原理
5.3 光放大器
5.4 小结
习题

第6章 光纤通信网络
6.1 光纤通信系统
6.2 全光通信网
6.3 光纤接入网
6.4 色散补偿技术
6.5 光孤子通信技术
习题

第7章 光调节与复用技术
7.1 光调制器
7.2 光复用解复用器
习题

第8章 光纤通信系统设计与施工
8.1 数字光纤通信系统性能及测试
8.2 单通道数字光纤通信系统结构与设计
8.3 多通道数字光纤通信系统设计
习题

第9章 光纤测量
9.1 衰减测量
9.2 色散测量
9.3 0TDR的应用
9.4 眼图分析
9.5 光谱分析仪的应用
习题
参考文献

精彩书摘

　　第4章 光接收机
　　任何信号在传输过程中，都会出现衰减、波形展宽、波形变形等等现象。光信号在光纤中经过长距离传输也同样会受到损耗、色散和非线性的影响，不仅幅度被衰减，而且脉冲的波形也被展宽和变形。即使只考虑传输过程中0.2dB/km的损耗，经过50km的传输，光功率也要降低到原来的十分之一。因此，光接收机的首要任务是能检测到微弱光信号，将光信号成比例地转换成电信号，同时还要能对接收到的电信号进行整形、放大以及再大。
　　光接收机是光纤通信系统的重要组成部分。它的作用是将由光纤传来的微弱光信号转换为电信号，经放大，处理后恢复原信号。光接收机的性能对整个系统的通信质量有很大的影响。光接收机主要性能指标是：
　　（1）光接收机灵敏度。光接收机的灵敏度是指满足给定信噪比指标的条件下，光接收机所需要的最小接收光功率。所需要的最小接收光功率越小，光接收机灵敏度越高，接收弱信号的能力越强。影响光接收机灵敏度的主要因素是光检测器的响应度及光接收机的噪声。由于噪声存在，限制了光接收机接收弱信号的能力。因此如何降低光接收机的噪声，已成为光纤通信系统中的一个重要研究课题。
　　（2）光接收机的动态范围。光接收机的动态范围是指光接收机灵敏度与最大可允许输入的光功率的电平差。输入光功率过大，超过最大可允许的输入光功率，接收机会出现饱和或过载，使输出信号产生失真，因此，希望光接收机有大的动态范围。
　　本章首先简介光接收机的组成和性能指标，接着介绍光电检测器，然后从分析放大器和检测器的噪声及统计性质出发，介绍接受机灵敏度的计算方法，其中主要介绍高斯近似计算方法。最后简单介绍接收机的其他几个组成模块。
　　4.1光接收机简介
　　光接收机分为模拟光接收机和数字接收机两种。模拟光接收机用于接受模拟信号，如光纤CATV信号。当前的通信系统由于大多采用数字信号，因而主要用的数字光接收机。检测方式分为相干检测方式和非相干检测方式。相干检测方式首先将接收到的光信号与一个光本地振荡器的振荡信号进行混频，再被光电检测器变换成中频电信号，类似于无线电收收音机。常用的非相干检测方式就是直接功率检测方式，通过光电二极管直接将接受的光信号恢复成基带调制信号。
　　下面以直接检测（DD）的数字光接收机为例，介绍其主要组成部分。数字光接收机的框图如图4.1所示。
　　数字光接收机由光电检测器、前置放大器、主放大器、AGC电路、均衡器、判决再生和时钟提取七个部分组成。
　　……

前言/序言

　　为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》的重大改革，根据教育部2011年5月发布的《关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》，本着教材必须符合教育规律和人才成长规律的具有科学性、先进性、适用性，进一步完善具有中国特色的普通高等教育本科教材体系的精神和“卓越工程师教育培养计划”的具体要求，编写了光纤通信教材。
　　本教材具有以下特色：
　　（1）符合教育部《关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》的精神，具有时代性、先进性、创新性，为培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才和卓越工程师打下良好的数理基础。
　　（2）特色鲜明，实用性强，方便读者自学。每章后都安排有相关阅读材料和习题，方便读者自学。将每个知识点紧密结合到相关学科、产业的应用。如，第3章“光发射机’’后有相关的阅读材料ECL电源开关在数字光发射机调制电路中的应用研究，可以提高学生学习兴趣，适应不同基础的学生自学。
　　（3）重点突出、简明清晰、结论表述准确。对光纤通信中涉及的物理定律、定理不求严格证明过程，但对光纤通信中的物理模型建立讲述清晰，结论表达清晰准确，有利于帮助学生建立工程应用中的数理模型、培养学生的形象思维能力和解决实际工程的能力。
　　（4）难易适中，适用面广，符合因材施教。适用不同的读者学习和参考，也有利于普通高校教学之用。

