光纤通信

第1章 光纤通信概述

1.1 光通信的发展动因

1.1.1 光网络的发展历程

1.1.2 光纤的优势

1.2 光谱带

1.2.1 电磁能量

1.2.2 低损耗窗口和频段

1.3 分贝单位

1.4 网络信息速率

1.4.1 电信信号的复用

1.4.2 SONET/SDH复用体系

1.5 波分复用概念

1.6 光纤通信系统的关键单元

1.7 光纤通信标准

1.8 建模与仿真工具

1.8.1 仿真工具的特征

1.8.2 编程语言

1.8.3 适于学生使用的程序举例

习题

参考文献

第2章 光纤：结构、导波原理及制造

2.1 光的特性

2.1.1 线偏振

2.1.2 椭圆偏振和圆偏振

2.1.3 光的量子特性

2.2 基本的光学定律和定义

2.2.1 折射率

2.2.2 反射和衍射

2.2.3 光偏振器件

2.2.4 偏振敏感材料

2.3 光纤模式及结构

2.3.1 光纤分类

2.3.2 射线和模式化

2.3.3 阶跃折射率光纤结构

2.3.4 射线光学表述

2.3.5 介质平板波导中的波动表述

2.4 圆波导的模式理论

2.4.1 模式概述

2.4.2 关键的模式概念汇总

2.4.3 麦克斯韦方程组*

2.4.4 波导方程*

2.4.5 阶跃折射率光纤中的波方程*

2.4.6 模式方程*

2.4.7 阶跃折射率光纤中的模式*

2.4.8 线偏振模*

2.4.9 阶跃折射率光纤中的功率流*

2.5 单模光纤

2.5.1 结构

2.5.2 模场直径

2.5.3 单模光纤中的传播模

2.6 渐变折射率光纤结构

2.7 光纤材料

2.7.1 玻璃光纤

2.7.2 有源玻璃光纤

2.7.3 塑料光纤

2.8 光子晶体光纤

2.8.1 折射率导引PCF

2.8.2 光子带隙光纤

2.9 光纤的制造

2.9.1 外部气相氧化法

2.9.2 气相轴向沉积法

2.9.3 改进的化学气相沉积法

2.9.4 等离子催化化学气相沉积法

2.9.5 光子晶体光纤的制备

2.10 光纤的机械性能

2.11 光缆

2.11.1 光缆结构

2.11.2 室内光缆设计

2.11.3 户外光缆

2.12 光缆铺设方法

2.12.1 直埋铺设

2.12.2 管道中的光缆拖曳

2.12.3 光缆喷射铺设

2.12.4 陆地铺设

2.12.5 水下铺设

2.12.6 行业铺设标准

习题

参考文献

第3章 损耗和色散

3.1 损耗

3.1.1 损耗单位

3.1.2 吸收

3.1.3 散射损耗

3.1.4 弯曲损耗

3.1.5 纤芯和包层损耗

3.2 光纤中的信号畸变

3.2.1 色散综述

3.2.2 模式延迟

3.2.3 色散因素

3.2.4 群延迟

3.2.5 材料色散

3.2.6 波导色散

3.2.7 单模光纤的色散

3.2.8 偏振模色散

3.3 单模光纤性能

3.3.1 折射率剖面

3.3.2 截止波长

3.3.3 色散计算

3.3.4 模场直径

3.3.5 弯曲损耗

3.4 国际标准

3.4.1 G.651.1建议

3.4.2 G.652建议

3.4.3 G.653建议

3.4.4 G.654建议

3.4.5 G.655建议

3.4.6 G.656建议

3.4.7 G.657建议

3.5 特殊光纤

习题

参考文献

第4章 光源

4.1 半导体物理专题

4.1.1 能带

4.1.2 本征材料和非本征材料

4.1.3 pn结

4.1.4 直接带隙和间接带隙

4.1.5 半导体器件制作

4.2 发光二极管（LED）

4.2.1 LED的结构

4.2.2 光源材料

4.2.3 量子效率和LED发射功率

4.2.4 LED的调制特性

4.3 半导体激光器

4.3.1 半导体激光器的模式和阈值条件

4.3.2 半导体激光器的速率方程

4.3.3 外量子效率

4.3.4 谐振频率

4.3.5 半导体激光器结构和辐射方向图

4.3.6 单模激光器

4.3.7 半导体激光器的调制特性

4.3.8 激光器线宽

4.3.9 外调制

4.3.10 温度影响

4.4 线路编码

4.4.1 非归零和归零信号格式

4.4.2 分组码

4.5 光源的线性特性

4.6 可靠性考虑

4.7 单片封装光发送机

习题

参考文献

第5章 光功率发射和耦合

5.1 光源至光纤的功率发射

5.1.1 光源的输出方向图

5.1.2 功率耦合计算

5.1.3 发射功率与波长的关系

5.1.4 稳态数值孔径

5.2 改善耦合的透镜结构

5.2.1 非成像微球

5.2.2 半导体激光器与光纤的耦合

5.3 光纤与光纤的连接

5.3.1 机械对准误差

5.3.2 光纤相关损耗

5.3.3 光纤端面制备

