本書緊密結(jié)合現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，全面系統(tǒng)地介紹了光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)。全書共11章，具體內(nèi)容包括光纖光纜的結(jié)構(gòu)和類型，光纖的傳輸理論和傳輸特性，光源和光發(fā)送機(jī)，光檢測(cè)和光接收機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及性能，新型光器件及應(yīng)用，光放大器原理及性能，光纖數(shù)字通信系統(tǒng)及性能指標(biāo)，多信道系統(tǒng)及其性能，光傳送網(wǎng)、光接入網(wǎng)及全光網(wǎng)等光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及可見光通信、光載無線通信和量子光通信等新技術(shù)。
本書以光纖通信系統(tǒng)的組成為主線，從單個(gè)器件介紹再到完整系統(tǒng)架構(gòu)及性能，內(nèi)容深入淺出、概念清楚，覆蓋面廣且重點(diǎn)突出，可作為高校電子信息類及相關(guān)專業(yè)本科的教學(xué)用書，也可作為從事光纖通信工作的相關(guān)科技人員和管理人員的參考用書。
本書第1版撰寫于2003年，出版以來受到國內(nèi)許多高校的重視并在教學(xué)中采用。此后，經(jīng)過不斷總結(jié)教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，分別于2007年和2014年兩次修訂再版，滿足了不同層次高校電子信息類人才培養(yǎng)的需求。針對(duì)國家新一代信息技術(shù)重大戰(zhàn)略的推進(jìn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，以及新工科建設(shè)及數(shù)字化教育教學(xué)轉(zhuǎn)型的迫切需求，在總結(jié)編著者主持的國家級(jí)一流課程光纖通信經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的角度出發(fā)，現(xiàn)對(duì)本書進(jìn)行了再次修訂。
本次修訂遵循了上一版概念清楚、重點(diǎn)突出的指導(dǎo)思想，以光纖通信系統(tǒng)的內(nèi)在組成為邏輯主線，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)的最新發(fā)展和工程實(shí)際，增加了許多新技術(shù)和新應(yīng)用等內(nèi)容，在更加適應(yīng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)化和智能化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)專業(yè)知識(shí)來自工程、服務(wù)工程、高于工程的特色。每一章的開始部分均用精煉的文字給出本章主要內(nèi)容導(dǎo)讀，便于教師和學(xué)生了解本章要點(diǎn)和難點(diǎn)；每章結(jié)束部分均有習(xí)題，總結(jié)本章的核心知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合習(xí)題幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。本次修訂還配套了在線課程、多媒體課件和習(xí)題解題指導(dǎo)等教學(xué)資源。
本書第1版撰寫于2003年，出版以來受到國內(nèi)許多高校的重視并在教學(xué)中采用。此后，經(jīng)過不斷總結(jié)教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，分別于2007年和2014年兩次修訂再版，滿足了不同層次高校電子信息類人才培養(yǎng)的需求。針對(duì)國家新一代信息技術(shù)重大戰(zhàn)略的推進(jìn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，以及新工科建設(shè)及數(shù)字化教育教學(xué)轉(zhuǎn)型的迫切需求，在總結(jié)編著者主持的國家級(jí)一流課程光纖通信經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的角度出發(fā)，現(xiàn)對(duì)本書進(jìn)行了再次修訂。
為了貫徹推進(jìn)黨的二十大精神進(jìn)教材、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦，踐行三全育人理念，本次修訂增加了課程思政相關(guān)內(nèi)容圍繞光纖通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在各章中分別介紹代表性人物和事件，尤其是我國科技工作者在光纖通信技術(shù)中的自主創(chuàng)新和前沿成果等，使學(xué)生能夠從科技工作者的事跡中培養(yǎng)求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度、獨(dú)立思考的科學(xué)精神，以及民族自豪感和愛國主義情懷。
本次修訂遵循了上一版概念清楚、重點(diǎn)突出的指導(dǎo)思想，以光纖通信系統(tǒng)的內(nèi)在組成為邏輯主線，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)的最新發(fā)展和工程實(shí)際，增加了許多新技術(shù)和新應(yīng)用等內(nèi)容，在更加適應(yīng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)化和智能化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)專業(yè)知識(shí)來自工程、服務(wù)工程、高于工程的特色。每一章的開始部分均用精煉的文字給出本章主要內(nèi)容導(dǎo)讀，便于教師和學(xué)生了解本章要點(diǎn)和難點(diǎn)；每章結(jié)束部分均有習(xí)題，總結(jié)本章的核心知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合習(xí)題幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。本次修訂還配套了中英文兩個(gè)版本的在線課程、多媒體課件和習(xí)題解題指導(dǎo)等教學(xué)資源。
