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第1章 概述1

1.1 光纤通信技术发展1

1.1.1 光纤通信史回顾1

1.1.2 电缆网络的缺点2

1.1.3 三种基本的光纤通信系统4

1.1.4 光纤接入网技术介绍5

1.1.5 三代网络技术比较6

1.1.6 光传送网的关键技术8

1.1.7 通信网络的分层结构10

1.2 光波基础12

1.2.1 光的本质12

1.2.2 均匀介质中的光波13

1.2.3 相速度和折射率17

1.2.4 群速度和群折射率18

1.3 光与介质的相互作用20

1.3.1 斯奈尔定律和全反射20

1.3.2 菲涅耳方程22

1.3.3 光多次干涉和谐振28

1.3.4 古斯-汉森相移和光学隧道效率32

1.3.5 相干33

1.3.6 衍射35

1.3.7 偏振39

1.3.8 双折射--光在各向异性介质中的传输41

1.3.9 非线性光学效应45

1.4.1 波导条件46

1.4 平面介质波导46

1.4.2 单模和多模波导48

习题48

第2章 光纤和光缆52

2.1 光纤结构和类型52

2.1.1 多模光纤53

2.1.2 单模光纤56

2.2 光纤传输原理56

2.2.1 传输条件57

2.2.2 光纤模式58

2.2.3 单模光纤的基本特性65

2.3 光纤传输特性68

2.3.1 衰减68

2.3.2 色散70

2.3.3 比特速率78

2.3.4 带宽80

2.3.5 非线性光学效应85

2.4 单模光纤的进展和应用88

2.4.1 G.652标准单模光纤89

2.4.2 G.653色散移位光纤89

2.4.3 G.654衰减最小光纤89

2.4.4 G.655非零色散光纤89

2.4.5 全波光纤90

2.4.6 色散补偿光纤91

2.5 光纤的选择93

2.6.1 对光缆的基本要求95

2.6 光缆95

2.6.2 光缆结构和类型97

2.6.3 海底光缆99

习题102

第3章 光纤通信器件104

3.1 连接器104

3.1.1 连接损耗105

3.1.2 活动连接器结构和特性105

3.1.3 接头107

3.1.4 连接方法的比较108

3.2 耦合器109

3.3 可调谐光滤波器111

3.3.1 法布里-珀罗滤波器112

3.3.2 马赫-曾德尔滤波器116

3.3.3 光栅滤波器118

3.3.4 光纤环路谐振带通滤波器122

3.3.5 调谐滤波器的性能比较122

3.4.1 棱镜解复用器123

3.4 波分复用/解复用器123

3.4.2 光栅解复用器124

3.4.3 介质薄膜干涉滤波器解复用器127

3.4.4 熔拉双锥耦合波分复用器129

3.5 调制器130

3.5.1 电光调制器131

3.5.2 声光调制器137

3.5.3 电吸收波导调制器139

3.6 光开关140

3.6.1 机械光开关141

3.6.2 波导光开关143

3.7 光环行器147

3.8 光隔离器148

3.9 分插复用器150

3.10 波长转换器151

3.11 交叉连接器152

习题153

4.1 概述154

第4章 光源和光发射机154

4.2 发光机理155

4.2.1 发光机理155

4.2.2 受激发射条件158

4.2.3 光增益160

4.2.4 激光器起振的阈值条件162

4.2.5 激光器起振的相位条件164

4.3 器件结构166

4.3.1 异质结半导体激光器166

4.3.2 量子限制激光器167

4.3.3 分布反馈激光器169

4.4 波长可调谐半导体激光器172

4.5 垂直腔表面发射激光器177

4.6 半导体激光器的特性178

4.6.1 半导体激光器的基本特性178

4.6.2 模式特性183

4.6.3 调制响应184

4.6.4 半导体激光器噪声187

4.7 光发射机设计189

4.7.1 驱动电路190

4.7.2 可靠性193

4.8 光频稳定及其控制193

4.9 对激光器的保护195

4.9.2 激光器过流保护196

4.9.3 反向冲击电流保护196

4.9.1 光源慢启动保护196

4.9.4 焊接和静电保护197

4.10 光纤激光器197

4.10.1 掺铒光纤激光器197

4.10.2 光纤光栅分布反馈式(DFB)激光器199

习题199

第5章 光探测及光接收机201

5.1 光探测原理201

5.2.1 PIN光电二极管203

5.2 光电二极管203

5.2.2 雪崩光电二极管205

5.2.3 响应带宽207

5.2.4 新型APD结构209

5.2.5 MSM光电探测器212

5.3 数字光接收机212

5.3.1 前置放大器213

5.3.2 线性通道214

5.3.3 数据恢复215

5.4 接收机信噪比(SNR)216

5.4.1 噪声机理216

5.4.2 PIN光接收机217

5.4.3 APD接收机218

5.5 接收机误码率和灵敏度222

5.5.1 比特误码率222

5.5.2 最小平均接收光功率225

5.5.3 光电探测器的量子限制227

5.6 灵敏度下降机理229

