具体描述
基本信息
书名：光纤通信技术(第二版)
定价：35.00元
作者：柳春锋
出版社：北京理工大学出版社
出版日期：2010-01-01
ISBN：9787564011369
字数：
页码：
版次：2
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.422kg
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内容提要
本书的特色在于以“理论 应用 研究 实训”的体例形式，展开章节的内容，结合图表、提示、知识扩展等多样化的体例编排，做到深浅适宜、通俗易懂、图文并茂，始终以工程应用为目标，介绍光纤光缆、器件结构等理论知识和工程设计、施工及维护方面的知识。
本书共9章，章主要介绍光纤通信技术的特点及系统构成；第2章主要介绍光纤光缆的结构、导光原理及特性、光纤光缆制造工艺及其工程选型；第3章主要介绍光源器件的结构、特点、工作原理及应用范围；第4章主要介绍光检测器及无源光器件的结构、特点及应用场合；第5章主要介绍光端机及线路码型，重点是光发送机和光接收机的结构、特性参数等；第6章主要介绍光纤通信系统工程设计的有关知识，包括工程的基本设计要点、再生段距离估算、光电设备配置等；第7章主要介绍光缆线路施工及维护技术、光纤光缆接续技术等；第8章对有关光纤通信的新技术做了概要的介绍，包括光孤子通信、相干光通信、全光通信等；第9章是实训内容，涉及光纤接续、参数测试及仪器设备的使用。
目录
章 绪论
1.1 光纤通信的发展
1.2 光纤通信系统简介
1.3 光纤通信的特点
1.4 光纤通信在我国的应用及发展趋势
第二章 光纤与光缆
2.1 光纤
2.2 导光原理
2.3 光纤的特性
2.4 光缆
2.5 新型光缆简介
本章小结
本章习题
研究项目
第三章 光源
3.1 基础知识
3.2 半导体激光器(LD)
3.3 半导体发光二极管(LED)
3.4 半导体激光器(LD)与发光二极管(LED)的比较
本章小结
本章习题
研究项目
第四章 通信用光器件
4.1 光器件简介
4.2 光检测器
4.3 无源光器件
本章小结
本章习题
研究项目
第五章 光端机
5.1 光发送机
5.2 数字光接收机
5.3 光中继器
5.4 线路码型简介
本章小结
本章习题
研究项目
第六章 光纤通信系统工程设计
6.1 工程设计概述
6.2 传输系统的制式
6.3 再生段距离的计算
6.4 光电设备的配置与选择
6.5 供电系统
6.6 光缆工程施工图设计流程
6.7 路由及中继站站址的选择
6.8 光纤光缆的选型
6.9 光纤通信工程概、预算
本章小结
本章习题
研究项目
第七章 光缆线路施工与维护
7.1 光缆线路施工概述
7.2 光缆线路施工准备
7.3 直埋敷设
7.4 管道敷设
7.5 架空敷设
7.6 水下敷设
7.7 光纤光缆的接续
7.8 质量管理与控制
7.9 光缆线路维护
本章小结
本章习题
研究项目
第八章 光纤通信的新技术
8.1 光孤子通信
8.2 相干光通信
8.3 全光通信
本章小结
本章习题
研究项目
第九章 光纤通信技术实训
9.1 光缆的色谱分析
9.2 光纤光缆的接续
9.3 光缆测试
9.4 光发送机参数测试
9.5 光接收机参数测试
附录A 课程标准
附录B 习题参考答案
附录C 常用专业名词中英文对照表
参考文献
作者介绍
文摘
序言
光纤通信技术（第二版） 前言 光纤通信技术作为现代信息社会的重要基石，其发展历程深刻地改变了我们获取、传输和处理信息的方式。从早期的电信号传输到如今以光信号为载体的超高速、大容量通信，光纤通信技术展现出了强大的生命力和无限的潜力。本书《光纤通信技术（第二版）》旨在系统、全面地阐述光纤通信的基本原理、核心技术、关键器件以及应用前景。 本书第二版的修订，是在第一版成功的基础上，紧跟光纤通信技术飞速发展的步伐，对原有内容进行了更新和完善。我们深入研究了近些年光纤通信领域涌现出的新理论、新材料、新器件和新应用，力求为读者提供最前沿、最权威的知识。同时，我们也注意到在一些基础概念的阐释上，仍有进一步优化和深化的空间，以帮助初学者更好地理解复杂的技术细节。 