5.4 LED与单模光纤的耦合

5.5 光纤接头

5.5.1 连接方法

5.5.2 单模光纤的连接

5.6 光纤连接器

5.6.1 连接器的类型

5.6.2 单模光纤连接器

5.6.3 连接器回波衰减

习题

参考文献

第6章 光检测器

6.1 光电二极管的物理原理

6.1.1 pin光电二极管

6.1.2 雪崩光电二极管

6.2 光检测器噪声

6.2.1 噪声源

6.2.2 信噪比

6.2.3 噪声等效功率

6.3 检测器响应时间

6.3.1 耗尽层光电流

6.3.2 响应时间

6.3.3 双异质结光电二极管

6.4 雪崩倍增噪声

6.5 InGaAs APD结构

6.6 温度对雪崩增益的影响

6.7 光检测器比较

习题

参考文献

第7章 光接收机

7.1 接收机工作的基本原理

7.1.1 数字信号传输

7.1.2 误码源

7.1.3 前端放大器

7.2 数字接收机性能

7.2.1 差错概率

7.2.2 接收机灵敏度

7.2.3 量子极限

7.3 眼图

7.3.1 眼图的特征

7.3.2 BER和Q因子测量

7.4 突发模式接收机

7.5 模拟接收机

习题

参考文献

第8章 数字链路

8.1 点到点链路

8.1.1 系统考虑

8.1.2 链路功率预算

8.1.3 上升时间预算

8.1.4 短波长带

8.1.5 单模光纤的损耗受限距离

8.2 功率代价

8.2.1 色度色散代价

8.2.2 偏振模色散代价

8.2.3 消光比代价

8.2.4 模式色散

8.2.5 模分配噪声

8.2.6 啁啾

8.2.7 反射噪声

8.3 差错控制

8.3.1 误码检测概念

8.3.2 线型误码检测码

8.3.3 多项式码

8.3.4 前向纠错码

8.4 相干检测

8.4.1 基本概念

8.4.2 零差检测

8.4.3 外差检测

8.4.4 BER比较

8.5 差分四相移键控

习题

参考文献

第9章 模拟链路

9.1 模拟链路概述

9.2 载噪比

9.2.1 载波功率

9.2.2 光检测器和前置放大器噪声

9.2.3 相对强度噪声（RIN）

9.2.4 反射对RIN的影响

9.2.5 极限条件

9.3 多信道传输技术

9.3.1 多信道幅度调制

9.3.2 多信道频率调制

9.3.3 副载波复用

9.4 光载射频（ROF）

9.4.1 关键链路参数

9.4.2 无杂散动态范围

9.5 光载射频链路

9.5.1 ROF网络天线基站

9.5.2 多模光纤光载射频链路

9.6 微波光子学

习题

参考文献

第10章 波分复用概念及器件

10.1 WDM概述

10.1.1 WDM的工作原理

10.1.2 WDM标准

10.2 无源光耦合器

10.2.1 2×2光纤耦合器

10.2.2 散射矩阵表示法

10.2.3 2×2波导耦合器

10.2.4 星形耦合器

10.2.5 马赫-曾德尔干涉复用器

10.3 隔离器和环行器

10.3.1 光隔离器

10.3.2 光环形器

10.4 光纤光栅滤波器

10.4.1 光栅基础

10.4.2 光纤布拉格光栅

10.4.3 FBG的应用

10.5 介质薄膜滤波器

10.5.1 法布里-珀罗标准具理论

10.5.2 TFF的应用

10.6 基于相位阵列的WDM器件

10.7 衍射光栅

10.8 有源光器件

10.8.1 MEMS技术

10.8.2 可变光衰减器

10.8.3 可调谐光滤波器

10.8.4 动态增益均衡器

10.8.5 光分插复用器

10.8.6 偏振控制器

10.8.7 色度色散补偿

10.9 可调谐光源

习题

参考文献

第11章 光放大器

11.1光放大器的基本应用和分类

11.1.1 一般应用

11.1.2 放大器的类型

11.2 半导体光放大器

11.2.1 外部泵浦

11.2.2 放大器增益

11.2.3 SOA的带宽

11.3 掺铒光纤放大器

11.3.1 放大机制

11.3.2 EDFA的结构

11.3.3 EDFA的功率转换效率及增益

11.4 放大器噪声

11.5 光信噪比

11.6 系统应用

11.6.1 功率放大器

11.6.2 在线放大器

11.6.3 前置放大器

11.6.4 多信道运用

11.6.5 在线放大器增益控制

11.7 拉曼放大器

11.8 宽带光放大器

习题

参考文献

第12章 非线性效应

12.1 非线性效应概述

12.2 有效传输距离与有效面积

12.3 受激拉曼散射

12.4 受激布里渊散射

12.5 自相位调制

12.6 交叉相位调制

12.7 四波混频

12.8 四波混频的改善

12.9 波长转换器

12.9.1 光门波长转换器

