光纖通信

前言

　　根據(jù)2003年1月教育部在黑龍江工程學(xué)院組織召開的全國(guó)高等學(xué)校教學(xué)研究中心“21世紀(jì)中國(guó)高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”課題審定會(huì)的有關(guān)精神，在原高等學(xué)校通用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)理工類應(yīng)用型本科專業(yè)的特點(diǎn)，編寫了《光纖通信》教材?！　　豆饫w通信》主要內(nèi)容包括四部分：第一部分主要是光纖通信的概念、光纖傳輸理論、光纖的制造工藝和方法，以及光纖通信的現(xiàn)狀與發(fā)展方向及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用；第二部分主要是光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光放大器的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和應(yīng)用；第三部分主要是光纖通信網(wǎng)絡(luò)、光調(diào)節(jié)技術(shù)和復(fù)用技術(shù)；第四部分主要是光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工以及光纖測(cè)量技術(shù)。　　為了讓讀者能全面、系統(tǒng)地掌握光纖通信的系統(tǒng)知識(shí)，達(dá)到教育部對(duì)應(yīng)用型本科的要求，在編寫本教材時(shí)，根據(jù)應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，力求由淺入深，循序漸進(jìn)，通俗易懂，基本概念和基本知識(shí)準(zhǔn)確清晰，光纖通信知識(shí)的說明簡(jiǎn)明扼要，盡量避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，著重介紹光纖通信的概念、現(xiàn)代光纖通信技術(shù)、光纖傳榆理論、光纖拉制、設(shè)計(jì)光纜的基本原則、光發(fā)射機(jī)組成、光源的調(diào)制原理、光接收機(jī)和光放大器原理、光纖通信網(wǎng)絡(luò)、光調(diào)節(jié)與復(fù)用技術(shù)、光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工方法、光纖測(cè)量技術(shù)。本書注意以形象直觀的形式配合文字表述，重點(diǎn)突出，以幫助讀者掌握關(guān)鍵技術(shù)并全面理解本書內(nèi)容。　　《光纖通信》每章都附有相關(guān)的閱讀材料，以幫助讀者更多地了解相關(guān)知識(shí)?！　　豆饫w通信》由錢顯毅、張立臣主編，俞偉鈞、黃文生、何一鳴、彭穎任參編。本書由錢顯毅統(tǒng)稿。

內(nèi)容概要

　　《光纖通信》系統(tǒng)介紹了光纖通信的歷史與現(xiàn)狀、現(xiàn)代光纖通信技術(shù)、光纖傳輸理論、光纖拉制、光纜設(shè)計(jì)的基本原則、光發(fā)射機(jī)組成、光源的調(diào)制原理、光接收機(jī)、光放大器原理、光纖通信網(wǎng)絡(luò)、光調(diào)節(jié)與復(fù)用技術(shù)、光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工方法、光纖測(cè)量技術(shù)?！　　豆饫w通信》編寫力求反映應(yīng)用型本科的要求和理工類專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，內(nèi)容力求由淺人深，循序漸進(jìn)，基本概念和基本知識(shí)準(zhǔn)確清晰，光纖通信技術(shù)的說明簡(jiǎn)明扼要，盡量避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并且注意以形象直觀的形式配合文字表述，重點(diǎn)突出?！　　豆饫w通信》每章都附有相關(guān)的閱讀資料，以幫助讀者更多地了解相關(guān)知識(shí)。