光纤通信：开启信息时代新纪元的基石 在信息爆炸的时代浪潮中，人类社会对信息传输速度、容量和可靠性的需求日益增长。从早期的电报、电话，到如今琳琅满目的互联网应用，通信技术的每一次革新都极大地推动了社会进步与发展。而在这场波澜壮阔的通信革命中，光纤通信以其卓越的性能，成为了连接世界的数字神经，为现代信息社会奠定了坚实的基础。 一、 光纤通信的诞生与发展：一场静默的技术飞跃 光纤通信，顾名思义，是利用光波作为信息载体，通过光纤作为传输媒介进行信息传递的技术。与传统的电信号传输相比，光信号在光纤中传输具有不可比拟的优势。这门技术并非一蹴而就，而是经历了漫长而艰辛的探索与发展。 早在19世纪，科学家们就已认识到光波的潜力，但如何将其有效地引导和传输，成为了一个巨大的挑战。直到20世纪60年代，随着激光器的发明和低损耗光纤材料的出现，光纤通信才迎来了历史性的突破。1966年，英国科学家高锟（Charles K. Kao）博士提出了用玻璃纤维传输光信号的设想，并预测到2000年光纤损耗可以降低到每公里20分贝以下，这一理论预言为光纤通信的实用化指明了方向。1970年，美国康宁公司成功研制出损耗低于20分贝/公里的石英光纤，标志着光纤通信从理论走向现实。 此后，光纤通信技术以前所未有的速度发展。光纤的损耗不断降低，传输带宽不断拓宽，光源和探测器的性能持续提升，光放大器、光开关等关键器件也相继问世。上世纪80年代，光纤通信开始大规模商用，并在骨干网、城域网等领域得到了广泛应用。进入21世纪，随着互联网的迅猛发展和高清视频、云计算、大数据等业务的兴起，对通信带宽的需求呈现指数级增长，光纤通信凭借其巨大的优势，再次成为支撑信息时代发展的核心技术。 二、 光纤通信的卓越性能：无与伦比的传输优势 光纤通信之所以能够取代传统通信方式，成为现代通信的主流，源于其一系列无可比拟的优越性能： 巨大的传输带宽： 光波的频率远高于电磁波，因此光纤可以承载的信息量也远大于同轴电缆。一根头发丝般粗细的光纤，其理论传输容量相当于数百万对铜线。这意味着，光纤通信能够轻松满足当前及未来日益增长的网络带宽需求，实现高清视频、大数据传输、实时互动等对带宽要求极高的应用。 极低的传输损耗： 优质光纤的损耗极低，每公里损耗可以达到0.2分贝左右。这意味着光信号可以在长距离传输而不必频繁进行信号放大，大大降低了网络建设和维护的成本。相比之下，铜线传输的损耗随距离的增加而显著增大，需要密集的中继设备。 优良的抗干扰能力： 光信号在光纤中传输，不受电磁干扰的影响。这意味着光纤通信在强电磁环境下，如发电厂、工业区等地方，也能保持稳定可靠的通信质量，而铜线容易受到电磁噪声的干扰，导致信号失真和数据错误。 保密性强： 光信号在光纤内部传输，很难被截获。即使有人尝试窃听，也容易被发现，从而保证了通信的安全性。 体积小，重量轻： 光纤的直径通常只有几十微米，比传统的铜线电缆细得多，重量也轻得多。这使得光纤铺设更加便捷，尤其是在城市地下管网有限的情况下，其优势更为明显。 绝缘性好，安全性高： 光纤本身不导电，因此不会产生火花，在易燃易爆的环境下使用更加安全。同时，光纤不易产生静电，对设备也更友好。 三、 光纤通信的基本原理：光的世界，信息的桥梁 光纤通信系统主要由三大部分组成： 1. 光发送设备： 这是光纤通信的起点，负责将电信号转换为光信号。其核心部件是光源，通常使用激光器或发光二极管（LED）。光源根据输入的电信号（如语音、数据等）产生相应强弱或频率变化的光脉冲，这些光脉冲携带了要传输的信息。 2. 光传输媒介： 这是光信号传输的“通道”，主要就是光纤。光纤是一种由高纯度玻璃或塑料制成的细丝。