具體描述
基本信息
書名：光縴通信技術(第二版)
定價：35.00元
作者：柳春鋒
齣版社：北京理工大學齣版社
齣版日期：2010-01-01
ISBN：9787564011369
字數：
頁碼：
版次：2
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.422kg
編輯推薦
內容提要
本書的特色在於以“理論 應用 研究 實訓”的體例形式，展開章節的內容，結閤圖錶、提示、知識擴展等多樣化的體例編排，做到深淺適宜、通俗易懂、圖文並茂，始終以工程應用為目標，介紹光縴光纜、器件結構等理論知識和工程設計、施工及維護方麵的知識。
本書共9章，章主要介紹光縴通信技術的特點及係統構成；第2章主要介紹光縴光纜的結構、導光原理及特性、光縴光纜製造工藝及其工程選型；第3章主要介紹光源器件的結構、特點、工作原理及應用範圍；第4章主要介紹光檢測器及無源光器件的結構、特點及應用場閤；第5章主要介紹光端機及綫路碼型，重點是光發送機和光接收機的結構、特性參數等；第6章主要介紹光縴通信係統工程設計的有關知識，包括工程的基本設計要點、再生段距離估算、光電設備配置等；第7章主要介紹光纜綫路施工及維護技術、光縴光纜接續技術等；第8章對有關光縴通信的新技術做瞭概要的介紹，包括光孤子通信、相乾光通信、全光通信等；第9章是實訓內容，涉及光縴接續、參數測試及儀器設備的使用。
目錄
章 緒論
1.1 光縴通信的發展
1.2 光縴通信係統簡介
1.3 光縴通信的特點
1.4 光縴通信在我國的應用及發展趨勢
第二章 光縴與光纜
2.1 光縴
2.2 導光原理
2.3 光縴的特性
2.4 光纜
2.5 新型光纜簡介
本章小結
本章習題
研究項目
第三章 光源
3.1 基礎知識
3.2 半導體激光器(LD)
3.3 半導體發光二極管(LED)
3.4 半導體激光器(LD)與發光二極管(LED)的比較
本章小結
本章習題
研究項目
第四章 通信用光器件
4.1 光器件簡介
4.2 光檢測器
4.3 無源光器件
本章小結
本章習題
研究項目
第五章 光端機
5.1 光發送機
5.2 數字光接收機
5.3 光中繼器
5.4 綫路碼型簡介
本章小結
本章習題
研究項目
第六章 光縴通信係統工程設計
6.1 工程設計概述
6.2 傳輸係統的製式
6.3 再生段距離的計算
6.4 光電設備的配置與選擇
6.5 供電係統
6.6 光纜工程施工圖設計流程
6.7 路由及中繼站站址的選擇
6.8 光縴光纜的選型
6.9 光縴通信工程概、預算
本章小結
本章習題
研究項目
第七章 光纜綫路施工與維護
7.1 光纜綫路施工概述
7.2 光纜綫路施工準備
7.3 直埋敷設
7.4 管道敷設
7.5 架空敷設
7.6 水下敷設
7.7 光縴光纜的接續
7.8 質量管理與控製
7.9 光纜綫路維護
本章小結
本章習題
研究項目
第八章 光縴通信的新技術
8.1 光孤子通信
8.2 相乾光通信
8.3 全光通信
本章小結
本章習題
研究項目
第九章 光縴通信技術實訓
9.1 光纜的色譜分析
9.2 光縴光纜的接續
9.3 光纜測試
9.4 光發送機參數測試
9.5 光接收機參數測試
附錄A 課程標準
附錄B 習題參考答案
附錄C 常用專業名詞中英文對照錶
參考文獻
作者介紹
文摘
序言
光縴通信技術（第二版） 前言 光縴通信技術作為現代信息社會的重要基石，其發展曆程深刻地改變瞭我們獲取、傳輸和處理信息的方式。從早期的電信號傳輸到如今以光信號為載體的超高速、大容量通信，光縴通信技術展現齣瞭強大的生命力和無限的潛力。本書《光縴通信技術（第二版）》旨在係統、全麵地闡述光縴通信的基本原理、核心技術、關鍵器件以及應用前景。 本書第二版的修訂，是在第一版成功的基礎上，緊跟光縴通信技術飛速發展的步伐，對原有內容進行瞭更新和完善。我們深入研究瞭近些年光縴通信領域湧現齣的新理論、新材料、新器件和新應用，力求為讀者提供最前沿、最權威的知識。同時，我們也注意到在一些基礎概念的闡釋上，仍有進一步優化和深化的空間，以幫助初學者更好地理解復雜的技術細節。 本書結構清晰，邏輯嚴謹，語言生動，圖文並茂。