光通信原理與技術基礎
任一濤
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商品描述
本書在介紹大氣激光通信、星間激光通信和水下激光通信的基礎上，重點講述了光纖通信的基本理論和關鍵技術，內容包括光纖通信的優勢和發展歷程、光纖通信系統的構成和特點、光纖的結構和傳輸原理、光纖的連接和測試、光源和光發射機、光檢測器和光接收機、光中繼器和光放大器、常用光無源器件、波分復用技術和波分復用器、數字光纖通信系統及其基本設計。每章結尾配有小結和習題，便於讀者復習並掌握各章重點。
本書內容系統全面、難易適度，深入淺出，易於自學，註重基礎理論和應用實踐相結合。
本書內容系統全面、難易適度，深入淺出，易於自學，註重基礎理論和應用實踐相結合。
目錄大綱
目錄
第1章 概述 1
1.1光纖通信的發展歷程 1
1.1.1我國光纖通信的發展歷程 4
1.1.2電通信的發展與局限 5
1.2光纖通信的優勢與特點 7
1.2.1光纖通信的優勢 7
1.2.2有線光通信和無線光通信 9
1.3光纖通信系統的組成和分類 10
1.3.1光纖通信系統的組成 10
1.3.2光纖通道特性及通信窗口 11
1.3.3光纖通信系統的分類 13
1.3.4光纖通信系統的主要特性指標 15
1.3.5光纖通信系統的發展 16
1.4大氣激光通信、星間激光通信和水下激光通信 17
1.4.1大氣激光通信 18
1.4.2星間激光通信 24
1.4.3水下激光通信 30
1.5光纖通信的基本概念 35
1.5.1電磁波頻譜 35
1.5.2通信的通道及容量 35
1.5.3通道復用 36
1.5.4模擬信號與數字信號 38
1.5.5調制與解調 39
小結 40
習題 40
第2章 光纖和光纜 41
2.1光纖的結構與分類 42
2.1.1光纖的結構 42
2.1.2光纖的分類 42
2.2光纖的傳輸理論 44
2.2.1幾何光學理論分析 45
2.2.2電磁場理論分析 (模式理論) 49
2.3單模光纖、多模光纖和光纖導模場分佈圖 56
2.3.1單模光纖 56
2.3.2多模光纖 58
2.3.3光纖導模場分佈圖 59
2.4光纖的傳輸特性 61
2.4.1光纖的損耗特性 61
2.4.2光纖的色散特性 65
2.5光纖的其他特性 70
2.5.1光纖的溫度特性 70
2.5.2光纖的機械特性 70
2.6光纖的標準 71
2.7光纖的製造 73
2.7.1光纖的基本原料 73
2.7.2光纖的製造工藝 76
2.8 光纜 78
2.8.1光纜的結構和類型 78
2.8.2光纜的特性和技術要求 83
2.8.3光纜的型號與規格代號 84
小結 86
習題 87
第3章 光纖的連接和測試 89
3.1光纖的常用連接方式 89
3.1.1光纖的連接損耗 89
3.1.2光纖的機械連接 93
3.1.3光纖的熔接 94
3.1.4光纖的連接器連接 95
3.2光纖損耗特性測量 98
3.2.1剪斷法 99
3.2.2 背向散射法 99
3.2.3 插入法 100
3.3光纖的色散特性及帶寬測量 100
3.3.1多模光纖的色散及帶寬測量 101
3.3.2 單模光纖的色散測量 102
小結 104
習題 104
第4章 光源和光發射機 105
4.1半導體光源的發光機理 106
4.1.1光的量子性 106
4.1.2原子的能級和光的躍遷輻射過程 106
4.1.3半導體的能帶結構 108
4.2發光二極管 112
4.2.1發光二極管的發光原理 112
4.2.2發光二極管的結構 113
4.2.3發光二極管的工作特性 114
4.2.4發光二極管的封裝 115
4.3激光二極管 116
4.3.1激光二極管的發光原理 117
4.3.2激光二極管的結構及選頻單元 118
4.3.3激光二極管的工作特性 118
4.3.4激光二極管和發光二極管的性能對比 123
4.4光發射機 124
4.4.1光端機的基本概念及功能 124
4.4.2光發射機的基本組成 125
小結 129
習題 129
第5章 光檢測器和光接收機 131
5.1光檢測器 131
5.1.1半導體的光電效應 132
5.1.2 PN光電二極管及特性 134
5.1.3 PIN光電二極管及特性 135
5.1.4雪崩光電二極管及特性 136
5.1.5光檢測器的重要參數 138
5.2光接收機 142
5.2.1光接收機的基本組成及功能 142
5.2.2數字光接收機的主要性能指標 145
5.2.3光接收機的噪聲 148
5.2.4數字信號系統性能的直觀評價手段 ——眼圖 149
小結 152
習題 152
第6章 光中繼器和光放大器 154
6.1光中繼器 154