書籍目錄

1 概論1.1 光纖通信的概念1.1.1 光纖通信1.1.2 光纖通信系統(tǒng)1.2 光纖通信的發(fā)展歷史1.2.1 光纖通信的里程碑1.2.2 光纖通信的爆炸性發(fā)展1.3 現(xiàn)代光纖通信技術(shù)1.3.1 光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)1.3.2 現(xiàn)代光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.4 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)與模擬光纖通信系統(tǒng)的比較閱讀資料1：我國(guó)光纖光纜及光無源器件產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展閱讀資料2：信息社會(huì)習(xí)題2 光纖傳輸理論2.1 光纖的典型結(jié)構(gòu)和分類2.1.1 光纖的典型結(jié)構(gòu)2.1.2 光纖的分類2.2 光纖的傳輸特性和主要參數(shù)2.2.1 光在光纖中的傳輸2.2.2 光纖的損耗特性2.2.3 光纖的色散特性2.3 階躍折射率光纖的模式理論2.3.1 矢量解法2.3.2 標(biāo)量近似解法2.4 漸變折射率光纖的波動(dòng)理論2.4.1 拋物線型折射率光纖的標(biāo)量近似解法2.4.2 漸變折射率光纖的相位積分解法2.5 單模光纖2.5.1 階躍折射率單模光纖的結(jié)構(gòu)2.5.2 階躍折射率單模光纖中的模式及其場(chǎng)量2.5.3 實(shí)際(階躍折射率)單模光纖的等效近似分析2.5.4 單模光纖的色散2.6 光纖的制造2.6.1 預(yù)制棒的制造2.6.2 光纖的拉制2.6.3 光纖的涂敷2.7 光纖的成纜2.7.1 設(shè)計(jì)光纜的基本原則2.7.2 光纜的典型結(jié)構(gòu)2.8 小結(jié)2.8.1 內(nèi)容提要2.8.2 重點(diǎn)與難點(diǎn)2.8.3 重要概念及常用公式閱讀資料：閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式和設(shè)備習(xí)題3 光發(fā)射機(jī)3.1 激光基礎(chǔ)知識(shí)3.1.1 原子的能級(jí)和晶體中的能帶3.1.2 能級(jí)的躍遷3.1.3 光增益區(qū)的形成3.2 半導(dǎo)體激光器3.2.1 基本原理3.2.2 結(jié)構(gòu)理論3.2.3 典型分類3.2.4 模式概念3.2.5 基本性質(zhì)3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管3.3.1 工作原理3.3.2 結(jié)構(gòu)和分類3.3.3 主要性質(zhì)3.4 光源的調(diào)制原理3.4.1 光源的調(diào)制方式3.4.2 光源的直接調(diào)制3.4.3 激光器數(shù)字調(diào)制過程的瞬態(tài)分析3.4.4 光源的間接調(diào)制3.5 光發(fā)射機(jī)和外調(diào)制器3.5.1 激光器的實(shí)用組件3.5.2 光發(fā)射機(jī)3.5.3 波導(dǎo)調(diào)制器和電吸收調(diào)制器3.6 小結(jié)閱讀資料1：空間激光通信技術(shù)閱讀資料2：光發(fā)射機(jī)及其主要性能指標(biāo)習(xí)題4 光接收機(jī)4.1 光接收機(jī)的組成和性能指標(biāo)4.1.1 光接收機(jī)的組成4.1.2 光接收機(jī)的性能指標(biāo)4.2 光電檢測(cè)器4.2.1 PN結(jié)的光電效應(yīng)4.2.2 PIN光電二極管4.2.3 雪崩光電二極管4.3 放大電路及其噪聲4.3.1 噪聲的數(shù)學(xué)處理4.3.2 放大器輸入端的噪聲源4.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管和雙極晶體管的噪聲源4.3.4 前置放大器的設(shè)計(jì)4.4 光接收機(jī)靈敏度的計(jì)算4.4.1 靈敏度計(jì)算的一般公式4.4.2 光電檢測(cè)過程的統(tǒng)計(jì)分布和靈敏度的精確計(jì)算4.4.3 靈敏度的高斯近似計(jì)算4.4.4 S.D.Personick高斯近似計(jì)算公式4.5 光接收機(jī)的組成模塊4.5.1 碼間干擾問題和均衡濾波電路4.5.2 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和自動(dòng)增益控制電路4.5.3 再生電路4.6 小結(jié)閱讀資料：常用光接收機(jī)主要性能參數(shù)習(xí)題5 光源和光放大器5.1 發(fā)光二極管5.1.1 發(fā)光二極管的原理5.1.2 發(fā)光二極管的工作特性5.2 激光器5.2.1 激光器的原理5.2.2 半導(dǎo)體激光器5.3 光放大器5.3.1 半導(dǎo)體光放大器5.3.2 摻餌光纖放大器5.3.3 摻餌波導(dǎo)光放大器5.3.4 拉曼放大器5.3.5 光放大器的噪聲系數(shù)5.3.6 光放大器的應(yīng)用5.4 小結(jié)閱讀資料：常用光放大器主要性能參數(shù)習(xí)題6 光纖通信網(wǎng)絡(luò)6.1 光纖通信系統(tǒng)6.1.1 光纖通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和類型6.1.2 基本光纖通信系統(tǒng)6.1.3 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)6.1.4 光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)6.1.5 模擬光纖通信系統(tǒng)6.1.6 相干光通信6.2 全光通信網(wǎng)6.2.1 OXC和OADM6.2.2 WDM光網(wǎng)絡(luò)6.2.3 光分組交換和光突發(fā)交換6.3 