其结构通常由纤芯（传输光信号的部分）和包层（包裹纤芯，起到约束光信号的作用）组成。光信号在光纤中传输主要依靠“全内反射”原理：当光从光密介质（纤芯）射向光疏介质（包层）时，如果入射角大于临界角，光就会被反射回光密介质，从而在纤芯内部不断反射前进，实现长距离传输。 3. 光接收设备： 这是光纤通信的终点，负责将传输过来的光信号还原为电信号。其核心部件是光电探测器，如光电二极管。光电探测器能够将接收到的光信号转化为电信号，然后经过放大、整形等处理，最终恢复成原始的电信号，供用户使用。 除了这三大基本组成部分，现代光纤通信系统还包含许多关键的辅助设备，如光放大器（用于补偿光信号在传输过程中的损耗，实现超长距离传输）、光开关（用于实现光路切换和信号路由）、光复用器/解复用器（用于在一根光纤上传输多路不同波长的光信号，极大地提升了传输容量）等。 四、 光纤通信的应用领域：连接你我，无处不在 凭借其卓越的性能，光纤通信已经渗透到现代社会生活的方方面面： 电信网络骨干网： 这是光纤通信最主要的应用领域。长途电话、互联网通信、国际通信等都需要通过光纤骨干网进行传输，以满足海量的信息交换需求。 互联网接入： “光纤到户”（FTTH）的普及，让家庭用户也能享受到高速稳定的互联网接入服务，支持高清视频观看、在线游戏、远程办公等应用。 移动通信基站： 现代移动通信基站之间需要通过光纤进行连接，以提供高速的数据传输能力，支持4G、5G等高速移动通信业务。 数据中心： 随着云计算和大数据技术的快速发展，数据中心内部及数据中心之间的互联对带宽的需求呈爆炸式增长，光纤通信是满足这一需求的唯一选择。 有线电视网络： “光进铜退”是广电网络发展的趋势，光纤技术的应用大大提升了传输容量和图像质量，为用户提供更多高清频道和互动服务。 工业控制与自动化： 光纤的抗干扰能力使其在恶劣的工业环境下具有显著优势，广泛应用于工业自动化、 SCADA系统等领域。 医疗诊断： 内窥镜等医疗设备利用光纤传输光源和图像，为医生提供清晰的视野，实现微创诊断和治疗。 军事通信： 光纤通信的保密性和抗干扰性使其成为军事通信领域的首选技术，用于战场通信、雷达系统等。 航空航天： 在飞机、航天器等领域，光纤通信因其轻便、抗干扰能力强等特点得到应用。 五、 光纤通信的未来展望：速度与智慧的无限可能 尽管光纤通信已经取得了举世瞩目的成就，但其发展并未止步。未来的光纤通信将朝着以下几个方向发展： 更高的数据传输速率： 随着硅光子技术、多模光纤技术以及相干光通信技术的不断成熟，单根光纤的传输速率将持续提升，有望达到Tb/s甚至Pb/s级别。 更广泛的光网络智能化： 通过人工智能和机器学习的应用，未来的光网络将更加智能化，能够自适应地调整网络资源，优化流量分配，提高网络效率和可靠性。 可见光通信（VLC）的兴起： 除了传统的红外光，利用可见光进行通信也正在兴起。可见光通信具有无需布线、绿色节能等优点，有望在室内通信、物联网等领域发挥重要作用。 光计算与光存储的融合： 未来，光技术不仅将用于通信，还可能在计算和存储领域扮演关键角色，实现更高效的信息处理。 全光网络的发展： 最终目标是实现“全光网络”，即整个通信链路从源头到终端都使用光信号传输，避免电信号和光信号之间的频繁转换，进一步提升通信效率和降低能耗。 光纤通信，这一项看似“无形”的技术，却在无声无息中改变着我们的世界。它构筑了现代信息社会的信息高速公路，支撑着我们对信息的需求，连接着地球的每一个角落。从宏观的全球网络到微观的设备内部，光纤通信的身影无处不在。展望未来，随着技术的不断突破，光纤通信必将继续引领信息传输的革命，为人类社会的发展注入更强大的动力，开启一个更加智能、更加互联的时代。

