光纤通信技术

目　录

第1章　绪论　1

1.1　光纤通信概述　1

1.1.1　光纤通信的基本概念　1

1.1.2　光纤的发现　1

1.1.3　光纤通信发展历程　2

1.2　光纤通信系统的主要特点　4

1.3　光纤通信系统简介　6

1.4　光纤通信系统的分类　8

1.5　光纤通信系统的应用　9

1.6　光纤通信技术发展现状及展望　9

思考和练习题　15

第2章　光纤光缆技术　17

2.1　光纤的基本概念　17

2.1.1　光纤的结构　17

2.1.2　光纤的分类　19

2.2　光在光纤中的传输原理　20

2.2.1　平面波在两种介质交界面的反射与折射　20

2.2.2　光纤的射线理论分析　23

2.2.3　光纤传输的波动理论　27

2.3　光纤传输特性　38

2.3.1　光纤的损耗特性　38

2.3.2　光纤的色散特性　39

2.3.3　光纤的其他特性　44

2.3.4　光纤的国际标准　47

2.4　光缆　49

2.4.1　光缆结构　49

2.4.2　光缆分类　51

2.4.3　光缆型号和命名　51

思考和练习题　54

第3章　光源与光发射系统　56

3.1　半导体材料中的光电效应　56

3.1.1　能级与能带　56

3.1.2　光与物质的三种作用　58

3.1.3　激光器的一般工作原理　60

3.2　半导体激光器　63

3.2.1　半导体激光器工作原理　63

3.2.2　F-P腔半导体激光器结构和分类　66

3.2.3　半导体激光器特性　68

3.3　半导体发光二极管　70

3.3.1　半导体发光二极管工作原理　70

3.3.2　半导体发光二极管结构和分类　71

3.3.3　半导体发光二极管特性　72

3.4　新型半导体激光器　73

3.4.1　分布反馈式激光器　73

3.4.2　耦合腔半导体激光器　75

3.4.3　量子阱激光器(MQW)　75

3.5　光源的调制　76

3.5.1　光源的直接调制　77

3.5.2　光源的间接调制　84

3.6　光发射机　86

3.6.1　对光发射机的要求　86

3.6.2　光发射机的组成　87

思考和练习题　92

第4章　光探测器与光接收系统　93

4.1　光探测器　93

4.1.1　半导体PN结的光电效应　93

4.1.2　PIN光电二极管　95

4.1.3　雪崩光电二极管(APD)　97

4.2　光接收机　99

4.2.1　光接收机的组成　99

4.2.2　光接收机的噪声　102

4.2.3　光接收机的主要性能指标　106

思考和练习题　110

第5章　光纤通信中的光无源器件　112

5.1　光纤连接器　112

5.1.1　光纤连接器的组成　113

5.1.2　光纤连接器的性能　114

5.1.3　常用的光纤连接器　115

5.2　光纤耦合器　116

5.2.1　光纤耦合器的类型　116

5.2.2　光纤耦合器的结构　117

5.2.3　光纤耦合器的特性参数　119

5.3　光调制器　121

5.3.1　电光效应　121

5.3.2　MZ干涉型光调制器　123

5.4　光开关　124

5.4.1　光开关的分类　124

5.4.2　光开关的特性参数　126

5.5　光纤光栅　127

5.5.1　光纤光栅的分类　128

5.5.2　布拉格光纤光栅　129

5.6　光衰减器　131

5.6.1　光衰减器的分类与工作原理　131

5.6.2　光衰减器的特性参数　132

5.7　光隔离器　133

5.7.1　偏振相关型光隔离器　133

5.7.2　偏振无关型光隔离器　134

5.8　光环行器　135

5.8.1　光环行器的结构　135

5.8.2　光环行器的特性参数　135

思考和练习题　136

第6章　光纤通信中的光放大器　137

6.1　光放大器　137

6.1.1　光放大器的概念　137

6.1.2　光放大器的分类　138

6.1.3　光放大器的主要指标　139

6.2　半导体激光放大器(SOA)　141

6.2.1　SOA的工作原理　141

6.2.2　SOA的特性　142

6.3　掺铒光纤放大器(EDFA)　144

6.3.1　EDFA的工作原理　144

6.3.2　EDFA的结构　146

6.3.3　EDFA的主要指标　147

6.3.4　EDFA的特点　149

6.4　光纤拉曼放大器(FRA)　149

6.4.1　FRA的工作原理　150

6.4.2　FRA的结构和特点　151

6.5　光放大器的应用　153

6.5.1　掺铒光纤放大器EDFA的应用　153

6.5.2　拉曼放大器的应用　153

思考和练习题　155

第7章　光纤通信系统　156

7.1　光纤通信系统的基本概念　156

7.1.1　光纤通信系统的组成　156

7.1.2　光纤通信系统的分类　157

7.2　数字光纤通信系统　157