6.1.1光電中繼器 155
6.1.2全光中繼器 156
6.2光放大器 157
6.2.1光放大器的分類及應用 157
6.2.2光放大器的主要參數 158
6.2.3半導體光放大器 162
6.2.4摻鉺光纖放大器 164
6.2.5非線性光纖放大器 170
小結 175
習題 175
第7章 常用光無源器件 176
7.1光無源器件及其結構類型 176
7.2光纖連接器 178
7.3光衰減器 179
7.4光纖偏振控制器 180
7.5光耦合器和光分路器 182
7.5.1光耦合器和光分路器的分類 182
7.5.2光耦合器的特性參數 183
7.5.3光耦合器的基本結構 185
7.6光開關 188
7.6.1光開關的形式和分類 188
7.6.2光開關的特性參數 190
7.7光纖光柵 191
7.7.1光纖光柵的分類 191
7.7.2布拉格光纖光柵的工作原理 192
7.8光濾波器 194
7.8.1光濾波器的分類 194
7.8.2光濾波器的特性參數 196
7.9光隔離器 197
7.9.1光隔離器的分類 197
7.9.2光隔離器的主要技術參數 198
7.10光環行器 200小結 201習題 202
第8章 波分復用技術和波分復用器 203
8.1通道復用的概念及形式 203
8.1.1光時分復用 204
8.1.2光碼分復用 206
8.1.3光空分復用 206
8.1.4光頻分復用 207
8.2光波分復用及系統 208
8.2.1光波分復用技術的發展 209
8.2.2光波分復用的原理 210
8.2.3光波分復用技術的特點 211
8.2.4波分復用系統的基本形式和分類 211
8.2.5波分復用的復用波長國際標準 215
8.3光波分復用系統的關鍵技術及相關器件 218
8.3.1 WDM系統中的光源 219
8.3.2 WDM系統中的光纖 220
8.3.3 WDM系統中的放大器 220
8.3.4 WDM系統中的接收機 221
8.3.5 WDM系統中的光通道監控與管理 221
8.3.6 WDM系統中的波分復用器 /解復用器 222
小結 232
習題 232
第9章 數字光纖通信系統及其基本設計 233
9.1數字光纖通信系統概述 233
9.2數字光纖通信系統的主要性能 236
9.2.1數字傳輸參考模型 236
9.2.2數字光纖通信系統的主要性能指標 237
9.3數字光纖通信系統的基本設計 242
9.3.1點到點系統的基本結構及組成 243
9.3.2光纖通信系統設計的基本原則 243
9.4單通道系統中繼距離的估算 249
9.4.1系統路由選擇 249
9.4.2中繼距離估算 249
小結 257
習題 257
部分習題參考答案 259
參考文獻 261
第1章 概述 1
1.1光纖通信的發展歷程 1
1.1.1我國光纖通信的發展歷程 4
1.1.2電通信的發展與局限 5
1.2光纖通信的優勢與特點 7
1.2.1光纖通信的優勢 7
1.2.2有線光通信和無線光通信 9
1.3光纖通信系統的組成和分類 10
1.3.1光纖通信系統的組成 10
1.3.2光纖通道特性及通信窗口 11
1.3.3光纖通信系統的分類 13
1.3.4光纖通信系統的主要特性指標 15
1.3.5光纖通信系統的發展 16
1.4大氣激光通信、星間激光通信和水下激光通信 17
1.4.1大氣激光通信 18
1.4.2星間激光通信 24
1.4.3水下激光通信 30
1.5光纖通信的基本概念 35
1.5.1電磁波頻譜 35
1.5.2通信的通道及容量 35
1.5.3通道復用 36
1.5.4模擬信號與數字信號 38
1.5.5調制與解調 39
小結 40
習題 40
第2章 光纖和光纜 41
2.1光纖的結構與分類 42
2.1.1光纖的結構 42
2.1.2光纖的分類 42
2.2光纖的傳輸理論 44
2.2.1幾何光學理論分析 45
2.2.2電磁場理論分析 (模式理論) 49
2.3單模光纖、多模光纖和光纖導模場分佈圖 56
2.3.1單模光纖 56
2.3.2多模光纖 58
2.3.3光纖導模場分佈圖 59
2.4光纖的傳輸特性 61
2.4.1光纖的損耗特性 61
2.4.2光纖的色散特性 65
2.5光纖的其他特性 70
2.5.1光纖的溫度特性 70
2.5.2光纖的機械特性 70
2.6光纖的標準 71
2.7光纖的製造 73
2.7.1光纖的基本原料 73
2.7.2光纖的製造工藝 76
2.8 光纜 78
2.8.1光纜的結構和類型 78
2.8.2光纜的特性和技術要求 83
2.8.3光纜的型號與規格代號 84
小結 86
習題 87
第3章 光纖的連接和測試 89
