光纤通信基础

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出版者:国防工业出版社
作者:黄永清
出品人:
页数:409 页
译者:
出版时间:1999年01月
价格:19.0
装帧:平装
isbn号码:9787118019360
丛书系列:
图书标签:
  • 光纤通信
  • 光纤
  • 通信原理
  • 光纤技术
  • 信息传输
  • 网络工程
  • 通信工程
  • 物理层
  • 光电子技术
  • 现代通信
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具体描述

本书侧重那些构成光纤通信特点,使之有别于其它通信方式的内容。全书共七章,系统论述了光纤通信所用的光导纤维、光源、光放大器、光电探测器、常用光无源元件的原理与特性。本书适合通信及电子学领域的高等学校高年级学生阅读,并可供有关科技人员参考。

《光纤通信基础》 本书旨在为读者提供光纤通信领域全面而深入的入门级知识。从基础的光学原理到现代光纤通信系统的构成,本书层层剥茧,力求使读者能够透彻理解这一高速信息传输核心技术。 第一章 光学基础与光纤介质 本章将从光的基本性质出发,介绍光的电磁波理论、光速、波长、频率等基本概念。随后,我们将深入探讨光的传播特性,包括光的折射、反射、全反射等现象,为理解光纤的传光机制奠定理论基础。 核心内容将聚焦于光纤本身。我们会详细介绍光纤的结构,包括纤芯、包层和涂覆层的作用及其光学特性。重点阐述光纤的传光原理,即全反射是如何在光纤内部实现光信号的引导的。此外,还将对不同类型光纤(如阶跃型光纤和渐变型光纤)的特性进行对比分析,解释它们在不同应用场景下的优势。 第二章 光在光纤中的传输特性 本章将深入探讨光信号在光纤中传输时遇到的关键问题及其解决方案。我们将详细介绍光纤中的衰减现象,包括材料吸收、瑞利散射、弯曲损耗等,分析这些衰耗机制的成因及其对传输距离的影响。 同时,本章将重点讲解光纤中的色散效应。我们将详细介绍模内色散(包括材料色散和波导色散)和模间色散(对于多模光纤),解释这些色散现象如何导致信号失真和传输速率的限制。读者将了解如何通过选择合适的光纤类型、光源以及采用色散补偿技术来克服这些挑战。 第三章 光源与探测器 作为光纤通信系统的核心组件,光源和探测器的作用至关重要。本章将详细介绍当前广泛使用的光源,包括发光二极管(LED)和激光器(LASER)。我们会阐述它们的结构、工作原理、光谱特性、输出功率以及调制特性,并对比分析它们在不同光纤通信系统中的适用性。 在探测器方面,本章将重点介绍光电二极管(PD)及其不同类型,如PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。我们将深入讲解它们的光电转换原理、响应速度、灵敏度以及噪声特性,并讨论如何根据系统要求选择合适的探测器。 第四章 光纤通信系统的组成与原理 本章将整合前几章的知识,全面介绍光纤通信系统的基本构成及工作原理。我们将系统性地梳理一个典型光纤通信系统的流程,包括信息源、电信号处理、光调制、光发射、光传输(光纤)、光接收、光电转换、电信号再生和信息输出等各个环节。 重点将放在关键的功能模块上,如光调制器(如电吸收调制器EAM、马赫-曾德尔调制器MZM)如何将电信号转换为光信号,以及光放大器(如掺铒光纤放大器EDFA)在长距离传输中如何补偿信号衰减。读者将理解各个组件是如何协同工作,最终实现高速、大容量的通信。 第五章 光信号的复用与传输容量 为了最大限度地利用光纤的巨大带宽,复用技术至关重要。本章将详细介绍几种重要的光域复用技术,特别是波分复用(WDM)。我们将深入阐述波分复用(WDM)的基本原理,包括如何将不同波长的光信号加载到同一根光纤中传输,以及如何通过波分复用器(WDMUX)和波分复用解复用器(WDDMX)实现信号的分离。 我们将区分频分复用(FDM)和波分复用(WDM)的细微差别,并重点介绍密集波分复用(DWDM)及其在现代光网络中的关键作用,解释它如何显著提高光纤的传输容量。 第六章 光纤通信系统的关键性能指标与设计考虑 本章将引导读者理解评价光纤通信系统性能的关键指标,并探讨系统设计时需要考虑的因素。我们将详细介绍信噪比(SNR)、误码率(BER)等衡量信号质量的指标。 此外,还将讨论系统的传输容量、传输距离、功耗等实际设计参数。读者将学习如何根据应用需求,例如对传输速率、网络规模、成本效益等方面的权衡,来选择合适的光纤类型、光源、探测器以及其他关键器件,从而设计出高效、可靠的光纤通信系统。 本书力求以清晰的逻辑、丰富的图示和易懂的语言,帮助读者建立对光纤通信技术的系统性认知,为进一步深入学习和实践打下坚实的基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书对于光纤通信系统中一些重要的性能指标和评估方法,给予了非常详尽的讲解。作者没有简单地罗列公式,而是首先从用户体验的角度出发,让我们理解为什么这些指标很重要。比如,在讲解误码率(BER)时,他用了一个非常生动的例子,把通信比作两个人通过电话交谈,如果对方听不清,就会出现误解,而误码率就是衡量这种误解程度的指标。接着,书中详细介绍了各种常用的性能指标,比如信噪比(SNR)、信道容量、传输速率、延迟等等,并且解释了它们之间的相互关系。我特别欣赏的是,书中还对这些指标的测量方法进行了详细的阐述,比如如何使用误码仪来测量BER,以及如何评估信号的动态范围。此外,书中还对网络的安全性和可靠性进行了讨论,比如如何防止数据泄露和如何提高网络的容错能力。他还介绍了一些常用的网络仿真工具,让我对如何进行系统性能的优化和评估有了更直观的了解。

