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李履信，沈建华 著

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• 通信原理

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111122937

商品编码：29692852906

包装：平装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：光纤通信系统第2版

定价：36.00元

作者：李履信,沈建华

出版社：机械工业出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787111122937

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书紧密结合光通信的发展，全面系统地介绍了光纤通信系统的构成以及下一代光网络的关键技术。全书共分为12章，包括：光纤光缆的结构和类型；光纤的传输理论和传输特性；光路无源器件；光源和光发关机、光检测和光接收机的原理；同步数字体系（SDH）；光纤通信系统性能指标；光纤放大器；光波分复用和时分复用技术以及光纤色散补偿技术、相干光通信、光孤子通信、光交换技术等光纤通信新技术；并对光纤通信网（包括光纤接入网、自由空间光通信、自动交换光网络（ASON）和城域多业务平台（MSTP）等内容）进行了介绍。
　　本书内容深入浅出、概念清楚，覆盖面广且重点突出，不仅全面清晰地对光纤通信系统的构成和各部分的工作原理进行了阐述，同时也对光通信中的*技术进行了介绍。本书可作为高校电子、通信和信息类专业本科的教学用书，也可作为从事光纤通信工作的科技人员和管理人员的参考用书。

目录

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出版说明
前言
章　概述
　1.1　光纤通信的发展概况
　1.2　光纤通信的优点和应用
　　1.2.1　光纤通信的优点
　　1.2.2　光纤通信的应用
　1.3　光纤传输系统的组成
　　1.3.1　光纤通信系统原理框图
　　1.3.2　光纤通信系统的构成
　1.4　习题
第2章　光纤传输理论及传输特性
　2.1　光纤、光缆的结构和类型
　　2.1.1　光纤结结构
　　2.1.2　光纤型号
　　2.1.3　光纤及其结构
　2.2　电磁波在光纤中传输的基本方程
　　2.2.1　麦克斯韦方程组和波动方程
　　2.2.2　亥姆霍兹方程和波动方程
　　2.2.3　基本波导方程
　　2.2.4　柱面坐标中的波动方程
　2.3　阶跃折射率光纤模式分析
　　2.3.1　矢量分析法
　　2.3.2　弱导光纤和线性极化模
　2.4　单模传输
2.4.1 截止波长
　　2.4.2　模场直径
　2.5　射线光学的理论
　　2.5.1　射线方程
　　2.5.2　光纤的传光原理
　2.6　光纤传输特性
　　2.6.1　损耗特性
　　2.6.2　色散特性
　　2.6.3　光纤的带宽和冲激响应
　　2.6.4　光纤中的非线性效应
　　2.6.5　单模光纤性能指标
　2.7　习题
第3章　光源和光发送机
　3.1　半导体激光器和发光二极管
　　3.1.1　半导体激光器
　　3.1.2　半导体发光二极管
　3.2　光源调制
　　3.2.1　光源的调制方式
　　3.2.2　光源的直接调制原理
　3.3　光发送机
　　3.3.1　光端机结构
　　3.3.2　光发送机
　3.4　习题
第4章　光检测器和光接收机
　4.1半导体光检测器件
　　4.1.1　光电二极管的工作原理
　　4.1.2　光电二极管
　　4.1.3　雪崩光电二极管
　4.2　光接收机
　　4.2.1　光接电路
