光纖通信與空間光通信技術(shù)

書籍

通信書籍

《光纖通信與空間光通信技術(shù)》結(jié)合光纖通信技術(shù)和空間光通信技術(shù)目前的發(fā)展動態(tài)，全面介紹了以光為載波的通信系統(tǒng)的基本概念、原理、技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，上篇主要內(nèi)容包括:光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及組成;光源器件的結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理、調(diào)制原理及編碼技術(shù);光檢測器件的結(jié)構(gòu)和原理，光接收機(jī)的相關(guān)理論;光纖的傳輸原理和特性，光纖的非線性效應(yīng);光無源器件和光放大器的原理與應(yīng)用;光纖通信系統(tǒng)性能指標(biāo)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。下篇主要內(nèi)容包括:空間光通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù):空間光通信系統(tǒng)的功率預(yù)算;各部分的方案設(shè)計(jì):地面水平空間光通信系統(tǒng)的樣機(jī)設(shè)計(jì):空間光通信系統(tǒng)保密性能的研究及光脈沖展寬問題的研究。

《光纖通信與空間光通信技術(shù)》可作為電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程專業(yè)本科生及相關(guān)專業(yè)的高年級學(xué)生使用，也可作為通信技術(shù)人員的參考書。

《光纖通信與空間光通信技術(shù)》

上篇 光纖通信技術(shù)

第1章 引言3

1.1 光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)3

1.2 光纖通信系統(tǒng)的基本組成5

第2章 光源與光發(fā)射機(jī)8

2.1 激光的發(fā)光原理8

2.1.1 原子的能級結(jié)構(gòu)8

2.1.2 光與物質(zhì)的相互作用9

2.1.3 半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)10

2.1.4 pn結(jié)的能帶11

2.2 ld的工作特性13

2.2.1 功率-電流特性13

2.2.2 轉(zhuǎn)換效率14

2.2.3 溫度特性15

2.2.4 光譜特性15

2.2.5 方向性17

2.2.6 暫態(tài)特性17

2.3 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和特性19

2.3.1 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)19

.2.3.2 發(fā)光二極管的工作特性20

2.4 光源的內(nèi)調(diào)制21

2.4.1 led的模擬調(diào)制21

2.4.2 led的數(shù)字調(diào)制22

2.4.3 ld的模擬調(diào)制23

2.4.4 ld的數(shù)字調(diào)制23

2.5 光源的外調(diào)制24

2.5.1 電光強(qiáng)度調(diào)制24

2.5.2 光波導(dǎo)調(diào)制26

2.6 脈沖編碼28

2.6.1 曼徹斯特編碼28

2.6.2 cmi碼29

2.6.3 mbnb碼29

第3章 光電探測器與光接收機(jī)31

3.1 光電探測器31

3.1.1 pin光電二極管32

3.1.2 雪崩光電二極管34

3.2 光接收機(jī)36

3.2.1 光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)37

3.2.2 光接收機(jī)的噪聲40

3.2.3 光接收機(jī)的信噪比41

3.2.4 光接收機(jī)的誤碼率42

3.2.5 光接收機(jī)的靈敏度44

第4章 光纖46

4.1 光纖概述46

4.2 光纖的傳輸原理49

4.2.1 幾何光學(xué)法49

4.2.2 波動光學(xué)法52

4.3 光纖的損耗特性56

4.3.1 紫外吸收57

4.3.2 紅外吸收57

4.3.3 散射損耗57

4.3.4 金屬元素吸收58

4.3.5 氫氧根吸收58

4.3.6 輻射損耗59

4.4 光纖的色散與帶寬59

4.4.1 模式色散61

4.4.2 材料色散62

4.4.3 波導(dǎo)色散63

4.4.4 偏振色散63

4.5 光纖的非線性效應(yīng)64

4.5.1 非線性折射率65

4.5.2 非線性受激散射66

第5章 光無源器件和光放大器68

5.1 光纖連接器68

5.1.1 光纖固定連接方式69

5.1.2 光纖活動連接方式70

5.2 光開關(guān)72

5.2.1 機(jī)械式光開關(guān)73

5.2.2 電光開關(guān)74

5.2.3 液晶光開關(guān)74

5.2.4 磁光開關(guān)75

5.2.5 熱光開關(guān)76

5.2.6 微機(jī)電光開關(guān)77

5.3 光耦合器79

5.3.1 光耦合器的特征參數(shù)79

5.3.2 光耦合器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)80

5.4 光隔離器81

5.5 光衰減器82

5.6 光放大器83

5.6.1 稀土摻雜光纖放大器84

5.6.2 拉曼光纖放大器86

5.6.3 半導(dǎo)體光放大器88

第6章 光纖通信系統(tǒng)與光網(wǎng)絡(luò)90

6.1 光纖損耗和色散對系統(tǒng)性能的影響90

6.1.1 損耗限制系統(tǒng)90

6.1.2 色散限制系統(tǒng)91

6.2 光纖通信系統(tǒng)的功率預(yù)算和上升時(shí)間預(yù)算92

6.3 光數(shù)字傳輸網(wǎng)93

6.4 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)95

6.4.1 誤碼性能95

6.4.2 抖動性能97

6.5 波分復(fù)用技術(shù)97

6.5.1 wdm基本原理98

6.5.2 wdm系統(tǒng)的核心技術(shù)98

6.6 光時(shí)分復(fù)用技術(shù)100

6.7 接入網(wǎng)技術(shù)100

下篇 空間光通信技術(shù)