我們力求在保證專業性的同時，也兼顧內容的易讀性和趣味性，讓讀者在學習過程中能夠循序漸進，逐步掌握光縴通信的精髓。本書不僅適閤從事光縴通信相關領域研究、設計、開發、運營和維護的工程技術人員閱讀，也能夠為相關專業的大學本科生、研究生以及對光縴通信技術感興趣的讀者提供寶貴的參考。 我們衷心希望，《光縴通信技術（第二版）》能夠成為您深入瞭解和掌握光縴通信技術的得力助手，激發您在這一領域不斷探索和創新的熱情。 第一章 光縴通信概述 本章將為讀者勾勒齣光縴通信的宏觀圖景，介紹其發展曆程、基本概念、關鍵優勢以及在現代社會中的重要地位。 1.1 光縴通信的起源與發展 從早期電信號通信的局限性齣發，介紹人類對更高效信息傳輸方式的探索。 迴顧光縴通信從理論提齣到技術成熟的幾個關鍵曆史階段，包括激光器的發明、光縴損耗的降低、光電探測器的發展等。 闡述光縴通信如何逐步取代同軸電纜等傳統傳輸介質，成為主導性的通信方式。 1.2 光縴通信的基本原理 光的産生與調製： 介紹發光器件（如激光器、LED）的工作原理，以及如何將電信號轉換為光信號，實現光的調製。 光信號的傳輸： 講解光在光縴中傳輸的基本原理，包括全反射定律、光縴的結構（縴芯、包層、塗覆層）以及不同類型光縴（單模光縴、多模光縴）的特性。 光的接收與解調： 介紹光電探測器（如PIN二極管、APD）的工作原理，以及如何將接收到的光信號轉換迴電信號，實現信號的解調。 光信號的再生與放大： 探討在長距離傳輸中，光信號會衰減和失真，介紹光中繼器和光放大器的作用，以及其基本原理。 1.3 光縴通信的優勢 高帶寬、大容量： 詳細闡述光縴通信的頻率範圍遠大於電通信，因此具有天然的高帶寬優勢，能夠支持超高速、大容量的數據傳輸。 傳輸損耗低： 對比光縴與電纜的傳輸損耗，解釋為何光縴能夠實現超長距離傳輸而無需頻繁中繼。 抗電磁乾擾能力強： 光信號傳輸不受電磁場影響，特彆適用於復雜的電磁環境。 保密性好： 光信號不易被竊聽，傳輸的保密性高。 重量輕、體積小： 相較於銅纜，光縴更輕便，易於敷設。 絕緣性好： 光縴本身不導電，可以有效避免雷擊等危險。 1.4 光縴通信在現代社會中的作用 通信網絡骨乾： 闡述光縴通信如何構建起全球性的互聯網、電話網絡、移動通信網絡等基礎設施。 數據中心互聯： 介紹光縴通信在連接大型數據中心、雲計算基礎設施中的關鍵作用。 新興應用： 提及光縴通信在5G/6G通信、物聯網、人工智能、大數據等領域的支撐作用。 科學研究與傳感： 簡述光縴在科研探測、分布式傳感等領域的應用。 第二章 光縴通信的傳輸介質——光縴 本章將深入剖析光縴作為光信號傳輸核心載體的特性，包括其結構、類型、光傳輸原理以及性能指標。 2.1 光縴的結構 縴芯（Core）： 介紹縴芯的摺射率特性，是光信號傳輸的主要通道。 包層（Cladding）： 講解包層的摺射率必須低於縴芯，以實現全反射。 塗覆層（Coating）： 說明塗覆層對光縴的保護作用。 光縴的材料： 介紹目前主流的光縴材料，如石英玻璃（石英光縴），以及其製造工藝。 2.2 光縴的分類 按照摺射率分布分類： 階躍光縴（Step-index Fiber）： 描述其縴芯摺射率均勻，包層摺射率恒定的特點，並分析其多模傳輸特性。 漸變光縴（Graded-index Fiber）： 解釋其縴芯摺射率從中心嚮邊緣逐漸降低的特性，以及這種結構如何實現模式色散的補償。 按照傳輸模式分類： 多模光縴（Multimode Fiber, MMF）： 介紹其縴芯直徑較大，允許多條光路傳輸，適閤短距離、低速傳輸。分析其存在的模式色散問題。 單模光縴（Single-mode Fiber, SMF）： 講解其縴芯直徑非常小，僅允許一條模式傳輸，從而避免瞭模式色散，適閤長距離、高速傳輸。 2.3 光在光縴中的傳輸 全反射原理（Total Internal Reflection）： 詳細推導全反射發生的條件，並結閤光縴結構解釋其如何引導光信號沿縴芯傳輸。 光縴的導波模式： 介紹電磁場在光縴中傳播的波動理論，簡要提及不同模式的傳播特性。 2.4 光縴的性能指標 損耗（Loss）： 吸收損耗（Absorption Loss）： 分析材料本身的吸收以及雜質對光信號的吸收。 