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这本书在处理光信号的接收和检测环节,可以说做得非常到位。它不像很多教材那样,直接丢出光电探测器的型号和工作流程,而是先从信号衰减和噪声的干扰讲起,让读者对接收端面临的挑战有一个充分的认识。作者用了一个非常生动的例子,把微弱的接收信号比作在嘈杂的环境中想要听清一个很小的声音,然后才引出光电探测器的必要性。接着,书中详细介绍了PIN光电二极管和雪崩光电二极管这两种主流的探测器,不仅讲解了它们的物理结构和工作原理,更重要的是,它清晰地分析了它们的灵敏度、响应速度和噪声特性,并对比了它们在不同应用场景下的适用性。比如,他会解释为什么雪崩光电二极管的增益能够提高接收信号的强度,但同时也会引入更多的噪声。我尤其欣赏的是,书中在讲解这些探测器时,并没有仅仅停留在理论层面,而是结合了一些实际的性能指标,比如量子效率、响应时间等,并解释了这些指标对整个通信系统性能的影响。此外,书中还对数字信号处理在接收端的作用进行了阐述,比如均衡和纠错,这些内容让我对如何从衰减和失真的信号中恢复出原始信息有了更深入的理解。

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这本书对于光纤通信系统中关键的光器件的介绍,我认为是非常到位的。它不是泛泛而谈,而是深入到每一个器件的核心。例如,在介绍光放大器时,它详细分析了掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理,包括能量跃迁、受激辐射等,并且清晰地解释了它是如何实现信号增益的。作者甚至还讨论了EDFA的噪声特性和放大带宽,这一点对于理解放大器的性能至关重要。接着,书中还介绍了拉曼放大器等其他类型的光放大器,并对比了它们的优缺点。此外,在讲解光开关和光复用器时,书中同样采用了深入浅出的方式。它不仅介绍了这些器件的基本功能,还深入分析了它们的工作原理,比如如何利用电光效应或声光效应来实现光路的切换或信号的分离。我尤其欣赏的是,书中在介绍这些器件时,还会结合实际的应用案例,比如在光网络中的作用,以及如何提高系统的容量和灵活性。而且,书中还对一些新兴的光器件进行了简要介绍,让我对未来的技术发展趋势也有所了解。