12.9.2 波混频波长转换器

12.10 孤子

12.10.1 孤子脉冲

12.10.2 孤子参数

12.10.3 孤子宽度和间隔

习题

参考文献

第13章 光网络

13.1 网络概念

13.1.1 网络术语

13.1.2 网络分类

13.1.3 网络层

13.1.4 光层

13.2 网络拓扑

13.2.1 无源线形总线的性能

13.2.2 星形结构的性能

13.3 SONET/SDH

13.3.1 传输格式和速率

13.3.2 光接口

13.3.3 SONET/SDH环

13.3.4 SONET/SDH网络

13.4高速光链路

13.4.1 10 Gb/s光链路

13.4.2 40 Gb/s光链路

13.4.3 40 Gb/s和100 Gb/s以太网标准

13.4.4 160 Gb/sOTDM链路

13.5 光分插复用器

13.5.1 OADM的结构

13.5.2 可重构OADM

13.6 光交换

13.6.1 光交叉连接

13.6.2 波长变换

13.6.3 波长路由

13.6.4 光分组交换

13.6.5 光突发交换

13.7 WDM网络实例

13.7.1 宽带长途WDM网络

13.7.2 窄带城域WDM网络

13.8 无源光网络

13.8.1 基本的PON架构

13.8.2 有源PON模块

13.8.3 业务流量

13.8.4 GPON特性

13.8.5 WDM PON架构

13.9 DWDM 直接承载IP

13.10 光以太网

13.10.1 基本的光以太网方案

13.10.2 EPON/GE-PON架构

13.10.3 城域光以太网

13.11 降低传输损伤

13.11.1 色度色散补偿光纤

13.11.2 布拉格光栅色散补偿器

13.11.3 偏振模色散补偿

13.11.4 光放大器增益瞬变

习题

参考文献

第14章 性能测量与监控

14.1 测量标准

14.2 基本测试设备

14.2.1 测试用光源

14.2.2 光谱分析仪

14.2.3 多功能光测试系统

14.2.4 光衰减器

14.2.5 光传送网测试仪

14.2.6 可视故障指示仪

14.3 光功率测量

14.3.1 光功率的定义

14.3.2 光功率计

14.4 光纤特性参数

14.4.1 折射近场法

14.4.2 传输近场法

14.4.3 损耗测量

14.4.4 色散测量

14.5 眼图

14.5.1 模板测试

14.5.2 压缩眼图

14.5.3 眼图轮廓

14.6 光时域反射仪（OTDR）

14.6.1 OTDR 轨迹

14.6.2 损耗测量

14.6.3 OTDR 盲区

14.6.4 光纤故障定位

14.6.5 光回波损耗

14.7 光性能监测

14.7.1 管理构架和功能

14.7.2 光层管理

14.7.3 OPM 功能

14.7.4 网络维护

14.7.5 故障管理

14.7.6 OSNR监视

14.8 光纤系统性能测量

14.8.1 误码率测试

14.8.2 光信噪比评估

14.8.3 Q因子评估

14.8.4 光调制幅度（OMA）测量

14.8.5 定时抖动测量

习题

参考文献

附录A国际单位制

附录B常用数学关系

附录C贝塞尔函数

附录D分贝

附录E缩写

附录F拉丁文符号

附录G希腊文符号

索引

《国外电子与通信教材系列：光纤通信（第4版）（英文版）》系统地介绍了光纤通信的各方面知识。全书共14章，内容涵盖光纤传输原理和传输特性，半导体光源和光检测器的工作原理与工作特性，数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统，光放大器的工作原理和性能，WDM系统原理与器件，光网络与光交换，光纤通信系统的性能测量及管理。与前一版相比，新增了光纤的非线性效应、光子晶体光纤、高速通信中的前向纠错、光载无线通信（ROF）及光缆铺设等新内容。

基于光纤技术的高容量电信网络已成为现代社会不可或氙的部分，其应用范围从简单的网页浏览到远程疾病诊断及云计算。用户希望这些服务始终在线，所以细心的工程考量，从元器件的研发到网络运行都是必不可少的。经过扩充的《国外电子与通信教材系列：光纤通信（第4版）（英文版）》每四版为学习和应用现代光网络技术提供了必备的基本原理。
《国外电子与通信教材系列：光纤通信（第4版）（英文版）》新特点：
关于光纤和光器件的全面论述
波分复用（WDM）原理和器件
数字和模拟光纤传输链路的设计原理
光网络架构及性能参数
新增内容：
新章节：光子晶体光纤、特殊光纤、光缆铺设
拉曼光纤放大器
相干检测、DQPSK、无码检测和纠错
光纤到驻地（FTTP）网络
光载无线电（ROR）技术
网络性能监测
扩展内容：功率代价、10 GB/S 链路、WDM器件、光网络
新的一章：非线性效应