本书结构清晰，逻辑严谨，语言生动，图文并茂。我们力求在保证专业性的同时，也兼顾内容的易读性和趣味性，让读者在学习过程中能够循序渐进，逐步掌握光纤通信的精髓。本书不仅适合从事光纤通信相关领域研究、设计、开发、运营和维护的工程技术人员阅读，也能够为相关专业的大学本科生、研究生以及对光纤通信技术感兴趣的读者提供宝贵的参考。 我们衷心希望，《光纤通信技术（第二版）》能够成为您深入了解和掌握光纤通信技术的得力助手，激发您在这一领域不断探索和创新的热情。 第一章 光纤通信概述 本章将为读者勾勒出光纤通信的宏观图景，介绍其发展历程、基本概念、关键优势以及在现代社会中的重要地位。 1.1 光纤通信的起源与发展 从早期电信号通信的局限性出发，介绍人类对更高效信息传输方式的探索。 回顾光纤通信从理论提出到技术成熟的几个关键历史阶段，包括激光器的发明、光纤损耗的降低、光电探测器的发展等。 阐述光纤通信如何逐步取代同轴电缆等传统传输介质，成为主导性的通信方式。 1.2 光纤通信的基本原理 光的产生与调制： 介绍发光器件（如激光器、LED）的工作原理，以及如何将电信号转换为光信号，实现光的调制。 光信号的传输： 讲解光在光纤中传输的基本原理，包括全反射定律、光纤的结构（纤芯、包层、涂覆层）以及不同类型光纤（单模光纤、多模光纤）的特性。 光的接收与解调： 介绍光电探测器（如PIN二极管、APD）的工作原理，以及如何将接收到的光信号转换回电信号，实现信号的解调。 光信号的再生与放大： 探讨在长距离传输中，光信号会衰减和失真，介绍光中继器和光放大器的作用，以及其基本原理。 1.3 光纤通信的优势 高带宽、大容量： 详细阐述光纤通信的频率范围远大于电通信，因此具有天然的高带宽优势，能够支持超高速、大容量的数据传输。 传输损耗低： 对比光纤与电缆的传输损耗，解释为何光纤能够实现超长距离传输而无需频繁中继。 抗电磁干扰能力强： 光信号传输不受电磁场影响，特别适用于复杂的电磁环境。 保密性好： 光信号不易被窃听，传输的保密性高。 重量轻、体积小： 相较于铜缆，光纤更轻便，易于敷设。 绝缘性好： 光纤本身不导电，可以有效避免雷击等危险。 1.4 光纤通信在现代社会中的作用 通信网络骨干： 阐述光纤通信如何构建起全球性的互联网、电话网络、移动通信网络等基础设施。 数据中心互联： 介绍光纤通信在连接大型数据中心、云计算基础设施中的关键作用。 新兴应用： 提及光纤通信在5G/6G通信、物联网、人工智能、大数据等领域的支撑作用。 科学研究与传感： 简述光纤在科研探测、分布式传感等领域的应用。 第二章 光纤通信的传输介质——光纤 本章将深入剖析光纤作为光信号传输核心载体的特性，包括其结构、类型、光传输原理以及性能指标。 2.1 光纤的结构 纤芯（Core）： 介绍纤芯的折射率特性，是光信号传输的主要通道。 包层（Cladding）： 讲解包层的折射率必须低于纤芯，以实现全反射。 涂覆层（Coating）： 说明涂覆层对光纤的保护作用。 光纤的材料： 介绍目前主流的光纤材料，如石英玻璃（石英光纤），以及其制造工艺。 2.2 光纤的分类 按照折射率分布分类： 阶跃光纤（Step-index Fiber）： 描述其纤芯折射率均匀，包层折射率恒定的特点，并分析其多模传输特性。 渐变光纤（Graded-index Fiber）： 解释其纤芯折射率从中心向边缘逐渐降低的特性，以及这种结构如何实现模式色散的补偿。 按照传输模式分类： 多模光纤（Multimode Fiber, MMF）： 介绍其纤芯直径较大，允许多条光路传输，适合短距离、低速传输。分析其存在的模式色散问题。 单模光纤（Single-mode Fiber, SMF）： 讲解其纤芯直径非常小，仅允许一条模式传输，从而避免了模式色散，适合长距离、高速传输。 2.3 光在光纤中的传输 全反射原理（Total Internal Reflection）： 详细推导全反射发生的条件，并结合光纤结构解释其如何引导光信号沿纤芯传输。 光纤的导波模式： 介绍电磁场在光纤中传播的波动理论，简要提及不同模式的传播特性。 