7.2.1　数字光纤通信系统的特点　157

7.2.2　数字光纤通信系统的线路码型　158

7.2.3　数字光纤通信系统特性指标与设计　160

7.2.4　数字光纤通信系统的应用　170

7.3　模拟光纤通信系统　178

7.3.1　模拟光纤通信系统的概念　178

7.3.2　直接光强调制传输系统　178

7.3.3　副载波光纤传输系统　181

7.3.4　模拟光纤通信系统的应用　183

思考和练习题　184

第8章　高速光纤通信技术　186

8.1　高速光纤通信系统的概念　186

8.2　高速光纤通信系统面临的挑战　188

8.3　高速光纤通信系统的关键技术　192

8.3.1　高速光纤技术　192

8.3.2　高速光器件技术　196

8.3.3　前向纠错编码(FEC)技术　200

8.4　高速光纤通信系统的应用举例　202

思考和练习题　204

第9章　光纤通信复用技术　205

9.1　光纤通信复用技术的概念　205

9.1.1　光时分复用(OTDM)技术　205

9.1.2　光码分复用(OCDM)技术　208

9.1.3　光波分复用(WDM)技术　210

9.1.4　光频分复用(OFDM)技术　211

9.1.5　光空分复用(OSDM)技术　211

9.1.6　光副载波复用(OSCM)技术　212

9.2　光波分复用技术　212

9.2.1　光波分复用原理　213

9.2.2　光波分复用技术的主要特点　213

9.2.3　WDM系统的分类　214

9.3　密集光波分复用(DWDM)系统　215

9.3.1　DWDM系统构成　215

9.3.2　DWDM系统的关键技术　218

9.3.3　DWDM复用器　222

9.3.4　光波长转换器(OTU)　230

9.4　光波分复用系统的应用举例　231

思考和练习题　234

第10章　光纤接入网技术　235

10.1　光纤接入网技术的概念　235

10.1.1　接入网的基本概念　235

10.1.2　光纤接入网的概念　238

10.1.3　光纤接入网技术的分类　242

10.2　EPON光纤接入网　243

10.2.1　EPON光纤接入网的原理　243

10.2.2　EPON光纤接入网的关键技术　246

10.3　GPON光纤接入网　250

10.3.1　GPON光纤接入网的原理　251

10.3.2　GPON光纤接入网的关键技术　253

10.4　光纤接入网的应用举例　256

思考和练习题　258

第11章　光纤通信新技术　259

11.1　新型光纤技术　259

11.1.1　光纤的非线性效应　259

11.1.2　光的双折射和偏振　263

11.1.3　光纤孤子　264

11.1.4　光孤子通信　266

11.2　全光光纤通信技术　270

11.2.1　全光光纤通信技术的概念、网络结构和特点　270

11.2.2　全光光纤通信的关键技术　272

11.3　相干光通信　278

11.3.1　相干光通信的基本原理　278

11.3.2　相干光通信系统的组成　279

11.3.3　相干光通信的优点　280

11.3.4　相干光通信的关键技术　281

思考和练习题　282

参考文献　283

张新社、刘原华、何华、金蓉编著的《光纤通信技术（21世纪高等院校信息与通信工程规划教材）》的编写紧扣新修订的“光纤通信技术”教学大纲，结合课程组成员多年光纤通信课程教学的体会和早期对该课程的开发经验，充分学习和借鉴国内外相关光纤通信的教材和资料，力求新编教材具有如下特色：（1）教材紧密结合通信工程专业新教改要求，重视教材组织的系统性、逻辑性、准确性和实用性，并结合编写组老师的教学和课程开发经验，力图所编写的教材在保证光通信技术知识结构完整性的同时，更适合教师教学和学生学习；（2）教材在内容编写中，不仅注重光通信基本原理和理论的教学，还引入了相关光纤通信技术发展的最新理论、技术和网络系统知识，并加入相关应用举例，从而可使学生通过对本书的学习，全面掌握光纤通信技术的基础、最新技术和相关应用技能；（3）教材不仅在知识点上兼顾光通信技术的传统理论和现代发展，还希望在知识点的引入和讲解上引入新的方法，例如深入浅出的教学方法，用新媒体、图形图解法及应用等对繁复数学推导及物弹现象的解释等，加深学生对知识的理解和学习。本书旨在全面系统讲解光纤通信技术的基本原理、光纤通信系统和网络、相关光纤通信新理论和新技术等。主要内容包括光纤传输原理与特性、光源与光发射系统、光探测器与光接收系统、光放大器原理与应用、光纤通信系统、光接入网、光纤通信调制技术及波分复用光纤通信技术、相关光纤通信新技术等。本书将传统光纤通信理论和光纤通信新技术进行了有机结合，内容组织系统、连贯、准确、实用，讲述深入浅出，并配备丰富的应用举例。　　本书既可以作为高等院校通信与信息类专业光纤通信相关课程的教材，也可以作为从事信息和通信相关专业的技术人员学习、培训和技术参考资料。