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第1章 概述1

1.1光通信的基本概念1

1.1.1光波在电磁频谱中的位置1

1.1.2激光器产生理想光波2

1.1.3自由空间光通信（FSO）3

1.1.4光纤是理想的光波传输介质4

1.2光纤通信的优点4

1.3光纤通信的系统组成6

1.4光纤通信的回顾与展望7

1.4.1长波长激光器8

1.4.2单模光纤（SMF）8

1.4.3 SDH传输体制8

1.4.4光放大器10

1.4.5 WDM复用技术10

1.4.6全光网络12

1.5光波技术基础13

1.5.1光的波粒二象性13

1.5.2光与物质的相互作用15

1.5.3电介质的极化16

1.5.4光波的传播特性17

习题19

第2章 光纤20

2.1光纤与光缆20

2.1.1光纤的结构20

2.1.2光纤的主要成分21

2.1.3光纤的制造工艺简介21

2.1.4光缆的技术要求22

2.1.5光缆的结构23

2.1.6常用光缆的典型结构23

2.2光纤端面的折射率分布25

2.3光在光纤中的几何传输26

2.3.1反射和折射26

2.3.2全反射定律26

2.4光纤的数值孔径NA27

2.5光的波动性28

2.6光纤介质的特性29

2.7光纤模式30

2.7.1模的概念30

2.7.2多模光纤中的模式数目33

2.7.3单模光纤的传播模34

2.7.4偏振模34

2.8光纤的模式色散34

2.8.1模间时延差34

2.8.2模间色散的减少35

2.8.3多模光纤的最大比特率35

2.9单模光纤的波长色散或色度色散36

2.9.1相速36

2.9.2群速36

2.9.3材料色散37

2.9.4波导色散37

2.9.5色散补偿37

2.10光纤损耗谱的波段划分38

2.10.1损耗系数38

2.10.2光纤可用频谱38

2.11单模光纤39

2.11.1模场直径39

2.11.2单模光纤的分类及折射率剖面39

2.12光纤的非线性效应42

2.12.1自相位调制SPM42

2.12.2四波混频FWM43

2.12.3受激布里渊散射SBS43

2.12.4受激拉曼散射SRS43

2.13光孤子的定性描述44

习题二44

第3章 光源与光检测器46

3.1半导体LD的工作原理47

3.1.1光放大47

3.1.2 F-P腔半导体激光器50

3.2 光源的输出光功率50

3.2.1阈值特性50

3.2.2注入电流（I）与光功率（P）响应特性51

3.3 LD的输出光谱52

3.3.1多纵模LD52

3.3.2单纵模LD53

3.4 LD的调制响应53

3.5 LD的温度特性与自动温度控制（ATC）55

3.6 LD的输出光功率稳定性与自动功率控制（APC）56

3.7 DFB和DBR激光器57

3.8调谐激光器59

3.8.1外腔调谐激光器59

3.8.2双电极半导体激光器59

3.9其他类型的激光器60

3.9.1垂直腔面发光激光器（VCSELs）60

3.9.2锁模激光器60

3.9.3量子阱（QW）激光器62

3.9.4多波长激光器阵列62

3.10激光器组件62

3.11半导体LED63

3.11.1 LED的结构63

3.11.2 LED的特性65

3.12光源与光纤的耦合67

3.13光检测器69

3.13.1波长响应69

3.13.2光电转换效率与响应度70

3.13.3响应速度71

3.13.4噪声71

3.14 PIN72

3.15 APD73

3.15.1 APD的结构73

3.15.2雪崩增益74

习题三75

第4章 无源光器件76

4.1光纤连接器76

4.1.1光纤连接损耗76

4.1.2光纤连接方法77

4.1.3常用的几种连接器79

4.2光纤耦合器80

4.3光开关82

4.3.1光开关的性能参数82

4.3.2主要的几种光开关83

4.4光纤光栅84

4.4.1光纤光栅的结构85

4.4.2布拉格光纤光栅BFG85

4.4.3长周期光纤光栅LFG85

4.5光滤波器86

4.5.1 F-P腔型滤波器86

4.5.2 M-Z干涉滤波器87

4.5.3阵列波导光栅（AWG）88

4.5.4声光可调谐滤波器（AOTF）90

4.5.5光纤光栅滤波器91

4.6 WDM合波／分波器92

4.6.1多层介质薄膜MDTFF92

4.6.2熔锥型93

4.6.3光纤光栅型93

4.7光隔离器与光环形器94

4.8光锁相环与光纤非线性环镜NLOM95

习题四96

第5章 光放大器97

5.1引言97

