光纤通信技术及应用PDF电子书下载

第一章　概论 1

1.1　光纤通信技术发展简史 1

1.2 光纤通信的特点 3

1.3 光纤通信系统的构成与分类 4

1.3.1　光纤通信系统的构成 4

1.3.2　光纤通信系统的分类 6

1.4 光纤通信的应用 9

1.5 光纤通信展望 10

第二章　光学基础与基本光学部件 11

2.1　基本定律 11

2.1.1 光在各向同性介质中的传播 11

2.1.2　光的反射、折射与应用 11

2.2 光的吸收、散射和色散 13

2.2.1　光的吸收 13

2.2.2　光的散射 13

2.2.3　光的色散 14

2.3 光的干涉 14

2.3.1　光的干涉现象 14

2.3.2　光的干涉条件 14

2.3.3　光的相干性的度量——相干时间和相干长度 15

2.3.4　法布里——珀罗（Fabry——Perot）干涉仪与光学谐振腔 16

2.3.5　F-P谐振腔的应用 17

2.4　光的衍射与衍射光栅 18

2.4.1　光的衍射 18

2.4.2　光栅衍射 18

2.5 光的偏振 19

2.5.1　偏振光 19

2.5.2　偏振片 20

2.6 光的双折射与应用 20

2.6.1　光的双折射 20

2.6.2　波片 21

2.7 旋光现象及磁致旋光效应 21

2.7.1　旋光现象 21

2.7.2　法拉第效应 22

第三章　光纤 23

3.1 光纤的构成 23

3.2 光纤为什么能导光 24

3.2.1　光在光纤中的传输 24

3.2.2　光纤基本参数 27

3.2.3　光纤的结构和种类 35

3.2.4　多模光纤 35

3.2.5　单模光纤 36

3.2.6　1.55μm色散移位单模光纤 38

3.2.7　光纤的理论模型 40

3.3 光纤的制造 41

3.3.1　光纤材料的提纯工艺 42

3.3.2　熔炼工艺 43

3.3.3　拉丝工艺 45

3.3.4　套塑工艺 46

第四章　光缆 48

4.1 光缆的构造和作用 48

4.2 对光缆制造工艺的基本要求 49

4.3 光缆的结构和种类 50

4.4 成缆的附加衰减及光缆的温度特性 54

4.5　光纤光缆的机械强度与寿命 54

4.6 水对光纤光缆的危害 55

第五章　光缆线路的施工 57

5.1　光缆单盘检验和配盘 57

5.1.1　光缆单盘检验 57

5.1.2　光缆路由复测 58

5.1.3　光缆配盘 60

5.2 光缆的敷设技术 60

5.2.1　光缆布放方法 60

5.2.2　光缆接续与保护 64

5.2.3　光缆线路全程测试及验收 67

5.3 光缆线路的维护 71

第六章　光纤参数及测量 74

6.1　概述 74

6.1.1　光纤参数测量系统的组成及特点 74

6.1.2　扰模器、滤模器和包层模消除器 75

6.1.3　CCITT建议与国标 76

6.2　多模光纤参数及其测量 76

6.2.1　多模光纤衰减常数测量 76

6.2.3　多模光纤数值孔径及其测量 83

6.2.4　多模光纤折射率分布测量 84

6.2.5　多模光纤几何特性测量 85

6.3 单模光纤的参数及测量 87

6.3.1　单模光纤的衰减常数及衰减谱的测量 87

6.3.2　单模光纤的色散及测量 87

6.3.3　单模光纤的截止波长及测量方法 91

6.3.4　单模光纤的模场直径及测试方法 92

第七章　光纤通信用光电器件 97

7.1 光纤通信用光源 97

7.1.1　物质与光的相互作用 98

7.1.2　激光器的工作原理 99

7.1.3　半导体激光器的构造及其特性 100

7.1.4　半导体发光二极管 104

7.1.5　新型激光器 106

7.1.6　光纤和光源的耦合 108

7.1.7　光源特性参数的测试 109

7.1.8　实用化光源特性参数 110

7.2　光放大器 112

7.2.1 半导体行波激光放大器（TWLDAMP） 112

7.2.2　掺铒光纤放大器 114

7.2.3　拉曼光纤放大器 117

7.2.4　布里渊光纤放大器 117

7.2.5　几种光放大器比较 117

7.3 光检测器 118

7.3.1　PIN光电二极管工作原理及其特性参数 119

7.3.2　雪崩光电二级管（APD）工作原理及其特性 121

7.3.3　PIN光电二极管的运用状态 124

7.3.4　光检测器主要参数的测试 125

7.3.5　实用光检测器参数及外形结构 127

7.4 光无源器件 128

7.4.1　光纤连接器 129

7.4.2　光隔离器 131

7.4.3　光开关 132

7.4.4　光分路耦合器 133

7.4.5　光分波、合波器 136

7.4.6　光衰减器 137

第八章　光调制与光发送机 139

8.1　光调制的分类 139