散射損耗（Scattering Loss）： 重點介紹瑞利散射（Rayleigh Scattering），這是光縴長距離傳輸的主要損耗機製。 彎麯損耗（Bending Loss）： 區分宏觀彎麯和微觀彎麯對光信號的影響。 連接損耗（Connection Loss）： 探討光縴連接器和熔接點産生的損耗。 衰減係數（Attenuation Coefficient）： 定義單位長度光縴的損耗，通常以dB/km為單位。 色散（Dispersion）： 模間色散（Intermodal Dispersion）： 詳細分析多模光縴中不同模式傳播速度差異導緻的信號展寬，以及它對傳輸速率的限製。 材料色散（Material Dispersion）： 解釋光在介質中的速度與波長有關，不同波長的光信號傳播速度不同。 波導色散（Waveguide Dispersion）： 說明光縴結構本身也會引起色散。 總色散（Total Dispersion）： 介紹材料色散和波導色散的組閤效應。 色散補償（Dispersion Compensation）： 提及各種用於補償色散的技術和器件。 帶寬（Bandwidth）/頻率響應（Frequency Response）： 數值孔徑（Numerical Aperture, NA）： 定義數值孔徑與光縴的聚光能力和模式數量的關係。 截止波長（Cutoff Wavelength）： 解釋單模光縴能夠支持單模傳輸的最高波長。 2.5 特種光縴 零色散光縴（Zero-dispersion Fiber）： 介紹其在特定波長處色散為零的特性。 色散位移光縴（Dispersion-shifted Fiber, DSF）： 講解其將零色散點移動到通信波段的特點。 保偏光縴（Polarization-maintaining Fiber, PMF）： 闡述其保持光信號偏振態的能力，適用於偏振相關的應用。 多芯光縴（Multi-core Fiber, MCF）： 介紹其在一個縴芯內集成多個光傳輸通道，提高傳輸容量。 空芯光縴（Hollow-core Fiber）： 探討其利用空氣作為傳輸介質，從而獲得極低損耗和超寬帶寬的潛力。 第三章 光縴通信的關鍵器件 本章將聚焦於光縴通信係統中實現光信號産生、傳輸、接收和處理的關鍵電子和光電子器件，並詳細闡述其工作原理和技術特點。 3.1 光源器件（Light Source Devices） LED（Light Emitting Diode）： 工作原理：pn結注入載流子復閤發光。 類型：邊發射LED，麵發射LED。 特點：成本低、易驅動、壽命長，但光譜寬度大、齣光功率低、調製速率不高，適用於短距離、低速率多模光縴通信。 半導體激光器（Semiconductor Laser Diode, LD）： 工作原理：pn結在注入電流達到閾值後産生受激輻射，形成激光。 類型：邊發射激光器、垂直腔麵發射激光器（VCSEL）。 結構：增益區、光學諧振腔、輸齣耦閤。 特點：光譜窄、方嚮性好、相乾性高、齣光功率大、調製速率高，是光縴通信的核心光源，特彆是用於長距離、高速通信。 主要類型：DFB（分布反饋）激光器、FP（法布裏-珀羅）激光器、VCSEL（垂直腔麵發射激光器）。 光縴激光器（Fiber Laser）： 工作原理：利用摻雜稀土元素的摻鉺光縴（EDF）等作為增益介質，通過泵浦光激發齣激光。 特點：光束質量好、功率高、易於集成，在特種光縴通信和光縴傳感中應用廣泛。 3.2 光電探測器（Photodetector） PIN光電二極管（PIN Photodiode）： 工作原理：光照射在pn結的本徵區（I區），産生載流子並形成光電流。 特點：響應速度快、量子效率高、噪聲低，是中低速光通信中的主流探測器。 雪崩光電二極管（Avalanche Photodiode, APD）： 工作原理：利用倍增效應，光生載流子在強電場作用下發生碰撞電離，産生更多的載流子，實現內放大。 特點：靈敏度高，適用於需要高接收靈敏度的場閤，但需要較高的偏置電壓，且噪聲係數相對PIN管較大。 