光纤通信技术

前言

第1章 光纤通信概述

1.1 光纤通信技术发展

1.1.1 光通信发展史

1.1.2 光纤通信的优点

1.1.3 光纤通信系统的组成

1.2 光波基础

1.2.1 光的本质——波动性和粒子性

1.2.2 均匀介质中的光波——光是电磁波

1.3 光的传播特性

1.3.1 光的反射、折射和全反射——光纤波导传输光的基础

1.3.2 光的干涉和衍射——激光器和滤波器

1.3.3 光的偏振

1.3.4 光的双折射

1.4 平板介质波导

1.4.1 光波在波导中传输的条件——全反射和相长干涉

1.4.2 单模和多模波导——V参数

1.4.3 TE模、TM模和HE模

1.5 复习思考题

1.6 习题

第2章 光纤和光缆

2.1 光纤的结构和类型

2.1.1 多模光纤

2.1.2 单模光纤

2.1.3 光纤制造工艺

2.2 光纤传输原理

2.2.1 光线理论分析传输条件——全反射和相干

2.2.2 光线理论/导波理论分析光纤模式

2.2.3 单模光纤的基本特性

2.3 光纤传输特性

2.3.1 衰减

2.3.2 色散

2.3.3 光纤比特率

2.3.4 光纤带宽

2.3.5 非线性光学效应

2.4 单模光纤的进展和应用

2.4.1 G.6 52标准单模光纤

2.4.2 G.6 53色散移位光纤

2.4.3 G.6 54衰减最小光纤

2.4.4 G.6 55非零色散光纤

2.4.5 G.6 56宽带全波光纤

2.4.6 G.6 57接入网用光纤

2.4.7 色散补偿光纤

2.5 光纤的选择

2.6 光缆

2.6.1 对光缆的基本要求

2.6.2 光缆的结构和类型

复习思考题

习题

第3章 光纤通信无源器件

3.1 连接器

3.1.1 活动连接器结构和特性

3.1.2 连接损耗

3.1.3 接头

3.2 耦合器

3.2.1 方向耦合器

3.2.2 熔拉双锥星形耦合器

3.2.3 阵列波导光栅星形耦合器

3.2.4 单纤双向光耦合器

3.3 可调谐光滤波器

3.3.1 法布里-珀罗滤波器

3.3.2 马赫-曾德尔滤波器

3.3.3 布拉格光栅滤波器

3.3.4 阵列波导光栅滤波器

3.4 波分复用/解复用器

3.4.1 棱镜复用/解复用器

3.4.2 衍射光栅解复用器

3.4.3 阵列波导光栅复用/解复用器

3.4.4 马赫-曾德尔干涉滤波复用/解复用器

3.4.5 介质薄膜干涉滤波解复用器

3.5 调制器

3.5.1 电光调制器

3.5.2 电吸收波导调制器

3.6 光开关

3.6.1 微机电系统光开关

3.6.2 电光开关

3.6.3 热光开关

3.7 光隔离器

3.7.1 法拉第磁光效应

3.7.2 磁光块状光隔离器

3.7.3 磁光波导光隔离器

3.8 光环行器

3.9 光分插复用器

3.9.1 一般概念

3.9.2 阵列波导光栅光分插复用器

3.9.3 可重构光分插复用器

3.9.4 波长选择交换可重构光分插复用器

3.1 0波长转换器

3.1 1双折射器件

3.1 1.1 相位延迟片和相位补偿器

3.1 1.2 起偏器、检偏器和马吕斯定律

3.1 1.3 尼科尔棱镜——一种起偏器

3.1 1.4 渥拉斯顿棱镜——一种偏振分束器

3.1 1.5 偏振控制器

3.1 2复习思考题

3.1 3习题

第4章 光源和光发射机

4.1 概述

4.2 发光机理

4.2.1 发光机理概述

4.2.2 激光器起振的阈值条件

4.2.3 激光器起振的相位条件

4.3 半导体激光器结构

4.3.1 异质结半导体激光器

4.3.2 量子限制激光器

4.3.3 分布反馈激光器

4.4 波长可调半导体激光器

4.4.1 耦合腔波长可调半导体激光器

4.4.2 衍射光栅波长可调激光器

4.4.3 阵列波导光栅波长可调激光器