第7章 引言105

7.1 概述105

7.2 空間光通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀106

7.2.1 星際空間通信應(yīng)用106

7.2.2 地面商用通信應(yīng)用107

7.2.3 軍事通信應(yīng)用109

7.3 關(guān)鍵技術(shù)111

7.3.1 精密、可靠的光束控制技術(shù)111

7.3.2 高靈敏度和高抗干擾性的光信號接收技術(shù)112

7.3.3 快速、精確的apt技術(shù)112

7.3.4 大氣信道的研究112

7.3.5 調(diào)制和編、解碼方式研究112

7.4 發(fā)展趨勢113

第8章 空間光通信系統(tǒng)的功率預(yù)算114

8.1 簡化的功率預(yù)算公式114

8.2 星際空間光通信系統(tǒng)的功率預(yù)算114

8.2.1 高斯光束115

8.2.2 光束抖動115

8.2.3 功率預(yù)算116

8.3 地面水平空間光通信系統(tǒng)的功率預(yù)算118

8.3.1 大氣衰減119

8.3.2 大氣湍流124

8.3.3 湍流大氣中的光強(qiáng)閃爍126

8.3.4 湍流大氣中的光束漂移127

8.3.5 湍流大氣中的光束擴(kuò)展128

8.3.6 功率預(yù)算129

8.4 斜程空間光通信系統(tǒng)的功率預(yù)算133

8.5 空間光通信系統(tǒng)的信噪比與誤碼率136

8.5.1 信噪比137

8.5.2 誤碼率139

第9章 空間光通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)143

9.1 光源143

9.1.1 半導(dǎo)體激光器143

9.1.2 主振功放145

9.1.3 光纖激光器146

9.1.4 nd:yag激光器147

9.2 探測器147

9.3 光學(xué)天線149

9.3.1 離軸式牛頓望遠(yuǎn)系統(tǒng)149

9.3.2 卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)150

9.3.3 離軸式格里高利望遠(yuǎn)系統(tǒng)150

9.3.4 附加透鏡式卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)150

9.3.5 附加施密特校正板式卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)151

9.3.6 馬克斯托夫-卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)151

9.4 apt系統(tǒng)152

9.4.1 捕獲系統(tǒng)153

9.4.2 跟蹤系統(tǒng)155

9.5 光信號調(diào)制原理與技術(shù)159

9.5.1 開關(guān)鍵控調(diào)制160

9.5.2 脈沖位置調(diào)制160

9.5.3 數(shù)字脈沖間隔調(diào)制161

9.5.4 幾種調(diào)制方式的性能比較162

第10章 地面水平空間光通信系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)164

10.1 主要技術(shù)指標(biāo)與器件164

10.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)165

10.3 激光器驅(qū)動電路167

10.3.1 直接光強(qiáng)度調(diào)制167

10.3.2 激光器驅(qū)動電路設(shè)計(jì)168

10.3.3 驅(qū)動電路外圍電路設(shè)計(jì)及取值169

10.3.4 電路設(shè)計(jì)中需要注意的若干問題170

10.3.5 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果及分析171

10.4 光接收電路172

10.4.1 前置放大器173

10.4.2 限幅放大器174

10.4.3 接收電路設(shè)計(jì)176

10.4.4 電路設(shè)計(jì)中需要注意的若干問題176

10.4.5 實(shí)驗(yàn)測試177

10.5 以太網(wǎng)接口模塊178

10.5.1 媒體轉(zhuǎn)換器ip113的內(nèi)部結(jié)構(gòu)178

10.5.2 ip113外圍電路設(shè)計(jì)180

10.5.3 實(shí)驗(yàn)測試182

10.6 光學(xué)天線183

10.6.1 光學(xué)天線的結(jié)構(gòu)183

10.6.2 天線效率以及準(zhǔn)直發(fā)散角的實(shí)驗(yàn)測試184

10.7 空間光通信鏈路功率預(yù)算185

10.8 空間光通信系統(tǒng)測試185

10.8.1 基于視頻處理的空間光通信186

10.8.2 基于以太網(wǎng)傳輸?shù)目臻g光通信187

第11章 空間光通信的保密性能190

11.1 概述190

11.2 空間光通信信號被截獲的可能性190

11.2.1 在信道外截獲散射光信號的理論模型190

11.2.2 散射區(qū)域的限制條件194

11.2.3 計(jì)算實(shí)例196