　　4.2.2　输出电路
　　4.2.3　其他电路
　4.3　光接收机噪声分析
　　4.3.1　光接收机的主要噪声
　　4.3.2　光检测器的噪声分析
　　4.3.3　光检测器－放大器信噪比
　　4.3.4　接收机噪声
　4.4　光接收机的误码率
　　4.5　接收机灵敏度
　　4.5.1　灵敏度定义和表示方法
　　4.5.2　灵敏度计算
　　4.5.3　影响灵敏度的因素
　4.6　光中继机
　4.7　习题
第5章　光路无源器件
第6章　同步数字体系
第7章　光波分复用系统
第8章　数字光纤通信系统性能
第9章　光接入网
0章　光放大技术
1章　光纤通信新技术
2章　光联网技术
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《光纤通信系统（第二版）》是一本深入探讨光纤通信技术原理、系统设计与实际应用的权威性著作。本书旨在为读者构建一个全面、系统且与时俱进的知识体系，涵盖了从基础的光学原理到先进的光网络技术，适合通信工程、电子工程、信息技术以及相关领域的学生、研究人员和工程师阅读。 核心内容与结构解析： 本书共分为十七章，紧密围绕光纤通信系统的各个关键环节展开，逻辑清晰，内容翔实。 第一部分：基础理论与关键组件 第一章 导论： 本章首先勾勒出光纤通信的宏伟蓝图，阐述其在现代信息社会中的核心地位和发展历程。它将追溯光纤通信从早期概念萌芽到如今高性能、大容量通信网络的演进轨迹，强调其作为信息高速公路基石的关键作用。同时，本章还会对光纤通信系统的基本构成进行初步介绍，为后续章节的深入探讨奠定基础。读者将了解到光通信系统在传输速度、带宽、能耗以及安全性等方面的独特优势，理解其为何能够深刻地改变我们的生活方式和商业模式。 第二章 光波导理论： 深入理解光在光纤中的传输是掌握光纤通信的关键。本章将详尽阐述光波导的电磁理论基础，包括麦克斯韦方程组在光纤介质中的应用。读者将学习到光纤的主要导光机制——全内反射，并理解其背后的光学原理。此外，本章还会介绍光纤的几何参数，如纤芯直径、包层折射率以及数值孔径，并分析这些参数如何影响光在光纤中的传播特性，包括模式的形成与传播。对于多模光纤和单模光纤的区别与优势，本章也会进行深入剖析，为读者理解不同类型光纤的适用场景打下基础。 第三章 光纤类型与制造： 光纤的质量直接影响通信系统的性能。本章将全面介绍目前主流的光纤类型，包括阶跃型光纤和渐变型光纤，以及它们在模间色散方面的差异。对于单模光纤，本章将重点阐述其结构特点以及为何能实现低损耗、大带宽的传输。在此基础上，本章将深入探讨光纤的制造工艺，从原材料的提纯到光纤的拉丝过程。我们将详细介绍气相外延法（如MCVD、OVD、VAD等）的原理和技术细节，以及如何通过精确控制材料成分和结构来优化光纤的传输性能，例如降低损耗和色散。 第四章 光纤损耗： 损耗是限制光信号传输距离和功率预算的主要因素。本章将详细分析光纤中存在的各种损耗机制。吸收损耗，包括本征吸收和杂质吸收（如OH-吸收），其机理与影响将得到细致讲解。散射损耗，特别是瑞利散射，它与光波长以及光纤结构的关系将是讨论的重点。此外，弯曲损耗（宏观弯曲和微观弯曲）的产生原因、影响因素以及抑制方法也将一一阐述。理解这些损耗的来源和特性，对于设计低损耗的光纤链路至关重要。 第五章 光纤色散： 色散会导致光脉冲展宽，限制信息传输速率。本章将深入剖析光纤中主要的色散类型。材料色散，由光在不同波长下折射率的差异引起，其计算方法和对传输性能的影响将详细介绍。波导色散，由光在不同模式下传播速度的差异引起，尤其是在单模光纤中，波导色散与材料色散的相互作用对总色散起着决定性作用。偏振模色散（PMD），由光纤内外不对称性导致，即使在单模光纤中也会存在，并对高速传输造成严重影响，其产生机理和测量方法也将是本章的重点。 第六章 光源： 光源是光纤通信系统的“心脏”。