光電倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）： 工作原理：利用二次電子發射實現多級放大。 特點：靈敏度極高，但體積大、功耗高、易受磁場影響，主要用於科學測量和低光信號探測。 3.3 光放大器（Optical Amplifier） 摻鉺光縴放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）： 工作原理：利用摻雜瞭鉺離子的光縴作為增益介質，通過泵浦光激發齣受激輻射，放大輸入光信號。 特點：增益高、帶寬寬、噪聲低、易於集成，是實現光信號長距離傳輸的關鍵器件，廣泛應用於WDM（波分復用）係統中。 其他類型光放大器： 拉曼放大器（Raman Amplifier）： 利用受激拉曼散射效應實現光信號放大，具有增益可調、分布式放大等優點。 半導體光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）： 基於半導體材料的受激輻射實現光放大，可與激光器集成，但增益和噪聲特性相對EDFA較差。 3.4 光開關與光復用/解復用器件 光開關（Optical Switch）： 作用：控製光信號的路由和連接。 類型：電光開關、熱光開關、微機電係統（MEMS）光開關等。 波分復用/解復用器（Wavelength Division Multiplexer/Demultiplexer, WDM/WDM）： 作用：在同一根光縴中傳輸多個不同波長的光信號，或將不同波長的光信號分離。 類型：棱鏡、光柵、介質濾波器、薄膜濾波器、乾涉儀等。 波分復用（WDM）： Coarse WDM (CWDM)，Dense WDM (DWDM)。 3.5 光縴連接器與耦閤器 光縴連接器（Optical Fiber Connector）： 作用：實現光縴與光縴之間、光縴與設備之間的可拆卸連接。 類型：SC, LC, FC, ST等。 要求：低插入損耗、高迴波損耗、良好的重復性。 光縴耦閤器（Optical Fiber Coupler）： 作用：將一路光信號按比例分配到多路光信號，或將多路光信號匯聚到一路。 類型：1x2耦閤器、2x2耦閤器、多端口耦閤器。 第四章 光縴通信係統 本章將從係統層麵齣發，介紹光縴通信係統的組成、工作原理、各種先進的傳輸技術以及未來的發展趨勢。 4.1 光縴通信係統的組成 發送端（Transmitter）： 光源、調製器、驅動電路等。 傳輸綫路（Transmission Line）： 光縴、連接器、保護器件等。 接收端（Receiver）： 光電探測器、放大器、解調電路等。 中繼/再生單元（Repeater/Regenerator）： 用於信號的放大或再生。 4.2 光縴通信的傳輸技術 直放式傳輸（Direct Transmission）： 特點：直接將電信號調製到光信號上傳輸，適用於短距離。 再生中繼傳輸（Regenerative Relaying）： 在長距離傳輸中，將接收到的衰減和失真的光信號進行光-電-光轉換，還原信號的完整性。 光中繼傳輸（Optical Relaying）： 僅進行光信號的放大，而不進行電信號的轉換，更高效。 波分復用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）技術： 基礎原理： 在一根光縴中傳輸多個波長的光信號，極大地提高瞭傳輸容量。 粗波分復用（CWDM）： 信道間隔較寬，成本較低，適用於中低速、距離不遠的應用。 密集波分復用（DWDM）： 信道間隔很窄，信道數量多，可實現超大容量傳輸，是現代長距離骨乾網的核心技術。 DWDM係統的關鍵組件： 可調諧激光器、高性能光放大器（EDFA）、精確的WDM/WDM設備。 光時分復用（Time Division Multiplexing, TDM）技術： 基礎原理： 將多個低速率的數據流按照時間片分配到同一光通道中。 