5.2掺铒光纤放大器EDFA98

5.2.1 EDFA的放大原理98

5.2.2 EDFA的组成结构99

5.2.3 EDFA的增益与带宽100

5.2.4 EDFA的噪声类型101

5.3受激拉曼光纤放大器SRA102

5.3.1 SRA的放大原理102

5.3.2 SRA的性能与应用103

5.4受激布里渊光纤放大器SBA104

5.4.1 SBA的放大原理104

5.4.2 SBA的性能与应用105

5.5其他光纤放大器105

5.6半导体光放大器SOA106

5.6.1 SOA的放大原理106

5.6.2 SOA的性能与应用107

5.7光放大器的应用108

5.8光纤激光器109

5.8.1掺铒光纤激光器109

5.8.2光纤光栅激光器110

5.8.3光纤受激拉曼和受激布里渊激光器110

5.9光波长变换器111

5.9.1半导体光放大器（SOA）中的交叉增益调制（XGM）技术111

5.9.2半导体光放大器中的交叉相位调制（XPM）技术112

5.9.3半导体光放大器中的四波混频（FWM）技术112

习题五113

第6章 光发送机与光接收机114

6.1调制信号的格式114

6.1.1单极性与双极性114

6.1.2归零（RZ）与不归零（NRZ）115

6.1.3扰码116

6.1.4线路码（4B／5B、 8B／10B）116

6.2直接调制IM光发送机116

6.2.1模拟调制与数字调制116

6.2.2光源的驱动电路117

6.3外调制器120

6.3.1电折射调制器120

6.3.2 M-Z型调制器120

6.3.3声光布拉格调制器121

6.3.4电吸收MQW调制器121

6.3.5 ASK／PSK／FSK方式122

6.4光接收机123

6.4.1理想的数字光接收机123

6.4.2实际的光接收机123

6.4.3前置放大器噪声124

6.4.4 APD噪声125

6.4.5光放大器噪声125

6.4.6误码率126

6.5相干接收130

习题六133

第7章 光纤通信系统及设计135

7.1模拟光纤传输系统概述135

7.1.1系统构成135

7.1.2模拟调制技术135

7.1.3主要的噪声和信噪比136

7.2典型的模拟光纤通信系统136

7.2.1基带直接强度调制136

7.2.2多信道传输137

7.2.3 VSB-AM／FM调制多路传输139

7.2.4微波副载波SCM多路传输141

7.3 PCM数字光纤通信系统141

7.3.1系统构成142

7.3.2 PDH光纤通信系统144

7.3.3误码特性和抖动特性146

7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计149

7.4.1总体设计考虑149

7.4.2设计方法151

7.5 WDM＋EDFA数字光纤链路设计156

7.5.1总体设计考虑156

7.5.2波长分配与通道间隔159

7.5.3 WDM系统设计与性能160

习题七163

第8章 SDH与WDM光网络166

8.1 SDH光同步传送网166

8.1.1 SDH的标准光接口166

8.1.2 SDH的速率体系171

8.1.3 SDH的帧结构172

8.1.4 SDH的复用结构与原理174

8.1.5 SDH设备177

8.1.6 SDH的传送网结构与自愈186

8.1.7 SDH的网管功能198

8.2 WDM光网络203

8.2.1光传送网的分层结构203

8.2.2 WDM广播选择网204

8.2.3 WDM波长选路网WRN207

8.2.4 WRN的选路算法209

8.2.5 WDM的网管211

8.3其他类型的光网络213

8.3.1光纤以太网213

8.3.2无源光网络PON217

8.3.3 HFC混合光纤同轴网220

8.3.4光因特网（IP over WDM）222

习题八224

第9章 光纤通信常用仪表及测试227

9.1引言227

9.2光纤特性参数及测量228

9.2.1光纤特性参数228

9.2.2光纤损耗和色散测试228

9.2.3光时域反射仪OTDR234

9.3光端机性能指标的测试235

9.3.1光功率计235

9.3.2光端机的测试236

9.4光纤通信系统性能测试243

9.4.1误码性能及测试243

9.4.2抖动性能及测试244

9.5误码测试仪与SDH传输分析仪248

9.6波长计、光谱分析仪OSA及应用249

9.6.1波长计249

9.6.2光谱分析仪（OSA）及应用250

9.7光衰减器及应用253

9.8网络分析仪及应用254

习题九255

参考文献258