本章将详细介绍各类半导体光源，包括发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。对于LED，我们将阐述其工作原理、光谱特性以及在低速率、短距离通信中的应用。对于LD，我们将重点关注其在光纤通信系统中扮演的关键角色，详细介绍其不同类型（如FP-LD、DFB-LD、VCSEL等）的工作原理、结构特点、性能参数（如输出功率、谱宽、调制速率）以及如何选择适合不同应用场景的光源。 第七章 光检测器： 光检测器负责将接收到的光信号转换为电信号。本章将全面介绍各类光电探测器，包括光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。我们将深入探讨其工作原理、量子效率、响应时间、暗电流等关键参数，并分析它们对系统灵敏度和信噪比的影响。此外，本章还将讨论不同类型光检测器的性能特点及其在实际系统中的应用选择。 第八章 光调制器： 调制是实现信息加载的关键过程。本章将详细介绍光调制器的原理和类型。内部调制（直接调制）和外部调制（如电光调制器、声光调制器）是两种主要方式。我们将重点讲解基于电光效应的调制器，例如马赫-曾德尔调制器，并分析其调制深度、插入损耗、驱动电压等参数。对于不同调制格式（如NRZ、RZ、PAM4等），本章将概述其基本原理和在提高传输速率方面的优势。 第二部分：系统设计与先进技术 第九章 光放大器： 为了克服光纤损耗，光放大器在长距离传输中不可或缺。本章将重点介绍掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理、增益特性、噪声系数以及其在光通信系统中的重要作用。我们将深入解析EDFA的泵浦机制、放大过程和性能指标。此外，本章还会简要介绍其他类型的光放大器，如半导体光放大器（SOA），并讨论它们各自的优缺点和适用范围。 第十章 光网络组件： 除了核心的光纤和光电器件，光网络还需要一系列关键的无源和有源组件。本章将详细介绍光耦合器、光分路器、光开关、光隔离器、光环形器等无源器件的原理和应用。对于有源组件，我们将重点讨论光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）的功能和作用，它们是构建灵活、可重构光网络的基础。 第十一章 数字光通信系统： 本章将把前述的光学和电子组件整合成一个完整的数字光通信系统。我们将分析系统的整体架构，包括信号的产生、编码、调制、传输、放大、解调、解码以及误码分析。我们将详细讲解系统中的关键性能指标，如比特误率（BER）、信噪比（SNR）、接收灵敏度等，并讨论如何通过系统设计优化这些指标。 第十二章 速率提高技术： 随着信息需求的爆炸式增长，提高光通信系统的传输速率至关重要。本章将聚焦于实现更高速率的关键技术。码分复用（CDM）和多路复用技术（如波分复用WDM）是提高信道利用率的重要手段。先进的调制格式，如正交幅度调制（QAM）和脉冲幅度调制（PAM4），它们如何通过增加每个符号携带的信息量来提升速率，将是本章讨论的重点。同时，本章还会探讨先进的编码技术，如前向纠错（FEC），它们如何通过引入冗余信息来提高系统的鲁棒性，从而支持更高的速率和更低的误码率。 第十三章 速率和容量的局限性： 尽管技术在不断进步，光纤通信系统仍然面临速率和容量的物理极限。本章将深入探讨这些限制因素，包括香农极限，它揭示了信道容量与带宽和信噪比之间的根本关系。我们将分析光纤自身的非线性效应（如克尔效应、受激拉曼散射、受激布里渊散射）如何在高功率传输下引入损伤，限制系统性能。此外，电子器件的带宽限制以及信号处理的复杂性也是制约速率提升的重要因素。 第十四章 相干光通信： 相干光通信是当前光通信领域的研究热点和重要发展方向。本章将详细介绍相干光通信的基本原理，包括利用光载波的振幅、相位和偏振信息来承载数据，从而显著提高频谱效率。