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总的来说,这本书的实用性和前瞻性给我留下了深刻的印象。在讲解完基础理论和关键技术之后,作者并没有止步于此,而是将目光投向了光纤通信的未来发展趋势。他讨论了诸如光子集成技术、相干光通信、人工智能在光网络中的应用等前沿话题,并且对它们可能带来的影响进行了深入的分析。我尤其欣赏的是,书中对未来光纤通信可能面临的挑战,比如带宽的极限、能耗的增加等,也进行了坦诚的探讨,并且提出了一些潜在的解决方案。这一点让我觉得作者不仅是知识的传播者,更是对这个领域有着深刻思考的探索者。此外,书中还对光纤通信在各个行业的应用进行了展望,比如在5G/6G通信、数据中心、云计算、物联网等领域,让我看到了这个技术所蕴含的巨大潜力。这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一次对光纤通信领域全面而深入的探索之旅,它让我对这个曾经有些神秘的领域有了全新的认识,也激发了我继续深入学习的兴趣。

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这本书的章节安排我个人觉得非常合理,循序渐进,一步一个脚印。它不会一开始就抛出那些让人望而却步的复杂数学公式,而是先从最基础的光学原理讲起,比如光的折射、全反射这些概念,虽然我在中学物理课上就接触过,但这本书的讲解方式让我有了全新的认识。作者非常细致地解释了这些原理如何应用于光纤的设计和工作,比如光在光纤纤芯和包层之间的传播路径,以及为什么会发生全反射,这些细节的阐述让我对光纤内部的“舞蹈”有了清晰的图像。然后,它很自然地过渡到了光纤的结构,包括纤芯、包层、涂覆层的作用,并且对不同类型的光纤,如单模光纤和多模光纤,进行了详细的对比分析,指出了它们在传输特性上的差异,以及各自适用的场景。这一点非常实用,对于我这样想要了解实际应用的人来说,能够清晰地知道哪种光纤适合哪种场合,非常有价值。书中还对光纤的制作工艺进行了简要介绍,虽然不是重点,但了解一下材料的选择和制造过程,也能加深对光纤性能的理解。我尤其欣赏的是,作者在介绍每一种光纤类型时,都会配上非常精美的示意图,这些图清晰明了,色彩搭配也很和谐,让抽象的结构瞬间变得生动起来,大大提高了我的阅读效率。而且,书中还巧妙地穿插了一些实际应用案例,比如在海底通信、光纤到户等方面的应用,让我看到了书本知识与现实世界的紧密联系。

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这本书的封面设计相当简洁,以一种抽象的光束穿梭于细密的线条之间,传递出一种科技感和未来感,但又不会显得过于冰冷。封面上“光纤通信基础”几个字,字体选择也很讲究,既有科技的力量感,又不失稳重。拿到手里,纸张的触感也很不错,不是那种廉价的滑腻感,而是略带磨砂的质感,翻阅起来很舒服。我刚开始翻开的时候,就被第一章的开篇吸引住了。它没有直接跳入枯燥的技术定义,而是从光纤通信的历史发展讲起,简要回顾了电通信的局限性,以及人类对更高信息传输速率的永恒追求,这一点我特别喜欢,因为它让我立刻对这个领域产生了好奇心,感觉自己不是在读一本教科书,而是在听一个引人入胜的故事。作者在描述早期光纤通信遇到的技术难题时,也用了非常生动的比喻,比如将信号损耗比作声音在空气中传播越来越微弱,一下子就让抽象的概念变得具象化,便于理解。而且,书中在介绍一些重要的理论模型时,也穿插了一些历史事件和科学家的轶事,增加了阅读的趣味性,避免了纯粹的公式堆砌。比如,在讲到光纤的损耗机制时,作者提到了一个关于某个物理学家如何通过实验偶然发现某种现象的细节,让整个理论讲解过程充满了人情味,也让我对这位科学家的智慧和毅力有了更深的认识。总而言之,这本书在内容呈现上,确实花了不少心思,从封面设计到章节的引入,都致力于让读者在轻松愉悦的氛围中,逐步走进光纤通信的奥秘。