第12章 空間光通信系統(tǒng)中脈沖展寬問題的研究199

12.1 概述199

12.2 大氣色散199

12.2.1 大氣色散對單縱模激光器產(chǎn)生的光脈沖的影響200

12.2.2 大氣色散對多縱模激光器產(chǎn)生的光脈沖的影響202

12.3 大氣擾動的影響205

12.4 光學(xué)系統(tǒng)的影響206

12.5 采用低精度大口徑非成像光學(xué)元件的研究209

12.5.1 采用大口徑光學(xué)接收天線的原因209

12.5.2 幾種典型非成像光學(xué)元件的仿真計(jì)算210

參考文獻(xiàn)216

作者: 王佳

叢書名: 信號與信息處理技術(shù)叢書

出版社:電子工業(yè)出版社

ISBN:9787121194610

上架時(shí)間:2013-3-11

出版日期:2013 年2月

開本:16開

頁碼:216

版次:1-1

所屬分類:通信 > 光通信與傳輸

《信號與信息處理技術(shù)叢書:光纖通信與空間光通信技術(shù)》可作為電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程專業(yè)本科生及相關(guān)專業(yè)的高年級學(xué)生使用，也可作為通信技術(shù)人員的參考書。

本書結(jié)合光纖通信技術(shù)和空間光通信技術(shù)目前的發(fā)展動態(tài)，全面介紹了以光為載波的通信系統(tǒng)的基本概念、原理、技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，上篇主要內(nèi)容包括:光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及組成;光源器件的結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理、調(diào)制原理及編碼技術(shù);光檢測器件的結(jié)構(gòu)和原理，光接收機(jī)的相關(guān)理論;光纖的傳輸原理和特性，光纖的非線性效應(yīng);光無源器件和光放大器的原理與應(yīng)用;光纖通信系統(tǒng)性能指標(biāo)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。下篇主要內(nèi)容包括:空間光通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù);空間光通信系統(tǒng)的功率預(yù)算;各部分的方案設(shè)計(jì);地面水平空間光通信系統(tǒng)的樣機(jī)設(shè)計(jì);空間光通信系統(tǒng)保密性能的研究及光脈沖展寬問題的研究。

美國是世界上開展空間光通信最早的國家,主要研究部門是美國宇航局(NASA)和美國空軍。美國宇航局選擇噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JetPulsionLab-JPL)進(jìn)行衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的研制,1995年完成了激光通信演示系統(tǒng)(LaserCommunicationDemonstrationSystems-LCDS),數(shù)據(jù)率為750Mbps。

該室目前正在進(jìn)行激光通信演示系統(tǒng)(OpticalCommunicationdemonstration-OCD)研究,主要進(jìn)行航天飛機(jī)與地面間通信鏈路的性能演示,傳輸速率為100Mbps。在工業(yè)界的資助下,JPL還正在開發(fā)500Mbps激光通信設(shè)備,已完成分析和設(shè)計(jì)工作,一些關(guān)鍵子系統(tǒng)也已研制成功,并正在進(jìn)行子系統(tǒng)的工程組裝工作。JPL目前還正在研制高功率(315W)Nd-YAG激光器、窄帶激光濾波器及地面和空間的激光衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)絡(luò)。

此外,美國宇航局還支持JPL進(jìn)行其他衛(wèi)星通信計(jì)劃,如實(shí)現(xiàn)圖像功能的窄帶激光濾波器以及地面和空間的激光衛(wèi)星通信跟蹤網(wǎng)絡(luò)。 美國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈防御組織(BMDO)也正在積極進(jìn)行空間激光通信的研制開發(fā)工作,該工程由空軍提供主要經(jīng)費(fèi),由MIT林肯實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的研究?，F(xiàn)已研制出激光通信終端設(shè)備,并進(jìn)行了作用距離42km、信息率1Gbps、誤碼率Pe為10-6的全天候跟瞄實(shí)驗(yàn)。

林肯實(shí)驗(yàn)室還研制出了窄帶并且具有空間搜索和跟蹤功能、達(dá)到量子限的收發(fā)光端機(jī),該端機(jī)采用單模光纖進(jìn)行內(nèi)部連接。新近又研制出藍(lán)綠光接收系統(tǒng)的快速原子諧振濾波器,相關(guān)合成技術(shù)的光多孔排列裝置,寬角多址系統(tǒng)的碼分多址技術(shù),高功率(315W)半導(dǎo)體激光功率放大器,1~2Gbps高速編碼芯片,摻鉺光纖功放/發(fā)信機(jī),10Gbps高速調(diào)制器和具有近量子