4.5 垂直腔表面发射激光器

4.6 半导体激光器的特性

4.6.1 半导体激光器的基本特性

4.6.2 模式特性

4.6.3 调制响应

4.6.4 半导体激光器噪声

4.7 高速光发射机

4.8 复习思考题

4.9 习题

第5章 光探测和光接收机

5.1 光探测原理

5.1.1 响应度和量子效率

5.1.2 响应带宽

5.2 光探测器

5.2.1 PIN光敏二极管

5.2.2 雪崩光敏二极管

5.2.3 金属-半导体-金属光探测器

5.2.4 单行载流子光探测器

5.2.5 波导光探测器

5.2.6 行波光探测器

5.3 数字光接收机的构成

5.3.1 光电转换和前置放大器

5.3.2 线性放大器

5.3.3 数据恢复

5.4 接收机信噪比

5.4.1 噪声机理

5.4.2 PIN光接收机的信噪比

5.4.3 APD接收机的信噪比

5.4.4 光信噪比和信噪比的关系

5.5 接收机误码率和灵敏度

5.5.1 比特误码率

5.5.2 最小平均接收光功率

5.5.3 灵敏度下降机理

5.6 光接收机

5.6.1 光接收机性能

5.6.2 电子载流子光接收机

5.6.3 阵列波导光栅多信道光接收机

5.6.4 107Gbit/sWG-PIN行波放大光接收机

5.7 复习思考题

5.8 习题

第6章 光放大器

6.1 光放大器基础

6.1.1 增益频谱和带宽

6.1.2 增益饱和

6.1.3 光放大器噪声

6.1.4 光放大器应用

6.2 半导体光放大器

6.2.1 半导体光放大器设计

6.2.2 半导体光放大器特性

6.2.3 半导体光放大器的应用

6.3 掺铒光纤放大器

6.3.1 掺铒光纤结构和掺铒光纤放大器的构成

6.3.2 掺饵光纤放大器的工作原理及其特性

6.3.3 掺铒光纤放大器的优点

6.3.4 掺饵光纤放大器的应用

6.3.5 掺饵光纤放大器在系统中的级联

6.4 光纤拉曼放大器

6.4.1 分布式光纤拉曼放大器的工作原理

6.4.2 拉曼增益和带宽

6.4.3 多波长泵浦增益带宽

6.4.4 光纤拉曼放大技术的应用

6.5 复习思考题

6.6 习题

第7章 光纤传输系统

7.1 光纤通信系统基础

7.1.1 脉冲编码——将模拟信号变为数字信号

7.1.2 信道编码——减少误码方便时钟提取

7.1.3 信道复用——提高信道容量，充分利用光纤带宽

7.1.4 光调制——让光携带声音和数字信号

7.2 电复用光纤传输系统

7.2.1 频分复用光纤传输系统

7.2.2 微波副载波复用光纤传输系统

7.2.3 光纤/电缆混合网——典型的FDM光纤通信系统

7.2.4 SDH光纤传输系统——典型的TDM光纤通信系统

7.3 光复用光纤传输系统

7.3.1 波分复用光纤传输系统

7.3.2 光时分复用光纤传输系统

7.3.3 光码分复用光纤传输系统

7.4 相干光波通信系统

7.4.1 相干检测原理

7.4.2 相干解调方式

7.4.3 相干系统光调制

7.4.4 相干系统接收

7.4.5 相干实验系统

7.5 光孤子通信实验系统

7.5.1 基本概念

7.5.2 光孤子通信实验系统

7.6 高速光纤传输系统

7.6.1 先进光调制制式

7.6.2 超强FEC纠错

7.6.3 高速光纤传输系统

7.7 光纤传输系统色散补偿和管理

7.7.1 负色散光纤补偿

7.7.2 光滤波器补偿

7.7.3 啁啾光纤色散补偿

7.7.4 电子色散补偿

7.7.5 波分复用系统色散补偿

7.7.6 色散管理

7.8 复习思考题

7.9 习题

第8章 光纤传输系统设计

8.1 系统设计的总体原则

8.1.1 系统结构

8.1.2 光纤损耗限制系统

8.1.3 光纤色散限制系统

8.2 功率预算

8.2.1 陆地系统功率预算

8.2.2 海底光缆系统功率预算