评分☆☆☆☆☆

这本书所涵盖的知识广度令人赞叹，几乎触及了光纤通信领域的方方面面。除了核心的光纤传输原理和器件，书中还对光网络架构、光传输系统、光交换技术、以及一些新兴的光通信技术进行了介绍。例如，关于WDM（波分复用）技术，书中不仅介绍了其基本原理，还详细讲解了不同类型的WDM（CWDM, DWDM）及其在现代通信网络中的应用。此外，书中对光纤传感技术、光存储技术等相关领域也进行了简要的提及，这为我打开了更广阔的视野，让我看到了光纤通信技术在更多领域的潜力和应用前景。我特别欣赏的是，书中并没有止步于理论介绍，而是结合了大量的行业案例和前沿发展动态，让我能够更直观地了解光纤通信技术是如何在现实世界中发挥作用，以及未来的发展趋势。这种全面而深入的知识覆盖，让我觉得这本书不仅仅是一本教材，更是一本关于光纤通信领域的百科全书。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我深深感受到了作者在条理性和逻辑性方面的严谨。内容循序渐进，从最基础的光学原理开始，逐步深入到光纤通信的各个子系统和关键技术。章节之间的衔接非常自然，前一章节的知识点为理解后一章节的内容打下了坚实的基础。例如，在讲解光调制技术之前，作者先详细介绍了光信号的编码方式，以及不同编码方式对数据传输效率的影响，这使得后续关于AM、FM、PSK等调制技术的理解变得更加顺畅。书中对数据传输速率、带宽、信噪比等关键性能指标的定义和计算方法，也阐述得非常清晰，并且在不同章节中都反复强调了它们在实际通信系统设计中的重要性。我尤其赞赏作者对于复杂概念的解释，总是能够用生动形象的比喻和图表来辅助说明，化繁为简，让原本晦涩难懂的物理原理和工程技术变得触手可及。这种清晰的逻辑结构和细致的讲解方式，极大地提升了我的学习效率和对知识的掌握程度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度真是令人印象深刻，作者在讲述光纤通信原理时，并没有停留在表面的概念解释，而是深入剖析了光在光纤中的传播机制，比如全反射的条件、模式理论的演进，以及不同类型光纤（单模、多模）在结构和性能上的细微差别。我尤其喜欢关于色散和衰减的章节，作者用清晰的图示和严谨的数学推导，将这些影响光信号传输质量的关键因素娓娓道来，让人茅塞顿开。读完这部分，我才真正理解了为什么长距离通信需要信号再生和放大，以及不同波长光信号传输速度差异的本质。书中对光器件的介绍也相当详尽，从光源（激光器、LED）的能级跃迁原理，到探测器（PIN、APD）的光电转换过程，再到光调制解调技术的细节，都给出了足够的技术细节。这对于我这样希望深入了解光通信系统构建的读者来说，无疑是宝贵的资源。它不是那种泛泛而谈的科普读物，而是真正地将核心技术一一拆解，让人能够站在工程师的视角去审视整个光纤通信的运作。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样基础相对薄弱的读者来说，这本书简直就是一份及时雨。作者非常善于从基础的概念讲起，一步一步引导读者进入更复杂的领域。书中对物理学和数学基础知识的预备和补充，做得非常到位，让我即使在遇到一些复杂的公式和推导时，也不会感到过于吃力。而且，书中为每个概念都提供了清晰的定义和详细的解释，避免了许多模糊不清的说法。我非常喜欢书中提供的例题和习题，它们不仅能够帮助我巩固所学知识，更重要的是，它们的设计非常有针对性，能够巧妙地引导我思考问题的不同角度，并发现自己知识上的盲点。在解答习题的过程中，我能够将书本上的理论知识与实际问题联系起来，从而加深对内容的理解。这本书的优点在于，它能够很好地平衡理论的深度和学习的可行性，让我在扎实掌握基础知识的同时，也能逐步挑战更高级的课题，这对于我这样需要系统学习光纤通信的学生来说，是极大的福音。

评分☆☆☆☆☆

这本教材在实践应用方面的讲解，简直是为我这样希望将理论知识转化为实际操作的读者量身定做的。它不仅讲解了光纤通信的基本原理，更着重于如何将其应用于实际工程中。从光纤的铺设、熔接、衰减测试，到光网络的规划、设计和优化，书中都提供了非常细致的指导。特别是关于光纤连接器的选择和安装，以及光缆的敷设方式和防护措施，这些看似琐碎但至关重要的细节，书中都进行了详细的论述，配以大量实际操作的图例，让读者能够清晰地理解每一步操作的要点和注意事项。我印象最深的是关于光信号的测量和故障排除的部分，书中列举了多种常见的故障场景，并提供了系统性的诊断方法和维修建议，这对于我未来在实际工作中遇到问题时，能够快速定位并解决，提供了极大的帮助。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的传授，更是技能的培养，让我感觉自己不仅仅是在读书，更是在进行一场实际的项目演练。