3.1光纖的常用連接方式 89
3.1.1光纖的連接損耗 89
3.1.2光纖的機械連接 93
3.1.3光纖的熔接 94
3.1.4光纖的連接器連接 95
3.2光纖損耗特性測量 98
3.2.1剪斷法 99
3.2.2 背向散射法 99
3.2.3 插入法 100
3.3光纖的色散特性及帶寬測量 100
3.3.1多模光纖的色散及帶寬測量 101
3.3.2 單模光纖的色散測量 102
小結 104
習題 104
第4章 光源和光發射機 105
4.1半導體光源的發光機理 106
4.1.1光的量子性 106
4.1.2原子的能級和光的躍遷輻射過程 106
4.1.3半導體的能帶結構 108
4.2發光二極管 112
4.2.1發光二極管的發光原理 112
4.2.2發光二極管的結構 113
4.2.3發光二極管的工作特性 114
4.2.4發光二極管的封裝 115
4.3激光二極管 116
4.3.1激光二極管的發光原理 117
4.3.2激光二極管的結構及選頻單元 118
4.3.3激光二極管的工作特性 118
4.3.4激光二極管和發光二極管的性能對比 123
4.4光發射機 124
4.4.1光端機的基本概念及功能 124
4.4.2光發射機的基本組成 125
小結 129
習題 129
第5章 光檢測器和光接收機 131
5.1光檢測器 131
5.1.1半導體的光電效應 132
5.1.2 PN光電二極管及特性 134
5.1.3 PIN光電二極管及特性 135
5.1.4雪崩光電二極管及特性 136
5.1.5光檢測器的重要參數 138
5.2光接收機 142
5.2.1光接收機的基本組成及功能 142
5.2.2數字光接收機的主要性能指標 145
5.2.3光接收機的噪聲 148
5.2.4數字信號系統性能的直觀評價手段 ——眼圖 149
小結 152
習題 152
第6章 光中繼器和光放大器 154
6.1光中繼器 154
6.1.1光電中繼器 155
6.1.2全光中繼器 156
6.2光放大器 157
6.2.1光放大器的分類及應用 157
6.2.2光放大器的主要參數 158
6.2.3半導體光放大器 162
6.2.4摻鉺光纖放大器 164
6.2.5非線性光纖放大器 170
小結 175
習題 175
第7章 常用光無源器件 176
7.1光無源器件及其結構類型 176
7.2光纖連接器 178
7.3光衰減器 179
7.4光纖偏振控制器 180
7.5光耦合器和光分路器 182
7.5.1光耦合器和光分路器的分類 182
7.5.2光耦合器的特性參數 183
7.5.3光耦合器的基本結構 185
7.6光開關 188
7.6.1光開關的形式和分類 188
7.6.2光開關的特性參數 190
7.7光纖光柵 191
7.7.1光纖光柵的分類 191
7.7.2布拉格光纖光柵的工作原理 192
7.8光濾波器 194
7.8.1光濾波器的分類 194
7.8.2光濾波器的特性參數 196
7.9光隔離器 197
7.9.1光隔離器的分類 197
7.9.2光隔離器的主要技術參數 198
7.10光環行器 200小結 201習題 202
第8章 波分復用技術和波分復用器 203
8.1通道復用的概念及形式 203
8.1.1光時分復用 204
8.1.2光碼分復用 206
8.1.3光空分復用 206
8.1.4光頻分復用 207
8.2光波分復用及系統 208
8.2.1光波分復用技術的發展 209
8.2.2光波分復用的原理 210
8.2.3光波分復用技術的特點 211
8.2.4波分復用系統的基本形式和分類 211
8.2.5波分復用的復用波長國際標準 215
8.3光波分復用系統的關鍵技術及相關器件 218
8.3.1 WDM系統中的光源 219
8.3.2 WDM系統中的光纖 220
8.3.3 WDM系統中的放大器 220
8.3.4 WDM系統中的接收機 221
8.3.5 WDM系統中的光通道監控與管理 221
8.3.6 WDM系統中的波分復用器 /解復用器 222
小結 232
習題 232
第9章 數字光纖通信系統及其基本設計 233
9.1數字光纖通信系統概述 233
9.2數字光纖通信系統的主要性能 236
9.2.1數字傳輸參考模型 236
9.2.2數字光纖通信系統的主要性能指標 237
9.3數字光纖通信系統的基本設計 242
9.3.1點到點系統的基本結構及組成 243
9.3.2光纖通信系統設計的基本原則 243
9.4單通道系統中繼距離的估算 249
9.4.1系統路由選擇 249
9.4.2中繼距離估算 249
小結 257
習題 257
部分習題參考答案 259
參考文獻 261