我们将讲解相干检测的基本概念，以及如何利用本地振荡器（LO）来实现高灵敏度和高选择性的信号接收。本章还将深入探讨相干光通信系统中面临的挑战，如载波相位噪声、偏振模色散（PMD）以及频率和相位同步问题，并介绍相应的解决方案，包括先进的数字信号处理（DSP）技术。 第十五章 光网络的性能评估： 构建高效可靠的光网络需要对其性能进行科学评估。本章将介绍多种评估光网络性能的关键指标和方法。误码率（BER）作为衡量系统数据传输质量的核心指标，其测量和计算方法将得到阐述。信噪比（SNR）和接收灵敏度对于评估系统接收端的性能至关重要。此外，本章还将讨论网络延迟、抖动、网络可用性以及网络的可扩展性等更宏观的性能指标，为读者提供一个全面的性能评估框架。 第十六章 光网络的管理与保护： 随着光网络规模的不断扩大，有效的管理和可靠的保护机制变得尤为重要。本章将深入探讨光网络管理系统（NMS）的功能和架构，包括监控、配置、故障检测和恢复等。对于网络保护，我们将介绍冗余设计、备用链路切换等多种保护策略，以确保在发生故障时能够快速恢复通信。本章还将讨论光网络的可视化管理和自动化运维等前沿技术。 第十七章 光通信的未来趋势： 本章将放眼未来，展望光通信技术的发展方向。我们将讨论下一代光网络架构，如软件定义网络（SDN）在光网络中的应用，以及如何实现更灵活、更智能的网络控制。下一代光传输技术，如更高阶的调制格式、更宽的频谱利用以及新型光器件的研究进展，也将是讨论的重点。此外，本书还将探讨光通信在新兴领域的应用，例如数据中心互连、5G/6G通信、量子通信以及人工智能与光通信的融合。 本书的特点： 系统性强： 内容覆盖光纤通信的各个方面，从基础理论到前沿技术，形成了一个完整的知识体系。 理论与实践结合： 深入阐述理论原理的同时，也关注实际系统设计中的工程问题和解决方案。 与时俱进： 涵盖了最新的技术发展和研究动态，为读者提供了前瞻性的视角。 图文并茂： 大量图表、示意图和实例分析，帮助读者更好地理解抽象概念。 语言严谨，逻辑清晰： 专业的术语使用准确，章节之间的过渡自然流畅。 本书的目标读者： 高等院校通信工程、电子工程、信息技术等专业的本科生和研究生。 从事通信系统研发、设计、测试和维护的工程师。 对光纤通信技术感兴趣的研究人员和技术爱好者。 通过对《光纤通信系统（第二版）》的学习，读者将能够深刻理解光纤通信的奥秘，掌握其核心技术，并能够独立进行光通信系统的设计与分析，为应对未来信息通信领域不断增长的挑战奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当沉稳大气，深邃的蓝色调很容易让人联想到光纤传输过程中的那种深远和广阔，特别是那几条若隐若现的光路线条，仿佛在无声地诉说着信息穿越漫长距离的奥秘。我是在一个朋友的强烈推荐下接触到这个版本的，坦白说，最初我对“第2版”这个字眼抱有一些既期待又担忧的心情——期待它能更新技术前沿，又怕它会陷入过于晦涩的数学推导中，让一个工程背景的学习者望而却步。初翻目录时，感觉它在基础理论的阐述上保持了极高的严谨性，从麦克斯韦方程组的引入到光纤的模式理论，每一个章节都像是在搭建一座精密的知识阶梯，步步为营，让人不得不放慢阅读速度，细细品味。它没有急于展示那些炫目的最新应用，而是花了大篇幅去夯实那些“内功”，比如色散管理和非线性效应的机理分析，这对于真正想深入理解系统瓶颈所在的人来说，简直是如获至宝。这本书的排版也十分友好，图表的清晰度和信息密度拿捏得恰到好处，即便是复杂的傅里叶变换和波导方程，配上恰当的插图，也能让人豁然开朗，而不是一头雾水地陷入公式的迷宫。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的实战价值远超出了我最初的预期，它更像是一本系统集成商的“操作手册”，而不是纯粹的理论教科书。