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編輯推薦: |
《认识光通信》这本书是双色印刷,装帧非常精美,作者也非常,作者原荣是中国通信学会的会士,在通信行业也是德高望重的一位老先生,曾主持过多项国家重点项目,出版过关于光纤通信的是十余部著作。这本书也是针对光通信爱好者的普及读物,通过和日常生活中密切相关的现象来引入光通信的相关知识,配合一些插图,使读者更容易理解难懂的光通信的相关信技术。书里面,介绍了通信史、传输介质和各种元器件、通信系统、光速光纤通信、无线光通信,非常适合想初步了解光通信技术的读者阅读。
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內容簡介: |
本书为普及光通信技术知识而编写。本书运用通俗的语言和生动的插图对光纤通信、大气光通信、蓝绿光通信、可见光通信及量子通信的一些基本概念进行了系统的阐述,本书无论从内容选取、机理说明、概念解释,还是从文字叙述、插图说明和实用程度等方面,都具备自己的特色,适合想初步了解光通信基础知识的人员阅读,也可作为大中专院校相关专业的参考书籍,同时对从事光通信系统和网络研究教学、规划设计、管理和维护的有关人员也有一定的参考价值。
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目錄:
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第1 章光通信史
1.1光传递信息自古有之
1.1.1周幽王烽火戏诸侯古老光通信
1.1.2信号灯通信自古到今使用
1.1.3航标灯通信船舶导航指引
1.2近代光通信
1.2.1贝尔发明光电话
1.2.2梅曼发明激光器
1.2.3最早的光通信系统
1.2.4光纤通信鼻祖高锟
1.2.5光通信发展简史
1.3光纤通信系统
1.3.1光纤是怎样传光的
1.3.2光纤通信系统组成
1.3.3光纤通信优点
第2章光通信基础
2.1光是电磁波
2.1.1光的波动性麦克斯韦预言存在电磁波
2.1.2赫兹实验验证电磁波存在
2.1.3光的粒子性爱因斯坦的贡献
2.2均匀介质中的光波
2.2.1电场的波动方程
2.2.2光程差相位差光干涉及器件基础
2.3光的传播特性
2.3.1光的反射、折射和全反射光纤波导传光基础
2.3.2光的衍射单频激光器基础
2.3.3光的偏振菲涅尔的贡献
2.3.4光的双折射光调制器基础
第3章光纤通信传输介质光导纤维
3.1光纤结构和类型
3.1.1玻璃丝传光发展史全反射应用
3.1.2多模光纤单模光纤由传输模式数量决定
3.1.3阶跃光纤渐变光纤折射率在纤芯分布不同色散也不同
3.1.4相速度群速度相速度是波前传输速度,群速度是相速度的分量
3.1.5光纤制造
3.2光纤传输原理
3.2.1全反射和相干光纤传输条件
3.2.2一维光纤波导直线光线
3.2.3二维光纤波导螺旋光线
3.2.4光纤模式麦克斯韦波动方程求解结果
3.3光纤传输特性
3.3.1光纤损耗越纯净损耗越小
3.3.2光纤色散模式不同、路径不同、到达终点时间不同导致脉冲展宽
3.3.3光纤传输最大比特率由光纤色散决定
3.4光纤种类
3.4.1G.652标准单模(SSM)光纤
3.4.2G.653色散位移光纤(DSF)光纤
3.4.3G.654截止波长位移光纤(CSF)
3.4.4G.655非零色散位移光纤(NZ-DSF)
3.4.5G.656宽带非零色散位移光纤(WNZ-DSF)
3.4.6G.657接入网用光纤
3.4.7正负色散光纤和色散补偿光纤
3.5光缆结构和类型
3.5.1缆芯
3.5.2护套
3.5.3铠装
第4 章光干涉无源器件
4.1马赫-曾德尔(M-Z)器件
4.1.1电光效应晶体折射率n与施加外电场E有关
4.1.2M-Z电光调制器基于电光效应和光双折射效应
4.1.3马赫-曾德尔滤波器两个单色光经不同光程传输后的干涉结果
4.1.4光纤水听器系统马赫-曾德尔干涉仪的应用
4.1.5M-Z波分复用解复用器光程差应用
4.1.6M-Z电光开关其输出由波导光相位差决定
4.2阵列波导光栅(AWG)器件
4.2.1AWG星形耦合器
4.2.2AWG工作原理多波长光经不同路径在终点干涉
4.2.3AWG复用解复用器
4.3布拉格(Bragg)光栅器件
4.3.1布拉格光栅一列平行半反射镜
4.3.2布拉格光纤光栅滤波器折射率周期性变化的光栅,反射布拉格共振波长附近的光
4.4介质薄膜干涉器件
4.4.1电介质镜折射率交替变化的数层电介质材料
4.4.2介质薄膜光滤波解复用器利用光干涉选择波长
第5 章法拉第磁光效应器件
5.1法拉第磁光效应