2.4 光纤的性能指标 损耗（Loss）： 吸收损耗（Absorption Loss）： 分析材料本身的吸收以及杂质对光信号的吸收。 散射损耗（Scattering Loss）： 重点介绍瑞利散射（Rayleigh Scattering），这是光纤长距离传输的主要损耗机制。 弯曲损耗（Bending Loss）： 区分宏观弯曲和微观弯曲对光信号的影响。 连接损耗（Connection Loss）： 探讨光纤连接器和熔接点产生的损耗。 衰减系数（Attenuation Coefficient）： 定义单位长度光纤的损耗，通常以dB/km为单位。 色散（Dispersion）： 模间色散（Intermodal Dispersion）： 详细分析多模光纤中不同模式传播速度差异导致的信号展宽，以及它对传输速率的限制。 材料色散（Material Dispersion）： 解释光在介质中的速度与波长有关，不同波长的光信号传播速度不同。 波导色散（Waveguide Dispersion）： 说明光纤结构本身也会引起色散。 总色散（Total Dispersion）： 介绍材料色散和波导色散的组合效应。 色散补偿（Dispersion Compensation）： 提及各种用于补偿色散的技术和器件。 带宽（Bandwidth）/频率响应（Frequency Response）： 数值孔径（Numerical Aperture, NA）： 定义数值孔径与光纤的聚光能力和模式数量的关系。 截止波长（Cutoff Wavelength）： 解释单模光纤能够支持单模传输的最高波长。 2.5 特种光纤 零色散光纤（Zero-dispersion Fiber）： 介绍其在特定波长处色散为零的特性。 色散位移光纤（Dispersion-shifted Fiber, DSF）： 讲解其将零色散点移动到通信波段的特点。 保偏光纤（Polarization-maintaining Fiber, PMF）： 阐述其保持光信号偏振态的能力，适用于偏振相关的应用。 多芯光纤（Multi-core Fiber, MCF）： 介绍其在一个纤芯内集成多个光传输通道，提高传输容量。 空芯光纤（Hollow-core Fiber）： 探讨其利用空气作为传输介质，从而获得极低损耗和超宽带宽的潜力。 第三章 光纤通信的关键器件 本章将聚焦于光纤通信系统中实现光信号产生、传输、接收和处理的关键电子和光电子器件，并详细阐述其工作原理和技术特点。 3.1 光源器件（Light Source Devices） LED（Light Emitting Diode）： 工作原理：pn结注入载流子复合发光。 类型：边发射LED，面发射LED。 特点：成本低、易驱动、寿命长，但光谱宽度大、出光功率低、调制速率不高，适用于短距离、低速率多模光纤通信。 半导体激光器（Semiconductor Laser Diode, LD）： 工作原理：pn结在注入电流达到阈值后产生受激辐射，形成激光。 类型：边发射激光器、垂直腔面发射激光器（VCSEL）。 结构：增益区、光学谐振腔、输出耦合。 特点：光谱窄、方向性好、相干性高、出光功率大、调制速率高，是光纤通信的核心光源，特别是用于长距离、高速通信。 主要类型：DFB（分布反馈）激光器、FP（法布里-珀罗）激光器、VCSEL（垂直腔面发射激光器）。 光纤激光器（Fiber Laser）： 工作原理：利用掺杂稀土元素的掺铒光纤（EDF）等作为增益介质，通过泵浦光激发出激光。 特点：光束质量好、功率高、易于集成，在特种光纤通信和光纤传感中应用广泛。 3.2 光电探测器（Photodetector） PIN光电二极管（PIN Photodiode）： 工作原理：光照射在pn结的本征区（I区），产生载流子并形成光电流。 特点：响应速度快、量子效率高、噪声低，是中低速光通信中的主流探测器。 雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）： 工作原理：利用倍增效应，光生载流子在强电场作用下发生碰撞电离，产生更多的载流子，实现内放大。 特点：灵敏度高，适用于需要高接收灵敏度的场合，但需要较高的偏置电压，且噪声系数相对PIN管较大。 