8.2　光调制 140

8.2.1　直接光强度调制 140

8.2.2　外调制 146

8.3　光发送机 147

8.3.1　驱动电路 148

8.3.2 自动功率控制（APC）电路 151

8.3.3 自动温度控制（ATC）电路 154

8.3.4　LD保护与告警电路 155

第九章　光检测与光接收机 158

9.1　光检测 158

9.1.1　直接检测 158

9.1.2　相干检测 162

9.2 光接收机 164

9.2.1 光接收机的类型 164

9.2.2　前置放大器 165

9.2.3　主放大器及自动增益控制 168

9.2.4　均衡和滤波 169

9.2.5　时钟提取与判决 171

9.2.6　消光比对接收机灵敏度的影响 174

9.2.7 举例 175

第十章　基带视频信号与直接光强度调制传输系统 177

10.1　彩色全电视信号的形成及其传输要求 177

10.1.1　三基色原理简述 177

10.1.2　彩色全电视信号 179

10.1.3　彩色全电视信号的特点 183

10.1.4　彩色电视信号对光缆传输系统的要求——视频传输指标 184

10.2 基带信号光强度调制传输系统 184

10.2.1 BB-IM LED系统的构成 184

10.2.2 LED的非线性 185

10.2.3　LED产生非线性的原因及其改善措施 187

10.2.4　视频信号处理 195

10.2.5　基带信号光接收机及其S/N 199

第十一章　频率调制光强度调制传输系统 201

11.1 FM-IM光纤传输系统构成与带宽 201

11.1.1　FM-IM光纤传输系统的构成 201

11.1.2　调频（FM）波的频谱与通频带 201

11.2 FM调制器 202

11.2.1　FM调制原理 202

11.2.2　FM调制器电路 204

11.3 FM解调器 205

11.3.1　鉴频原理与鉴频器 205

11.3.2　锁相环解调原理 207

11.4 调频门限和调频改善度 207

11.4.1　调频门限 207

11.4.2　调频改善度 208

11.5 预加重和去加重 210

11.6 FM-IM系统的接收灵敏度与信噪比 212

11.7 FM-IM系统的非线性失真 213

11.7.1　频率调制过程中的失真 213

11.7.2　鉴频过程中的失真 213

第十二章　脉冲调制光强度调制传输系统 214

12.1　PFM-IM光纤传输系统 214

12.1.1　等宽PFM脉冲序列的频谱特性 214

12.1.2　PFM-IM光纤传输系统的构成 215

12.2 SWFM-IM光纤传输系统 225

12.2.1　SWFM脉冲序列频谱特性 226

12.2.2　SWFM-IM光纤传输系统的组成 227

12.3　PPM-IM光纤传输系统 231

12.3.1　异步脉位调制原理与系统构成 232

12.3.2　PPM-IM系统信噪比分析 233

12.3.3　异步脉位调制的失真 235

12.3.4　主要电路及原理 237

12.3.5　系统参数选择 238

第十三章　宽带副载波多路信号光纤传输系统 240

13.1　多声道宽带广播和立体声调频广播光纤传输系统 240

13.1.1　多声道宽带广播信号光纤传输系统 240

13.1.2　立体声调频广播光纤传输系统 241

13.2 彩色电视与附加信息同纤传输系统 245

13.3　频分复用AM-VSB-IM多路电视光纤传输系统 249

13.3.1　PAL-D制电视的射频特性 249

13.3.2　AM-VSB-IM多路电视传输系统的构成 251

13.3.3　系统噪声及抑制办法 252

13.3.4　强度噪声测量与AM-VSB系统性能 255

13.4　FM-FDM-IM多路电视光纤传输系统 257

13.4.1　系统原理框图 257

13.4.2　频谱配置 257

13.4.3　实例 259

13.5　副载波FSK数字信号光纤传输系统 263

13.5.1　多路数据FSK光纤传输系统 264

13.5.2　8Mb/S高速数据FSK调制解调与光纤传输 265

13.5.3　多路副载波调频／频移键控光强度调制性能分析 266

13.6 光纤FM-FDM-IM与AM-VSB-IM方式比较 269

13.7 模拟信号光纤传输系统指标测试 271

13.7.1　视频通道测试 271

13.7.2　电视伴音（单音、立体声节目）通道测试 278

第十四章　光纤数字通信系统 282

14.1 概述 282

14.2 数字光纤通信系统的构成 284

14.2.1　数字通信简介 284

14.2.2　国产数字光纤传输设备简介 291

14.3　PCM电视和PCM广播 309

14.3.1 压缩频带PCM电视 309

