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出版者:Wiley-Interscience

作者:Govind P. Agrawal

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:2005-6-23

价格:USD 127.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471215721

丛书系列:

图书标签:

光波技术
光纤通信
光电子学
光器件
光网络
激光技术
通信工程
信息技术
物理学
材料科学

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具体描述

The state of the art of modern lightwave system design

Recent advances in lightwave technology have led to an explosion of high-speed global information systems throughout the world. Responding to the growth of this exciting new technology, Lightwave Technology provides a comprehensive and up-to-date account of the underlying theory, development, operation, and management of these systems from the perspective of both physics and engineering.

The first independent volume of this two-volume set, Components and Devices, deals with the multitude of silica- and semiconductor-based optical devices. This second volume, Telecommunication Systems, helps readers understand the design of modern lightwave systems, with an emphasis on wavelength-division multiplexing (WDM) systems.

* Two introductory chapters cover topics such as modulation formats and multiplexing techniques used to create optical bit streams

* Chapters 3 to 5 consider degradation of optical signals through loss, dispersion, and nonlinear impairment during transmission and its corresponding impact on system performance

* Chapters 6 to 8 provide readers with strategies for managing degradation induced by amplifier noise, fiber dispersion, and various nonlinear effects

* Chapters 9 and 10 discuss the engineering issues involved in the design of WDM systems and optical networks

Each chapter includes problems that enable readers to engage and test their new knowledge to solve problems. A CD containing illuminating examples based on RSoft Design Group's award-winning OptSim optical communication system simulation software is included with the book to assist readers in understanding design issues. Finally, extensive, up-to-date references at the end of each chapter enable students and researchers to gather more information about the most recent technology breakthroughs and applications.

With its extensive problem sets and straightforward writing style, this is an excellent textbook for upper-level undergraduate and graduate students. Research scientists and engineers working in lightwave technology will use this text as a problem-solving resource and a reference to additional research papers in the field.