光电倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）： 工作原理：利用二次电子发射实现多级放大。 特点：灵敏度极高，但体积大、功耗高、易受磁场影响，主要用于科学测量和低光信号探测。 3.3 光放大器（Optical Amplifier） 掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）： 工作原理：利用掺杂了铒离子的光纤作为增益介质，通过泵浦光激发出受激辐射，放大输入光信号。 特点：增益高、带宽宽、噪声低、易于集成，是实现光信号长距离传输的关键器件，广泛应用于WDM（波分复用）系统中。 其他类型光放大器： 拉曼放大器（Raman Amplifier）： 利用受激拉曼散射效应实现光信号放大，具有增益可调、分布式放大等优点。 半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）： 基于半导体材料的受激辐射实现光放大，可与激光器集成，但增益和噪声特性相对EDFA较差。 3.4 光开关与光复用/解复用器件 光开关（Optical Switch）： 作用：控制光信号的路由和连接。 类型：电光开关、热光开关、微机电系统（MEMS）光开关等。 波分复用/解复用器（Wavelength Division Multiplexer/Demultiplexer, WDM/WDM）： 作用：在同一根光纤中传输多个不同波长的光信号，或将不同波长的光信号分离。 类型：棱镜、光栅、介质滤波器、薄膜滤波器、干涉仪等。 波分复用（WDM）： Coarse WDM (CWDM)，Dense WDM (DWDM)。 3.5 光纤连接器与耦合器 光纤连接器（Optical Fiber Connector）： 作用：实现光纤与光纤之间、光纤与设备之间的可拆卸连接。 类型：SC, LC, FC, ST等。 要求：低插入损耗、高回波损耗、良好的重复性。 光纤耦合器（Optical Fiber Coupler）： 作用：将一路光信号按比例分配到多路光信号，或将多路光信号汇聚到一路。 类型：1x2耦合器、2x2耦合器、多端口耦合器。 第四章 光纤通信系统 本章将从系统层面出发，介绍光纤通信系统的组成、工作原理、各种先进的传输技术以及未来的发展趋势。 4.1 光纤通信系统的组成 发送端（Transmitter）： 光源、调制器、驱动电路等。 传输线路（Transmission Line）： 光纤、连接器、保护器件等。 接收端（Receiver）： 光电探测器、放大器、解调电路等。 中继/再生单元（Repeater/Regenerator）： 用于信号的放大或再生。 4.2 光纤通信的传输技术 直放式传输（Direct Transmission）： 特点：直接将电信号调制到光信号上传输，适用于短距离。 再生中继传输（Regenerative Relaying）： 在长距离传输中，将接收到的衰减和失真的光信号进行光-电-光转换，还原信号的完整性。 光中继传输（Optical Relaying）： 仅进行光信号的放大，而不进行电信号的转换，更高效。 波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）技术： 基础原理： 在一根光纤中传输多个波长的光信号，极大地提高了传输容量。 粗波分复用（CWDM）： 信道间隔较宽，成本较低，适用于中低速、距离不远的应用。 密集波分复用（DWDM）： 信道间隔很窄，信道数量多，可实现超大容量传输，是现代长距离骨干网的核心技术。 DWDM系统的关键组件： 可调谐激光器、高性能光放大器（EDFA）、精确的WDM/WDM设备。 光时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）技术： 基础原理： 将多个低速率的数据流按照时间片分配到同一光通道中。 