同步時分復用（Synchronous TDM）： 統計時分復用（Statistical TDM）： 先進的調製格式與編碼技術： 幅度調製、頻率調製、相位調製 相乾光通信（Coherent Optical Communication）： 利用激光器的相乾性，實現對光信號的幅度、相位和偏振等多維度調製，大幅提高頻譜效率和傳輸速率。 數字信號處理（DSP）： 在接收端利用DSP技術補償色散、非綫性效應，提高傳輸性能。 前嚮糾錯（Forward Error Correction, FEC）： 增加冗餘信息，提高信號的抗乾擾能力和誤碼率性能。 4.3 光縴通信係統的性能指標 傳輸速率（Transmission Rate）/比特率（Bit Rate）： 誤碼率（Bit Error Rate, BER）： 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）： 信道容量（Channel Capacity）： 傳輸距離（Transmission Distance）： 可用帶寬（Available Bandwidth）： 4.4 光縴通信網絡的結構與應用 接入網（Access Network）： 光縴到戶（FTTH）： 介紹如何將光縴直接引入傢庭，提供高帶寬寬帶接入。 無源光網絡（Passive Optical Network, PON）： 介紹其結構和工作原理，如EPON, GPON。 城域網（Metropolitan Area Network, MAN）： 長途骨乾網（Long-Haul Backbone Network）： 數據中心互聯（Data Center Interconnect, DCI）： 4.5 未來發展趨勢 更高的傳輸速率： 400Gbps, 800Gbps, Tbps 級技術。 更高效的頻譜利用： 進一步發展相乾光通信和先進調製格式。 更智能化的網絡： 軟件定義網絡（SDN）、網絡功能虛擬化（NFV）在光網絡中的應用。 新型光縴技術： 如空芯光縴、多芯光縴在提升容量方麵的潛力。 光子集成技術： 將多個光器件集成到單個芯片上，減小體積、降低功耗、提高性能。 光計算與光存儲： 光學原理在計算和存儲領域的探索。 第五章 光縴通信的應用與挑戰 本章將展示光縴通信技術在各個領域的廣泛應用，並探討其麵臨的技術挑戰和未來的發展方嚮。 5.1 各領域應用實例 互聯網基礎設施： 全球互聯網的神經係統。 電信網絡： 固話、移動通信（4G, 5G, 6G）的傳輸骨乾。 有綫電視網絡： 高清、超高清視頻傳輸。 企業網絡： 高速數據傳輸、內部互聯。 數據中心： 服務器之間、機架之間的海量數據交換。 軍事通信： 高可靠性、抗乾擾的通信保障。 科學研究： 大規模科學計算、粒子加速器、射電望遠鏡數據傳輸。 醫療領域： 遠程醫療、高清醫學影像傳輸。 工業自動化： 實時控製、數據采集。 光縴傳感： 溫度、壓力、應力、位移等參數的分布式測量。 5.2 光縴通信麵臨的挑戰 成本： 光縴、光器件的製造成本，尤其是高端器件。 技術復雜性： 高速光信號處理、精密器件製造的難度。 功耗： 光電子器件的功耗仍需進一步降低。 網絡安全： 確保數據傳輸的安全性，防範網絡攻擊。 部署與維護： 光縴的敷設、維護以及故障診斷的難度。 嚮更高速度的演進： 剋服光縴傳輸的物理極限。 標準與互通性： 確保不同廠商、不同製式的設備能夠兼容。 5.3 未來發展方嚮與前景展望 全光網絡（All-Optical Network）： 盡可能減少光-電轉換，實現信號在光域的直接處理和傳輸。 麵嚮AI和大數據時代的網絡： 滿足AI訓練、模型推理以及海量數據處理對帶寬和低延遲的需求。 融閤通信與計算： 將通信與計算能力更緊密地結閤。 綠色光通信： 降低能耗，提高能源效率。 新型光縴材料與結構： 探索具有更高性能的新型光縴。 光子集成技術的突破： 實現更小型化、集成化的光通信芯片。 結語 光縴通信技術作為信息時代不可或缺的驅動力，其發展日新月異。本書《光縴通信技術（第二版）》力求以全麵、深入、前沿的視角，為您揭示這一技術的奧秘。希望通過本書的學習，您能夠深刻理解光縴通信的原理，掌握其核心技術，並對未來的發展方嚮有所洞察。我們期待著光縴通信技術在未來能夠繼續為人類社會的信息化進程貢獻更大的力量。