5.1.1法拉第磁光效应电场和磁场结伴而行
5.1.2法拉第的伟大贡献
5.2法拉第磁光效应器件
5.2.1互易器件和非互易器件
5.2.2光隔离器单方向传输光器件
5.2.3光环形器3个端口的光隔离器
第6 章光源及光调制
6.1激光器源于光的干涉
6.1.1干涉和谐振普遍存在
6.1.2光的干涉法布里-珀罗(F-P)光学谐振器
6.1.3发光机理电子从高能带跃迁到低能带发出光子
6.2半导体激光器
6.2.1LD激光发射条件粒子数反转、光学谐振腔
6.2.2激光器起振的阈值条件腔体阈值增益等于总损耗
6.2.3激光器起振的相位条件整数倍半波长等于腔长
6.2.4分布反馈(DFB)激光器增加频率选择电介质镜衍射光栅
6.2.5波长可调激光器多腔耦合,多方控制
6.3半导体激光器(LD)的特性
6.3.1LD的波长特性
6.3.2LD模式特性纵模决定频谱特性,横模决定空间特性
6.4光调制
6.4.1光调制让光携带声音和数字信号
6.4.2先进光调制技术QPSK调制和QAM调制
第7 章光探测及光接收
7.1光探测器
7.1.1光探测机理吸收光子产生电子
7.1.2响应度、量子效率和响应带宽
7.1.3PIN光电二极管
7.1.4雪崩光电二极管雪崩倍增效应使灵敏度提高
7.1.5波导光探测器高速光纤通信系统接收器件
7.2数字光接收机
7.2.1光电转换和前置放大决定放大器的性能
7.2.2线性放大和数据恢复眼图分析系统性能
7.2.3接收机信噪比(SNR)
7.3接收机误码率、Q参数和SNR
7.3.1接收机比特误码率(BER)
7.3.2比特误码率用Q参数表示
7.3.3Q参数和信噪比(SNR)的关系Q的平方等于SNR
7.3.4Q参数和光信噪比(OSNR)的关系Q的平方等于OSNR
第8 章光放大器
8.1掺铒光纤放大器(EDFA)
8.1.1掺铒光纤结构和EDFA的构成
8.1.2EDFA工作原理泵浦光能量转移到信号光
8.1.3EDFA的特性
8.1.4EDFA噪声
8.1.5掺铒光纤放大器的优点
8.1.6EDFA的应用
8.2光纤拉曼放大器
8.2.1光纤拉曼放大器的工作原理拉曼散射光频等于信号光频
8.2.2光纤拉曼增益和带宽信号光与泵浦光频差不同增益也不同
8.2.3多波长泵浦拉曼放大器获得平坦光增益带宽
8.2.4光纤拉曼放大器等效开关增益和有效噪声指数
8.2.5光纤拉曼放大技术的应用
8.2.6混合使用拉曼放大和EDFA获得平坦的总增益频谱曲线
8.3半导体光放大器(SOA)
8.3.1半导体光放大器工作原理
8.3.2如何使半导体激光器变为半导体光放大器
第9 章光纤通信系统
9.1光纤通信系统基础
9.1.1脉冲编码将模拟信号变为数字信号
9.1.2信道编码减少误码,方便时钟提取
9.1.3信道复用扩大信道容量,充分利用光纤带宽
9.2频分复用光纤通信系统
9.2.1频分复用光纤传输系统
9.2.2光纤电缆混合网络典型的FDM光纤通信系统
9.2.3微波副载波(SCM)光纤传输系统射频信号光纤传输(RoF)
9.2.4正交频分复用(OFDM)光纤传输系统4G、5G移动通信基础
9.3时分复用光纤通信系统SDH光纤通信系统
9.3.1时分复用工作原理
9.3.2SDH帧结构和传输速率
9.3.3复用映射结构
9.4光复用光纤通信系统
9.4.1波分复用(WDM)光纤通信系统
9.4.2偏振复用(PM)光纤通信系统
9.5相干光纤通信系统
9.5.1相干检测原理信号光与本振光混频产生中频信号
9.5.2外差异步解调不需恢复中频可简化接收机设计
9.5.3相位分集接收产生与信号光和本振光相位差无关的输出信号
9.5.4偏振分集接收输出信号与偏振无关
第10 章高速光纤通信
10.1前向纠错减少误码的关键技术
10.1.1前向纠错概述提高色散限制系统性能的最好办法
10.1.2前向纠错实现方法并行处理级联内外编码
10.2系统色散补偿和管理
10.2.1系统色散补偿原理设法消去色散使光信号展宽的相位系数
10.2.2色散补偿方法负色散光纤补偿、电子滤波均衡DSP等
10.2.3系统色散管理正负色散光纤交替铺设
10.3数字信号处理(DSP)
10.3.1DSP在高比特率光纤通信系统中的作用
10.3.2DSP基础电子滤波均衡色散补偿
10.3.3数字信号处理(DSP)技术的实现
10.3.4100Gbits系统数字信号处理器
10.4增益均衡
10.4.1增益均衡的必要性满足光纤通信系统所有信道对BER的要求
10.4.2增益均衡实现方法预增强和插入增益平坦滤波器
10.4.3无源均衡器光滤波器均衡
10.4.4有源均衡器有源滤波
10.5奈奎斯特脉冲整形
10.5.1奈奎斯特脉冲整形概念使信号频谱局限在最小频谱带宽内
10.5.2奈奎斯特发送机接收机及其系统