我特别欣赏作者在论述完原理之后，会紧接着给出当前主流商用系统中是如何应对这些挑战的具体方案。例如，在讨论到超高速率传输对相干检测技术的要求时，书中不仅详细解析了数字信号处理（DSP）在补偿路径损耗和补偿非线性效应中的核心算法，还配有一些实际的系统框图，这对于正在从事光网络优化和维护的工程师来说，简直是救命稻草。我记得有一次我们遇到一个非常棘手的偏振模色散（PMD）问题，翻阅这本书的专门章节后，书中对各种补偿技术——从被动补偿到更先进的主动补偿技术——的优缺点对比分析，直接点明了我们现场测试的优化方向。它的语言风格非常务实，从不故作高深，而是用一种“工程师对工程师”的口吻来交流，使得那些原本听起来高不可攀的物理层细节，一下子变得可以触摸、可以量化，让人感觉自己手中掌握的不再是理论，而是解决实际问题的工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大震撼在于它对于“系统优化”的深度剖析，它不仅仅是在介绍“有什么”，更是在探讨“为什么是这样，以及如何变得更好”。阅读体验中，我发现它在处理光传输的“瓶颈”问题上展现出了一种近乎偏执的细致。比如，关于光纤放大器（如EDFA和Raman放大器）的噪声特性和增益平坦化，书中没有停留在教科书式的描述上，而是深入到了不同工作状态下噪声系数的微小变化如何累积并最终影响整个链路的误码率（BER）裕度。更精彩的是，它还涉及了面向未来的空分复用（SDM）技术的一些前瞻性讨论，虽然SDM在商业化上仍有很长的路要走，但书中对多芯光纤和少模光纤的模式耦合问题的分析，已经非常深入和前沿了，这使得这本书的“保质期”大大延长。我感觉，这本书不仅仅是总结了过去几十年的成就，更是在为未来十年的技术路线图打下了坚实的理论基础，尤其适合那些希望站在技术前沿做研发规划的专业人士阅读和参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计非常流畅，不同于一些教材那种生硬的章节堆砌，它更像是一条被精心规划的传输链路，逻辑清晰，层层递进。我注意到，作者在处理数学推导时，特别注重物理意义的阐述，这大大降低了学习的门槛。比如，在解释非线性克尔效应时，复杂的非线性薛定谔方程的推导过程被拆解得非常细致，每一个参数的变化都对应着光纤中某种具体物理现象的改变，让你清楚地明白，每一个数学符号背后都承载着实际的物理意义，而不是凭空出现的变量。这种处理方式极大地增强了读者的直觉判断能力。此外，本书的附录部分也做得非常出色，包含了大量常用参数和关键公式的速查表，这在我做快速设计计算或者复核设计方案时，提供了极大的便利，省去了反复翻阅主体的麻烦。整体而言，这本书给我最大的感受是“平衡”——在严谨的理论深度和实用的工程应用之间，找到了一个近乎完美的平衡点，使得读者既能满足对知识的求知欲，又能立即将所学付诸实践。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书时，主要是冲着它在“城域网和接入网”部分内容的详尽程度去的，因为这正是我目前工作领域的核心痛点。市面上很多光通信书籍都把重点放在了长途干线网络，对FTTx等接入网的挑战描述略显不足。然而，这本书对PON（无源光网络）技术，特别是GPON到XG-PON的演进过程中所遇到的功率预算分配、突发业务调度以及OLT/ONU侧的同步机制等问题，进行了细致入微的探讨。作者用大量的案例分析展示了在实际部署环境中，光纤衰减、弯曲损耗、连接器损耗等实际因素如何动态地影响系统的性能指标，并提供了具体的优化策略。这种源自一线实践的经验总结，是任何纯理论书籍都无法比拟的。阅读过程中，我甚至能想象到作者当年在网络现场调试时的情景，这种“带着故事去讲技术”的叙事方式，让阅读过程充满了沉浸感和启发性，使我对光接入网的系统设计有了更全面、更接地气的认知和把握。