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关于光信号在光纤中的传输损耗,这本书的讲解我真的要竖起大拇指。它没有简单地把损耗归结为一个抽象的数字,而是非常细致地分析了损耗产生的根源。作者首先从宏观上介绍了主要的损耗类型,比如吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗,并且用非常生动的比喻来解释它们。比如,他把吸收损耗比作光线被材料“吃掉”了一部分能量,而散射损耗则像是光线在传播过程中遇到了很多小障碍物,被“弹开”了。这一点非常有助于我理解这些损耗是怎么发生的。接着,书中深入探讨了每一种损耗的物理机制。比如,在讲到吸收损耗时,作者会详细解释材料的分子结构是如何吸收特定波长的光,并且还会介绍如何通过选择合适的材料来减小吸收损耗。在讲解散射损耗时,作者则会深入到瑞利散射和米氏散射的原理,并且解释了为什么长波长的光损耗会更小。我特别喜欢的是,书中还对弯曲损耗进行了详细的分析,包括宏观弯曲和微观弯曲对信号的影响,并且给出了如何避免或减小弯曲损耗的建议。此外,书中还提到了一些其他的损耗因素,比如接续损耗和连接器损耗,并且给出了实际测量和评估这些损耗的方法。

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关于光信号的产生和传输部分,这本书的处理方式真的让我眼前一亮。作者没有直接给出各种光源的参数和效率,而是先从信息编码的物理基础讲起,比如如何将电信号转换成光信号,以及在这个过程中会遇到的挑战,比如信号的失真和衰减。他用了一个非常形象的比喻,将电信号比作一段不规则的波形,而光信号则像一条更清晰、更锐利的直线,但传递过程中难免会有“起伏”。这一点让我对光信号的优势有了更直观的感受。接着,书中详细介绍了半导体激光器和发光二极管这两种主要的光源,不仅仅是列出它们的结构和工作原理,更重要的是,作者深入分析了它们的优缺点,以及在不同应用场景下的选择考量。比如,他会讲解为什么激光器适用于长距离传输,而LED更适合短距离通信,并且解释了背后的物理机制。而且,书中还对光源的调制方式进行了介绍,比如直接调制和外调制,以及它们的区别和影响,这一点对于理解信息如何被“携带”在光信号上至关重要。我还特别喜欢书中关于码元速率和带宽关系的讨论,用非常易于理解的方式解释了信息传输的速度和频率之间的关系,让我不再觉得这些术语只是冰冷的数字,而是有了更深的含义。

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色散效应在光纤通信中的重要性,这本书把它讲得非常透彻,而且处理得既科学又易懂。作者没有直接丢出各种色散的数学公式,而是先从信息失真的角度入手,让我们理解为什么色散是个问题。他用了一个很有趣的比喻,把一个短暂的光脉冲比作一个有形状的“小水滴”,在传播过程中,由于各种原因,这个“水滴”会慢慢“散开”,变得模糊不清,这就是色散。然后,书中详细介绍了主要的色散类型,包括材料色散、波导色散和模式色散。在讲解材料色散时,作者解释了不同波长的光在介质中的传播速度不同,就像在人群中,不同身高的人会以不同的速度前进。而在讲解波导色散时,则分析了光纤的结构如何影响不同模式的光的传播速度。我特别欣赏的是,书中还对偏振模色散进行了详细的介绍,解释了光纤内部的不均匀性如何导致不同偏振态的光传播速度差异,并且对通信系统性能的影响。此外,书中还重点介绍了如何通过各种技术手段来补偿色散,比如色散位移光纤、啁啾光栅和电子色散补偿器,并且详细解释了这些技术的原理和适用范围。

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关于光纤通信网络的组成和架构,这本书提供了一个非常清晰的视野。它没有一开始就抛出复杂的网络拓扑图,而是从最基础的网络节点和连接方式讲起。作者首先介绍了光网络的几种基本组成部分,比如光源、光纤、光探测器、光放大器等,并且解释了它们在整个网络中的作用。接着,书中详细阐述了各种光网络的拓扑结构,比如点对点、总线型、星型、环型和网状型,并且对比了它们在传输效率、可靠性和成本方面的优缺点。我特别喜欢的是,书中还对不同层级的网络进行了区分,比如接入网、汇聚网和骨干网,并且解释了它们各自的特点和在整个通信体系中的地位。此外,书中还对各种复用技术,比如波分复用(WDM)和时分复用(TDM)进行了详细的介绍,并且解释了它们如何提高网络的传输容量。他还深入分析了各种网络协议和管理机制,让我对如何高效地管理和维护庞大的光纤网络有了更深刻的认识。

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