8.2.3 功率代价因素

8.3 带宽设计

8.4 单信道光纤通信系统设计

8.4.1 模拟系统设计

8.4.2 数字系统设计

8.5 DWDM系统工程设计

8.5.1 中心频率、信道间隔和带宽

8.5.2 光收发模块和复用/解复用器规范

8.5.3 光放大器系统设计

8.5.4 光功率预算及其代价

8.5.5 网络管理

8.5.6 网络保护、生存和互连

8.6 复习思考题

8.7 习题

第9章 无源光网络接入技术

9.1 接入网在网络建设中的作用及发展趋势

9.1.1 接入网在网络建设中的作用

9.1.2 光接入网技术演进

9.1.3 三网融合——接入网的发展趋势

9.2 网络结构

9.2.1 网络结构

9.2.2 光线路终端

9.2.3 光网络单元

9.2.4 光分配网络

9.3 无源光网络基础

9.3.1 分光比

9.3.2 结构和要求

9.3.3 下行复用技术

9.3.4 上行接入技术

9.3.5 安全性和私密性

9.4 PON接入系统

9.4.1 EPON系统

9.4.2 GPON系统

9.4.3 WDMPON系统

9.4.4 WDM/TDM混合无源光网络

9.4.5 WDMPON与PSPON的技术比较

9.5 复习思考题

9.6 习题

第10章 光纤通信仪器及指标测试

10.1 光纤通信测量仪器

10.1.1 光功率计

10.1.2 光纤熔接机

10.1.3 光时域反射仪

10.1.4 误码测试仪

10.1.5 PCM综合测试仪

10.1.6 SDH测试仪

10.1.7 光谱分析仪

10.1.8 多波长光源

10.1.9 光衰减器

10.1.1 0综合测试仪

10.2 光纤传输特性测量

10.2.1 损耗测量

10.2.2 带宽测量

10.2.3 色散测量

10.2.4 偏振模色散测量

10.3 光器件参数测量

10.3.1 光源参数测量

10.3.2 探测器参数测量

10.3.3 无源光器件参数测量

10.4 光纤通信系统的指标测试

10.4.1 平均发射光功率和消光比测试

10.4.2 光接收机灵敏度和动态范围测试

10.4.3 光纤通信系统误码性能测试

10.5 复习思考题

附录

附录A电磁波频率与波长的换算

附录BdBm与mW、μW的换算

附录CdB值和功率比

附录D百分损耗与分贝损耗的换算

附录EPDH与SDH速率等级

附录FWDM信道Δλ和Δv的关系

附录G物理常数

附录H系统设计参数

附录I名词术语索引

参考文献

《光纤通信技术》是在作者编著的《光纤通信》（第3版）和《宽带光接入技术》的基础上，根据读者的需要和光纤通信技术的最新研究进展，删繁就简、归纳合并，重新编写而成。全书共分10章，第1章讲解了光纤通信的发展史和基础知识，包括光的传播特性和平板介质波导；第2～6章介绍了光纤光缆、光无源/有源器件、光接收/发射和放大；第7、8章阐述了调制/编码、复用/解复用，光纤传输系统及其系统设计；第9章介绍了无源光网络接入技术；第10章简述了常用的光纤通信测量仪器，以及光纤特性、通信器件和系统指标的测试技术。《光纤通信技术》作为有志于从事光纤通信器件制造和系统研发工作的读者的入门读物和普及教材，不仅在行文表述中力求做到概念清晰、文字通俗，而且还针对电子教学和培训的需要，为读者提供两项服务：一是免费提供全套电子教学课件（PowerPoint文件），覆盖各章主要文字内容和全部插图；二是为每章设计了相应的复习思考题和习题，并对填写了“教师情况调查表”的注册教师用户免费提供全部复习思考题和习题的详细题解。《光纤通信技术》既可作为各类大专院校相关专业的教材，也可供相关企事业单位员工进阶培训使用，还对从事光纤通信系统和网络的研究教学、规划设计、管理和维护的有关人员有一定的参考价值。

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