同步时分复用（Synchronous TDM）： 统计时分复用（Statistical TDM）： 先进的调制格式与编码技术： 幅度调制、频率调制、相位调制 相干光通信（Coherent Optical Communication）： 利用激光器的相干性，实现对光信号的幅度、相位和偏振等多维度调制，大幅提高频谱效率和传输速率。 数字信号处理（DSP）： 在接收端利用DSP技术补偿色散、非线性效应，提高传输性能。 前向纠错（Forward Error Correction, FEC）： 增加冗余信息，提高信号的抗干扰能力和误码率性能。 4.3 光纤通信系统的性能指标 传输速率（Transmission Rate）/比特率（Bit Rate）： 误码率（Bit Error Rate, BER）： 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）： 信道容量（Channel Capacity）： 传输距离（Transmission Distance）： 可用带宽（Available Bandwidth）： 4.4 光纤通信网络的结构与应用 接入网（Access Network）： 光纤到户（FTTH）： 介绍如何将光纤直接引入家庭，提供高带宽宽带接入。 无源光网络（Passive Optical Network, PON）： 介绍其结构和工作原理，如EPON, GPON。 城域网（Metropolitan Area Network, MAN）： 长途骨干网（Long-Haul Backbone Network）： 数据中心互联（Data Center Interconnect, DCI）： 4.5 未来发展趋势 更高的传输速率： 400Gbps, 800Gbps, Tbps 级技术。 更高效的频谱利用： 进一步发展相干光通信和先进调制格式。 更智能化的网络： 软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）在光网络中的应用。 新型光纤技术： 如空芯光纤、多芯光纤在提升容量方面的潜力。 光子集成技术： 将多个光器件集成到单个芯片上，减小体积、降低功耗、提高性能。 光计算与光存储： 光学原理在计算和存储领域的探索。 第五章 光纤通信的应用与挑战 本章将展示光纤通信技术在各个领域的广泛应用，并探讨其面临的技术挑战和未来的发展方向。 5.1 各领域应用实例 互联网基础设施： 全球互联网的神经系统。 电信网络： 固话、移动通信（4G, 5G, 6G）的传输骨干。 有线电视网络： 高清、超高清视频传输。 企业网络： 高速数据传输、内部互联。 数据中心： 服务器之间、机架之间的海量数据交换。 军事通信： 高可靠性、抗干扰的通信保障。 科学研究： 大规模科学计算、粒子加速器、射电望远镜数据传输。 医疗领域： 远程医疗、高清医学影像传输。 工业自动化： 实时控制、数据采集。 光纤传感： 温度、压力、应力、位移等参数的分布式测量。 5.2 光纤通信面临的挑战 成本： 光纤、光器件的制造成本，尤其是高端器件。 技术复杂性： 高速光信号处理、精密器件制造的难度。 功耗： 光电子器件的功耗仍需进一步降低。 网络安全： 确保数据传输的安全性，防范网络攻击。 部署与维护： 光纤的敷设、维护以及故障诊断的难度。 向更高速度的演进： 克服光纤传输的物理极限。 标准与互通性： 确保不同厂商、不同制式的设备能够兼容。 5.3 未来发展方向与前景展望 全光网络（All-Optical Network）： 尽可能减少光-电转换，实现信号在光域的直接处理和传输。 面向AI和大数据时代的网络： 满足AI训练、模型推理以及海量数据处理对带宽和低延迟的需求。 融合通信与计算： 将通信与计算能力更紧密地结合。 绿色光通信： 降低能耗，提高能源效率。 新型光纤材料与结构： 探索具有更高性能的新型光纤。 光子集成技术的突破： 实现更小型化、集成化的光通信芯片。 结语 光纤通信技术作为信息时代不可或缺的驱动力，其发展日新月异。本书《光纤通信技术（第二版）》力求以全面、深入、前沿的视角，为您揭示这一技术的奥秘。希望通过本书的学习，您能够深刻理解光纤通信的原理，掌握其核心技术，并对未来的发展方向有所洞察。我们期待着光纤通信技术在未来能够继续为人类社会的信息化进程贡献更大的力量。