5.7 光接收机的性能231

5.8 相干检测231

5.8.1 基本概念232

5.8.2 信噪比(SNR)234

5.8.3 解调方式235

习题237

第6章 调制、编码和复用239

6.1 概述239

6.1.1 调制239

6.1.2 编码241

6.1.3 复用243

6.2 副载波调制245

6.2.1 模拟剧载波调制245

6.2.2 数字副载波调制248

6.3.1 模拟强度光调制251

6.3 光调制251

6.3.2 数字强度光调制252

6.3.3 相干系统光调制253

6.4 脉冲编码调制256

6.4.1 取样、量化和编码257

6.4.2 线性编码PCM260

6.4.3 压缩和扩张261

6.4.4 差分PCM和增量调制262

6.5.1 工作原理263

6.5 频分复用263

6.5.2 FDM对传输带宽的要求265

6.5.3 FDM系统功率代价265

6.5.4 互调产物(IMP)266

6.5.5 载频间距269

6.6 微波副载波复用(SCM)270

6.6.1 副载波复用的特点271

6.6.2 模拟SCM光波系统272

6.7.1 时分复用工作原理276

6.7 时分复用(TDM)276

6.7.2 时分复用传输帧效率279

6.7.3 TDM应用280

6.8 光复用技术280

6.8.1 波分复用281

6.8.2 光时分复用技术282

6.8.3 光码分复用285

习题288

7.1 一般概念290

第7章 光放大器290

7.1.1 增益频谱和带宽291

7.1.2 增益饱和292

7.1.3 放大器噪声293

7.1.4 光放大器应用295

7.2 半导体光放大器296

7.2.1 放大器设计296

7.2.2 行波光放大器特性299

7.2.3 半导体光放大器的应用302

7.3 光纤拉曼放大器303

7.3.1 分布式拉曼放大器的工作原理和特性304

7.3.2 拉曼放大器对系统性能的影响309

7.3.3 拉曼放大技术应用310

7.4 光纤布里渊放大器312

7.5 掺铒光纤放大器313

7.5.1 掺铒光纤结构313

7.5.2 工作原理及其特性315

7.5.3 掺铒光纤放大器的优点321

7.5.4 EDFA的应用322

7.5.5 实用EDFA构成323

7.5.6 掺镨光纤放大器324

7.6 光放大器系统应用324

7.6.1 前置放大器325

7.6.2 放大器级联327

习题331

8.1.1 系统结构332

第8章 系统设计332

8.1 系统结构和限制332

8.1.2 损耗限制系统337

8.1.3 色散限制系统337

8.2 功率预算339

8.2.1 陆地系统功率预算339

8.2.2 海底光缆系统功率预算340

8.3 功率代价因素344

8.3.1 光纤模式噪声345

8.3.2 色散引起的脉冲展宽346

8.3.3 激光器模式分配噪声347

8.3.4 LD的频率啁啾350

8.3.5 反射噪声352

8.4 带宽设计355

8.5 单信道光纤通信系统设计357

8.5.1 模拟系统设计358

8.5.2 数字系统设计361

8.6.1 中心频率和信道间隔364

8.6 DWDM系统工程设计364

8.6.2 线性串话365

8.6.3 非线性串话367

8.6.4 光放大器系统设计371

8.6.5 光功率预算374

8.6.6 网络管理375

8.6.7 网络保护和生存对策376

8.6.8 网络互联377

8.6.9 DWDM网络信道数计算377

习题377

第9章 色散限制、补偿和管理380

9.1 色散引起脉冲展宽381

9.1.1 基本传输方程381

9.1.2 高斯脉冲输入382

9.2 色散对系统性能的限制385

9.2.1 对系统比特速率的限制385

9.2.2 对系统传输距离的限制387

9.3 后补偿技术389

9.4 前补偿技术389

9.4.1 预啁啾补偿389

9.4.2 FSK调制补偿391

9.4.3 双二进制编码391

9.4.4 半导体光放大器产生啁啾补偿392

9.4.5 光纤引入啁啾392

9.5 负色散DCF补偿393

9.6 光滤波器补偿395

9.6.1 法布里-珀罗干涉滤波器396

9.6.2 马赫-曾德尔干涉滤波器396

9.6.3 光纤光栅滤波器397

9.7 相位共轭补偿401

9.8 镜像相位阵列补偿402

9.9 宽带系统色散补偿404

9.9.1 光时分复用系统色散补偿404

9.9.2 波分复用系统色散补偿405

9.10 色散管理408

9.10.1 长距离系统色散管理408

9.10.2 动态色散管理409

习题410

附录412

附录A 习题答案412

附录B 电磁波频率与波长的换算414

附录C2 dB值和功率比(dB=10log10(P2lP1))415

附录C1 dBm与mW换算表415

附录C3 百分损耗(%)与分贝(dB)损耗换算表416

附录D PDH与SDH速率等级416

附录E △λ和△V的关系417

附录F 物理常数418

附录G ITU-T关于WDM系统波长安排418

附录H 名词术语索引420

附录I 例题目录439

参考文献441