本書主要由沈建華編寫并統(tǒng)稿，陳健教授參與了多個(gè)章節(jié)的編寫工作。齊麗娜、蔡安亮老師提了很多有益的意見建議，李履信老師對(duì)本書第1版的編寫做出了很大的貢獻(xiàn)，在此一并表示感謝。
由于編著者水平有限，書中難免存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編著者
沈建華，男，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院院長助理，工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，光纖通信與數(shù)字傳輸精品課程負(fù)責(zé)人，中國通信學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國通信學(xué)會(huì)通信線路專家委員會(huì)委員，電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）會(huì)員，江蘇省國際招標(biāo)中心、江蘇省交通廳、江蘇省水利廳項(xiàng)目評(píng)審專家。主要研究方向?yàn)楦咚俾蚀笕萘抗饫w通信系統(tǒng)、智能光網(wǎng)絡(luò)、寬帶接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
前言
第1章 緒論1
1.1 光纖通信的產(chǎn)生與發(fā)展歷程1
1.1.1 光通信的產(chǎn)生1
1.1.2 光纖通信的發(fā)展歷程5
1.2 光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成7
1.3 光纖通信的應(yīng)用和發(fā)展9
1.3.1 光纖通信系統(tǒng)的特點(diǎn)9
1.3.2 光纖通信系統(tǒng)的類型10
1.3.3 光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)12
1.4 光纖通信系統(tǒng)中的基本概念13
1.4.1 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)13
1.4.2 復(fù)用技術(shù)與多址技術(shù)13
1.4.3 常用單位與量綱14
小結(jié)15
習(xí)題15
第2章 光纖與光纜16
2.1 光纖與光纜的結(jié)構(gòu)16
2.1.1 光纖的基本結(jié)構(gòu)16
2.1.2 光纖的類型 19
2.1.3 光纖的制造工藝20
2.1.4 光纜21
2.2 光纖傳輸原理25
2.2.1 射線光學(xué)理論分析法26
2.2.2 波動(dòng)光學(xué)理論分析法28
2.2.3 單模傳輸條件31
2.3 光纖傳輸特性33
2.3.1 損耗33
2.3.2 色散36
2.3.3 非線性效應(yīng)38
2.4 通信光纖的型號(hào)及性能40
2.4.1 國際標(biāo)準(zhǔn)光纖40
2.4.2 其他特殊光纖44
小結(jié)46
習(xí)題47
第3章 光源和光發(fā)送機(jī)48
3.1 激光的產(chǎn)生機(jī)理48
3.2 光源器件55
3.2.1 發(fā)光二極管55
3.2.2 半導(dǎo)體激光器57
3.3 光源調(diào)制61
3.3.1 直接調(diào)制61
3.3.2 間接調(diào)制62
3.3.3 調(diào)制方案62
3.4 光發(fā)送機(jī)64
3.4.1 光源與光纖的耦合64
3.4.2 光發(fā)送機(jī)的組成結(jié)構(gòu)64
3.4.3 光發(fā)送機(jī)的性能參數(shù)69
小結(jié)69
習(xí)題70
第4章 光檢測(cè)和光接收機(jī)71
4.1 光電檢測(cè)器71
4.1.1 光電二極管71
4.1.2 PIN型光電二極管72
4.1.3 雪崩光電二極管75
4.2 直接檢測(cè)光接收機(jī)77
4.2.1 直接檢測(cè)光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)77
4.2.2 光接收機(jī)的性能指標(biāo)79
4.2.3 直接檢測(cè)光接收機(jī)的噪聲分析81
4.3 相干檢測(cè)與相干檢測(cè)光接收機(jī)84
4.3.1 相干檢測(cè)的基本原理84
4.3.2 零差檢測(cè)和外差檢測(cè)86
4.3.3 相干檢測(cè)光接收機(jī)的信噪比86
4.4 光中繼器87
小結(jié)88
習(xí)題88
第5章 無源和有源光器件90
5.1 光纖連接器90
5.1.1 光纖連接器的原理90
5.1.2 光纖連接器的類型91
5.1.3 光纖連接器的性能參數(shù)92
5.2 光纖耦合器93
5.2.1 光纖耦合器的原理93
5.2.2 光纖耦合器的結(jié)構(gòu)94
5.2.3 光纖耦合器的性能參數(shù)95
5.2.4 合波器和分波器96
5.3 光衰減器99
5.4 光隔離器與光環(huán)行器100
5.4.1 光隔離器100
5.4.2 光環(huán)行器101
5.5 光調(diào)制器102
5.6 光開關(guān)103
5.7 光濾波器105
5.7.1 光纖光柵105
5.7.2 介質(zhì)薄膜光濾波器106
5.8 新型有源光器件107
5.8.1 微機(jī)電系統(tǒng)107
5.8.2 硅基光子集成器件108
小結(jié)109
習(xí)題109
第6章 光放大器110
6.1 光放大器原理110
6.1.1 光放大器的基本原理110
6.1.2 光放大器的主要參數(shù)112
6.2 摻鉺光纖放大器114
6.2.1 摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)和原理115
6.2.2 摻鉺光纖放大器的性能參數(shù)117
6.2.3 摻鉺光纖放大器的應(yīng)用119
6.3 拉曼光纖放大器120
6.3.1 拉曼光纖放大器的工作原理120
6.3.2 拉曼光纖放大器的結(jié)構(gòu)121
6.3.3 拉曼光纖放大器的特點(diǎn)及應(yīng)用122
6.3.4 拉曼光纖放大器的噪聲特性123
6.3.5 混合拉曼/摻鉺光纖放大器124
6.4 新型光纖放大器124
6.4.1 新型光纖放大器的需求124
6.4.2 新型光纖放大器125
小結(jié)126
習(xí)題126
第7章 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)127