14.3.2　高清晰度电视——高分辨率电视（HDTV） 312

14.3.3　PCM立体声广播 313

14.4 光纤局部网（光LAN）简介 315

14.4.1　网络柘朴 315

14.4.2　光纤总线网 316

14.4.3　光纤星形网 317

14.4.4　光LAN的传输控制方式 318

第十五章　光波多路复用传输系统 320

15.1　光WDM/FDM多路传输简介 320

15.1.1　光波分复用（WDM）系统 320

15.1.2　单纤双向波分复用 321

15.1.3　有源光波选择型波分复用系统 322

15.2 微波副载波复用光波分复用系统 323

15.3 光时分多路复用 323

15.4 光外差频分多路通信系统 324

第十六章　光中继器 325

16.1 模拟信号光中继器 325

16.1.1　一般模拟调制式光中继器 325

16.1.2　模拟脉冲调制式光中继器 327

16.2 数字信号光中继器 328

16.3 光放大型光中继器 329

16.3.1 由光噪声限制的数据信号传输距离 329

16.3.2 由光噪声限制的模拟信号传输距离 331

16.3.3　多级光放大型中继器的光纤传输总长度与码速关系 332

16.4 光放大中继系统的故障检测 332

16.5　光中继器的安装与供电 333

16.5.1　远供方式 333

16.5.2　远供电源 333

16.5.3　远供电与本地供电的经济比较 334

第十七章　光纤传输系统设计 335

17.1　设计要点 335

17.1.1　系统分类与扩容 335

17.1.2　光器件及相关参数选取 336

17.1.3　系统容量与光波长 336

17.1.4　光纤特性 336

17.1.5　传输码型考虑 339

17.1.6　中继传输系统设备指标 341

17.1.7　辅助系统 341

17.2 设计举例 341

17.2.1　长途干线140Mb/s单模光缆通信系统设计 341

17.2.2　彩色电视图象传输链路 348

17.2.3　短程光缆彩色电视传输系统 350

第十八章　典型应用 352

18.1　概述 352

18.2 光通信在市话中继和长市中继线上的应用 352

18.3 光通信在省内长途干线的应用 353

18.3.1　系统构成与说明 353

18.3.2　线路码型 353

18.3.3　系统主要指标 354

18.3.4　辅助系统与功能 354

18.4 光通信在国内长途干线上的应用 355

18.4.1 系统概貌 357

18.4.2　传输性能指标 357

18.5 光通信在广播电视、立体声广播中的应用 358

18.5.1　第十一届亚运会彩色电视光缆传输网 358

18.5.2　广播电视台光缆视频传输系统 358

18.5.3　多路广播和立体声广播信号光缆传输系统 360

18.6 光通信在各种监视与控制系统中的应用 360

18.6.1　采用波分复用的监控系统 360

18.6.2　采用图象与数据、话音与数据复合传输的监控系统 360

18.6.3　一个城市的交通监控试验系统 360

18.6.4　FM-FDM-IM多路电视传输方式在多区域监控联网中的应用 364

18.7 光纤通信在军事上的应用 365

18.7.1　光纤制导导弹 365

18.7.2　雷达监视控制系统 366

18.8 光纤通信在煤矿开采中的应用 366

18.9 光纤通信在电力系统中的应用 366

18.9.1 配电用变电所和超高压变电所的光通信系统 366

18.9.2 电力系统中的光纤通信 367

18.10 城镇有线电视系统——光CATV系统 369

18.10.1 光CATV系统的基本构成 369

18.10.2 光CATV举例 371

第十九章　未来的光纤通信技术 376

19.1 光同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy-SDH） 376

19.1.1　SDH的优越性 376

19.1.2　SDH的基本帧结构 377

19.1.3　同步数字体系的复接结构 377

19.2 进一步增大传输速率距离乘积 378

19.2.1 进一步改进强度调制直接检测（IMDD）方法的光纤通信 378

19.2.2　掺铒光纤放大器（Er-Doped Fiber Amplifier）-EDFA的应用 379

19.2.3　相干光通信（Coherent Optical Communication） 380

19.2.4　光孤子（Soliton）通信 380

19.2.5　红外光纤通信（超长波长光通信） 381

19.3 光纤宽带综合业务数字网（B-ISDN）和异步转移模式（ATM） 382

19.4 光集成及全光通信 383