10.6100Gbits超长距离DWDM系统
10.6.1100Gbits超长距离DWDM系统关键技术
10.6.2100Gbits超长距离DWDM系统光收发模块
10.7海底光缆通信
10.7.1海底光缆通信系统在世界通信网络中的地位和作用
10.7.2海底光缆通信系统组成和分类
10.7.3海底光缆通信系统发展历程
10.7.4连接中国的海底光缆通信系统
10.7.5海底光缆系统供电
10.7.6无中继海底光缆传输系统
10.8光纤传输量子通信
10.8.1量子通信概述
10.8.2量子通信系统
第11 章无源光网络接入
11.1接入网在网络建设中的作用及发展趋势
11.1.1接入网在网络建设中的作用
11.1.2光接入网技术演进向宽带光纤接入过度
11.1.3三网融合接入网的发展趋势
11.2PON接入网结构
11.2.1光线路终端(OLT)
11.2.2光网络单元(ONU)
11.2.3光分配网络(ODN)将OLT光信号广播分配到多个ONU
11.3无源光网络技术
11.3.1下行复用技术时分复用或WDM
11.3.2上行接入技术TDMA突发模式接入
11.4PON接入系统
11.4.1EPON系统
11.4.2GPON系统
11.4.3WDM-PON系统
11.4.4WDMTDM混合PON
第12 章无线光通信
12.1无线光通信系统
12.1.1光学天线
12.1.2光发射机
12.1.3光接收机
12.1.4捕获、瞄准和跟踪
12.1.5空间分集系统
12.1.6信道
12.2自由空间光通信(FSO)
12.2.1大气光通信传输介质为大气
12.2.2大气湍流决定的BER、SNR和Q参数
12.2.3星地间光通信
12.2.4卫星间光通信
12.3蓝绿光通信传输介质为海水
12.3.1概述
12.3.2激光对潜通信种类
12.3.3蓝绿光通信系统
12.4可见光通信传输介质为空气
12.4.1白光LED发光原理
12.4.2可见光通信系统
12.4.3可见光通信上行链路
12.4.4可见光通信应用
12.5自由空间传输量子通信 附录
附录A名词术语索引
附录B科学名人及其贡献 参考文献
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光导纤维是现代通信网络中传输信息的最佳媒质,光纤通信是信息社会的支柱。作为一种新兴的通信技术,在短短50多年的时间里,光纤通信获得了迅速的发展,受到人们的普遍关注。目前,无论是电信骨干网还是用户接入网,无论是陆地通信网还是海底光缆网,无论是固定通信网还是移动互联网,无论是看电视还是打电话,光纤无处不在、无时不用,光纤传输技术随时随地都能碰到。所以,人们初步了解一些光纤通信的基础知识是非常必要的。
光通信除光纤通信外,还有潜艇应用的蓝绿光通信、将广泛应用的可见光通信、绝对安全的量子通信以及星际国防应用的大气激光通信。
本书选取了光通信中最基本的和日常生活密切相关的知识和技术,增加了对光通信做出杰出贡献的有关科学家的事迹,以通俗易懂、简明扼要、图文并茂的方式系统地对其进行讲解,以便具有初中以上文化程度的普通读者也能够看懂。
本书共分12章,第1章和第2章分别介绍了光通信的历史和基础知识;第3章说明了光纤传输原理以及光纤传输特性和种类;第4章介绍了光干涉无源器件,如马赫-曾德尔(M-Z)器件和阵列波导光栅(AWG)器件等;第5章介绍了法拉第磁光效应器件;第6章介绍了发光机理、各种激光器和先进的QPSKQAM光调制器;第7章介绍了光探测原理、几种光探测器和光接收机误码率、Q参数和OSNR及其关系;第8章介绍了掺铒光纤放大器(EDFA)、光纤拉曼放大器和半导体光放大器(SOA);第9章阐述了光纤通信系统的基础知识和几种光纤通信系统,包括SDH、HFC、WDM、偏振复用和相干检测系统;第10章介绍了高速光纤通信技术,包括前向纠错、数字信号处理(DSP)、增益均衡、奈奎斯特脉冲整形、100Gbits超长距离DWDM系统、海底光缆通信和光纤传输量子通信;第11章简述了无源光网络接入,包括三网融合、EPON、GPON、WDM-PON;第12章介绍了自由空间光通信、蓝绿光通信、可见光通信和自由空间传输量子通信。
为了使读者更容易理解,书中特地在介绍一个现象或器件的原理前,增加了一些通俗易懂、日常生活中经常会碰到的现象,并以插图形式形象地加以说明。该书章节标题都给出了副标题,用关键词给出其目的、简要说明或实现途径,并且插入古今中外科学家、伟人、名人有关励志求学、科学探索的名言警句和小故事。
衷心感谢机械工业出版社李馨馨编辑和秦菲编辑在本书出版过程中付出的辛劳及所做的贡献!
原荣
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