光纖接入網(wǎng)6.3.1 PON的基本原理6.3.2 PON的傳輸方式6.3.3 PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用類型6.4 色散補(bǔ)償技術(shù)6.4.1 光纖通信系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償技術(shù)6.4.2 預(yù)啁啾技術(shù)6.4.3 利用色散補(bǔ)償光纖補(bǔ)償色散6.4.4 利用CFBG補(bǔ)償色散6.5 光孤子通信技術(shù)6.5.1 單模光纖中的孤子6.5.2 光孤子通信幾個(gè)問題的討論閱讀資料1：下一代光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展動(dòng)向閱讀資料2：城域網(wǎng)的發(fā)展和技術(shù)選擇習(xí)題7 光調(diào)節(jié)和復(fù)用技術(shù)7.1 光調(diào)制器7.1.1 基本概念7.1.2 電介質(zhì)光調(diào)制器7.1.3 EA調(diào)制器7.2 光復(fù)用/解復(fù)用器7.2.1 波分復(fù)用/解復(fù)用器7.2.2 復(fù)用器/解復(fù)用器的串?dāng)_7.2.3 時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用器閱讀資料：空間光調(diào)制器習(xí)題8 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工8.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)性能和測(cè)試8.1.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)8.1.2 系統(tǒng)傳輸性能指標(biāo)的測(cè)試8.2 單通道數(shù)字光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)8.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2.2 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮8.2.3 單通道系統(tǒng)中繼距離設(shè)計(jì)8.3 多通道數(shù)字光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題8.3.2 WDM+EDFA系統(tǒng)中繼距離設(shè)計(jì)閱讀資料：光纖通信施工方案（某學(xué)院光纖網(wǎng)工程施工方案）習(xí)題9 光纖測(cè)量9.1 衰減測(cè)量9.1.1 概述9.1.2 截?cái)嗉夹g(shù)9.1.3 插入損耗法9.1.4 背向散射法9.2 色散測(cè)量9.2.1 概述9.2.2 模間色散9.2.3 時(shí)域模間色散測(cè)量9.2.4 頻域模間色散測(cè)量9.2.5 色度色散9.2.6 偏振模色散9.3 OTDR的應(yīng)用9.3.1 衰減測(cè)量9.3.2 光纖故障位置判定9.4 眼圖分析9.5 光譜分析儀的應(yīng)用9.5.1 光源的性能評(píng)價(jià)9.5.2 EDFA增益和噪聲圖測(cè)試閱讀資料：OTDR習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1　概論　　什么是信息？“藍(lán)色的天空，飄著白云”，“今天航班取消了”，“春天來了，我看到楊樹、柳樹綠葉了”，等等，都是信息。“前方的道路不通，請(qǐng)右行”，這既是信息，又是一種單向的通信。　　什么是通信？人們的日常生活離不開信息交換，語言交流、眼神、表情等都是通信（communication），通信的本質(zhì)就是信息的交流。本章主要介紹光纖通信的一些基本概念，然后回顧光纖通信（optical fiber communication）的歷程，并對(duì)現(xiàn)代光纖通信技術(shù)做了總結(jié)。 　　1.1 光纖通信的概念　　1.1.1光纖通信　　自古以來，人類的交流就是依靠各類信息的溝通，通信（communication）就是人們的最基本需求之一，這種需求不斷地促使人們開始發(fā)明能將信息從一個(gè)地方迅捷、有效地傳送到另一個(gè)遙遠(yuǎn)地方的通信技術(shù)。從廣義的角度來說，通信就是彼此之間傳遞信息?！　∵M(jìn)一步講，古時(shí)候，人們?cè)谕潦?、樹木上做上記?hào)，“記號(hào)”可能是一種文字，或者是一種表示什么意義的圖形，但“記號(hào)”是一種信息。這樣處理信息的作用有兩個(gè)意義，一是保存（信息的存儲(chǔ)），二是傳送給后人?！　‖F(xiàn)代的通信一般是指電信（telecommunication）。IEEE（美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)）對(duì)電信的定義是：借助諸如電話系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電視系統(tǒng)這樣的設(shè)備，在相隔一定距離的條件下進(jìn)行的信息交換。在漫長(zhǎng)的現(xiàn)代通信的科學(xué)發(fā)展道路中，通信經(jīng)歷了電通信（electrical communication）和光通信（optical communication）兩個(gè)階段。廣義的電通信指的是一切運(yùn)用電波作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的介質(zhì)是什么。電通信又可分為有線電通信和無線電通信。 　　……

編輯推薦

　　《光纖通信》可適應(yīng)不同層次的讀者選用，既可用于高等學(xué)校理工類本科教材，也適用于各類工程技術(shù)人員參考、閱讀。

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