跨越光纤的艺术：现代光学通信系统设计与实践本书聚焦于下一代通信基础设施的核心——光纤通信系统。它深入探讨了从基础理论到尖端应用的全景，为工程师、研究人员和高级学生提供了一个全面且实用的指南，用以理解、设计、部署和优化当前及未来的光网络。第一部分：光通信的基石与物理学原理本书的开篇奠定了坚实的光学和电子学基础，确保读者对光纤通信系统的物理机制有透彻的理解。第一章：电磁波与光纤基础本章首先回顾了麦克斯韦方程组在光波传播中的应用，详细阐述了光在介质中的传播特性，包括光的偏振、波导理论的基础。重点介绍了石英光纤的结构，包括纤芯、包层和涂覆层的材料特性。深入分析了色散（Chromatic Dispersion）的物理起源，包括材料色散和波导色散，并量化了它们对脉冲展宽的影响。同时，对模间色散（Modal Dispersion）在多模光纤中的作用进行了深入剖析，并探讨了单模光纤的有效模场面积（Mode Field Diameter, MFD）对其传输性能的决定性影响。第二章：光纤中的损耗、非线性效应与传输限制本章是理解长距离传输限制的关键。我们详细分析了光纤中的主要损耗机制：瑞利散射（Rayleigh Scattering）、吸收（Absorption，如OH-离子吸收峰）和弯曲损耗（Macro/Micro-bending Loss）。随后，进入更为复杂的非线性光学领域。详细阐述了受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）和受激汤姆孙散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）的阈值条件和对系统性能的影响。此外，对四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）在密集波分复用（DWDM）系统中的串扰效应进行了量化分析，并介绍了如何通过优化信道间隔和光纤类型来缓解这些非线性效应。第三章：半导体光源与探测器本部分聚焦于构成光通信收发机的核心有源器件。详细介绍了半导体激光器的基本原理，包括直插式激光器（FP/DFB）和外部腔激光器（ECL）。重点分析了激光器的关键参数，如阈值电流、光电转换效率、线宽、相位噪声和调谐能力。在接收端，深入剖析了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理、响应速度、量子效率和噪声特性。本章还包含了量子点激光器（QDL）和硅光子集成技术在未来超高速通信中的应用前景。 --- 第二部分：系统级设计与性能优化本部分将理论知识应用于实际系统构建，侧重于链路预算、信号完整性管理和高速传输方案。第四章：光通信系统链路预算与误码率分析本章提供了设计光传输系统的实用框架。首先建立完整的系统损耗模型，包括光功率预算、衰减裕度（Margin）的确定。随后，系统地推导和分析了数字通信系统的接收灵敏度（Sensitivity）与信号质量的关系。详细计算了在不同调制格式（如NRZ, RZ）下，由量子噪声、热噪声和散粒噪声引起的误码率（BER）曲线，并引入眼图（Eye Diagram）分析方法来直观评估信号质量和抖动（Jitter）。第五章：色散管理与补偿技术鉴于色散是高速长距离传输的主要瓶颈，本章专门探讨了色散管理策略。详细介绍了色散补偿光纤（DCF）的设计原理、插入损耗及其对系统功率的影响。此外，深入探讨了基于电域的色散补偿技术，包括速率匹配滤波器和数字信号处理（DSP）中的极大似然序列估计（MLSE）算法在补偿色散中的应用。对于相干检测系统，本章阐述了如何利用本振光场进行色散补偿和偏振模色散（PMD）的有效处理。第六章：高速调制格式与相干光通信本章聚焦于当前和未来超高速（100G、400G及以上）系统的核心技术——相干检测。系统地介绍了先进的电学调制格式，如正交相移键控（QPSK）、16/64正交振幅调制（QAM）的星座图、带宽效率和抗噪性能的对比。深入解析了相干接收机的结构，包括本地振荡器（LO）的锁定、I/Q混频器的实现。重点讲解了如何利用片上数字信号处理器（DSP）实现本振激光器频率偏移补偿（LOFFC）、色散补偿、偏振解复用（PDM）和载波相位恢复等复杂功能。 --- 第三部分：网络架构与先进技术本部分扩展到网络层面，覆盖了多用户接入、波分复用和光网络智能化。第七章：波分复用（WDM）与网络集成本章详细讨论了密集波分复用（DWDM）系统的设计要点。分析了滤波器（如薄膜滤波器TFF、布拉格光栅FBG）的特性对信道串扰的影响。深入探讨了关键无源器件，如合波器/分波器（Mux/Demux）的设计标准。同时，详细介绍了光放大技术，包括掺铒光纤放大器（EDFA）的增益平坦化、泵浦功率优化和噪声图的分析。对于超大容量网络，本章还探讨了拉曼放大器（Raman Amplifier）在扩展传输距离和提升系统容量中的作用。第八章：接入网与PON技术本章专注于光纤到户（FTTH）的实现技术——无源光网络（PON）。详细对比了EPON、GPON和下一代XGS-PON的技术规范、分光比和最大传输距离。重点分析了PON系统中光功率的分配挑战、时分复用（TDMA）的接入控制机制以及下行OTDM和上行突发模式（Burst Mode）光收发机的设计特点。本章也展望了向100G PON演进的关键技术突破。第九章：光网络管理与保护切换本章探讨了光网络层面的可靠性与运维。详细介绍了光层保护机制，包括1+1、1:1的保护方案及其在光交叉连接（OXC）和光分插复用器（OADM）中的实现。探讨了网络拓扑管理、故障定位和实时性能监控（Performance Monitoring）的常用工具和协议。强调了基于软件定义网络（SDN）思想在动态光网络资源调度和快速故障恢复中的应用潜力。 --- 本书的特点：深度与广度兼顾：既涵盖了光通信的基本物理定律，也包含了当前最前沿的相干检测、DSP算法和WDM网络规划实践。实用性强：提供了大量的设计公式、性能评估标准和案例分析，旨在指导工程师解决实际工程问题。面向未来：对硅光子学、概率星座整形（PCS）以及光电混合处理等下一代技术进行了前瞻性探讨。本书适合以下读者：电信运营商和设备制造商的光网络工程师。从事光通信器件、系统和网络研发的科研人员。对光纤通信有深入学习需求的电子工程、物理学和信息技术专业的高年级本科生及研究生。