7.1 準(zhǔn)同步數(shù)字體系127
7.2 同步數(shù)字體系128
7.2.1 SDH的基本原理128
7.2.2 SDH網(wǎng)同步132
7.2.3 SDH傳送網(wǎng)133
7.2.4 多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)136
7.3 分組傳送網(wǎng)138
7.4 光傳送網(wǎng)141
7.4.1 OTN的基本原理141
7.4.2 OTN的復(fù)用和映射結(jié)構(gòu)142
7.4.3 OTN的關(guān)鍵技術(shù)143
小結(jié)145
習(xí)題145
第8章 多信道光纖通信系統(tǒng) 146
8.1 波分復(fù)用系統(tǒng)的原理146
8.1.1 波分復(fù)用的基本概念146
8.1.2 波分復(fù)用的應(yīng)用形式147
8.1.3 波分復(fù)用系統(tǒng)的波長規(guī)劃149
8.2 波分復(fù)用系統(tǒng)的性能需求與關(guān)鍵技術(shù)151
8.2.1 波分復(fù)用系統(tǒng)的性能需求151
8.2.2 波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)153
8.3 波分復(fù)用設(shè)備與組網(wǎng)159
8.3.1 波分復(fù)用設(shè)備類型159
8.3.2 波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)162
8.4 彈性光網(wǎng)絡(luò)163
8.4.1 彈性光網(wǎng)絡(luò)的基本概念163
8.4.2 彈性光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)164
8.4.3 彈性光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)165
8.5 光碼分多址168
小結(jié)169
習(xí)題169
第9章 光纖通信系統(tǒng)性能171
9.1 數(shù)字傳輸模型171
9.1.1 數(shù)字傳輸模型的意義171
9.1.2 數(shù)字傳輸模型的分類172
9.1.3 光傳送網(wǎng)傳輸模型173
9.2 光接口的性能174
9.2.1 SDH光接口的性能174
9.2.2 波分復(fù)用系統(tǒng)光接口的性能175
9.3 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的性能176
9.3.1 誤碼176
9.3.2 抖動(dòng)181
9.3.3 漂移182
9.3.4 延時(shí)183
9.3.5 功率代價(jià)184
9.4 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的可用性185
9.4.1 可用性和可靠性185
9.4.2 可用性評(píng)價(jià)方法186
9.4.3 可用性指標(biāo)要求187
9.5 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)187
9.5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方法187
9.5.2 影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)188
9.5.3 最壞值法設(shè)計(jì)過程189
小結(jié)190
習(xí)題190
第10章 光纖通信網(wǎng)192
10.1 光接入網(wǎng)192
10.1.1 接入網(wǎng)概述192
10.1.2 光纖接入網(wǎng)195
10.1.3 光接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)198
10.1.4 基于無源光網(wǎng)絡(luò)的光接入網(wǎng)202
10.1.5 新型無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)208
10.2 計(jì)算機(jī)高速互聯(lián)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)211
10.2.1 光纖分布式數(shù)據(jù)接口211
10.2.2 光纖通道212
10.2.3 數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)技術(shù)214
10.3 智能光網(wǎng)絡(luò)216
10.3.1 智能光網(wǎng)絡(luò)概述216
10.3.2 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)217
10.3.3 通用多協(xié)議標(biāo)簽交換223
10.3.4 軟件定義光網(wǎng)絡(luò)225
10.4 全光網(wǎng)228
10.4.1 全光網(wǎng)的原理228
10.4.2 全光交換技術(shù)229
小結(jié)232
習(xí)題233
第11章 光纖通信新技術(shù)234
11.1 光孤子通信234
11.1.1 光孤子通信的產(chǎn)生與發(fā)展234
11.1.2 影響光孤子通信系統(tǒng)容量的因素236
11.2 自由空間光通信237
11.2.1 自由空間光通信的原理和特點(diǎn)237
11.2.2 自由空間光通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)238
11.2.3 短距室內(nèi)可見光通信241
11.2.4 星際自由空間激光通信242
11.3 光載無線通信243
11.3.1 光載無線通信的原理243
11.3.2 光載無線通信的關(guān)鍵技術(shù)244
11.4 量子光通信246
11.4.1 量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)246
11.4.2 量子密鑰分配與量子直接通信247
11.5 人工智能及其應(yīng)用248
11.5.1 人工智能的基本概念248
11.5.2 人工智能在光纖通信中的應(yīng)用249
小結(jié)250
習(xí)題251
附錄 常用縮略語及其對(duì)應(yīng)術(shù)語252
參考文獻(xiàn)259
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