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第1章 导论 1

1.1 光纤通信的发展与现状 1

1.2 通信系统的信号与调制 4

1.2.1 模拟信号与数字信号 4

1.2.2 调制格式 6

1.3 信号复用与数字传递方式 7

1.3.1 数字信号的复用方法与PDH系统 7

1.3.2 同步数字转移模式(STM) 9

1.3.3 异步转移模式(ATM) 10

1.4 光纤通信系统及其应用 12

1.5 光纤系统的基本组成 13

1.5.1 光纤光缆 13

1.5.2 光发送机 14

1.5.3 光接收机 15

练习题 16

第2章 光纤的结构与导波特性 18

2.1 光纤的导光原理与结构特性的射线分析 18

2.1.1 阶跃光纤 19

2.1.2 渐变光纤 20

2.2 阶跃光纤的模式理论 21

2.2.1 电磁波在光纤中传播的基本方程 21

2.2.2 光在光纤中传播的导波方程 22

2.2.3 阶跃光纤中的光场 23

2.2.4 阶跃光纤的本征值方程与模式 24

2.2.5 单模光纤 26

2.3 单模光纤的色散 29

2.3.1 光纤色散引起的脉冲展宽及对通信容量的影响 29

2.3.2 材料色散 30

2.3.3 波导色散 31

2.3.4 色散位移和非零色散光纤 32

2.3.6 偏振色散 33

2.3.5 高阶色散 33

2.4 光纤损耗 34

2.4.1 衰减系数 34

2.4.2 衰减机理 35

2.5 光纤的非线性效应 37

2.5.1 非线性折射率与自相位调制 37

2.5.2 受激非弹性散射 38

2.5.3 参量过程与四波混频 39

2.6 光纤光缆设计与制造 40

2.6.1 光纤的结构设计与制造 40

2.6.2 光缆的结构设计与制造 42

练习题 44

第3章 光波系统中光信号的传输特性 46

3.1 色散影响下光信号的传输特性 46

3.1.1 光脉冲传输的基本方程 46

3.1.2 光脉冲参数与色散展宽 47

3.2 光纤带宽与色散对通信能力的限制 51

3.2.1 宽谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率 52

3.2.2 窄谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率 52

3.2.3 光纤与光纤系统的带宽 54

3.3 光纤非线性影响下光信号的传输特性 56

3.3.1 光脉冲在非线性色散光波系统中传输的基本方程 56

3.3.2 光波系统中光脉冲信号的传输状态 57

3.4 非线性光波系统中的自相位调制和频率啁啾 58

练习题 62

第4章 光波系统互连技术与器件 64

4.1 光纤连接器 64

4.1.1 光纤连接损耗及影响因素 64

4.1.2 光纤连接器的结构 67

4.2 光纤耦合器 69

4.2.1 光纤耦合器的基本原理与结构 69

4.2.2 光纤耦合器的特性 72

4.2.3 其他类型耦合器 75

4.3 波分复用/解复用器与光滤波器 76

4.3.2 WDM/DWDM的结构原理 78

4.4 光波导调制与开关器件 83

4.4.1 相位调制器 84

4.4.2 强度调制器和光开关 85

练习题 87

第5章 光源与光发送机 88

5.1 半导体光源的物理基础 88

5.1.1 发射与吸收速率 88

5.1.2 PN结的形成及其能带结构 90

5.1.3 载流子的复合发光效率与寿命 94

5.1.4 制造异质结的化合物半导体 95

5.2 发光二极管 96

5.2.1 输出功率与效率 96

5.2.2 输出光谱特性 97

5.2.4 LED的类型与结构 98

5.2.3 响应速率与带宽 98

5.3 半导体激光二极管 100

5.3.1 粒子数反转与光增益 100

5.3.2 光学谐振腔与激光器的阈值条件 101

5.3.3 激光器的结构 103

5.3.4 有源层的导波特性与激光腔的振荡模式 105

5.3.5 单纵模半导体激光器 107

5.4.1 L--I转换输出特性 110

5.4 半导体激光器的输出特性 110

5.4.2 调制特性 113

5.4.3 噪声特性 115

5.5 光发送机 118

5.5.1 光源的调制 118

5.5.2 光源的驱动电路 119

5.5.3 光源与光纤的耦合 123

练习题 125

6.1.1 光检测器的物理基础 127

第6章 光检测器与光接收机 127

6.1 光电二极管 127

6.1.2 PN光电二极管 130

6.1.3 PIN光电二极管 130

6.1.4 雪崩光电二极管 131

6.2 光接收机的电路结构与特性 134

6.2.1 光接收机的前端 135

6.2.2 光接收机的线性通道 136

6.2.3 数据重建电路 137

6.2.4 集成光接收机 138

6.3 光接收机的噪声 139

6.3.1 光接收机的噪声源 139

6.3.2 PIN光接收机的信噪比 141

6.3.3 APD光接收机的信噪比 142

6.4 数字光接收机的灵敏度 144

6.4.1 光接收机的误码率 144

6.4.2 数字光接收机的最小平均接收功率 146

6.4.3 光接收机的极限灵敏度 148

6.4.4 光接收机灵敏度的恶化 149

6.5 光中继器与分插复用器 152

6.5.1 光中继器 152

6.5.2 分插复用器 153

练习题 154

第7章 光放大器 156

7.1 光放大器的原理与一般特性 156

7.1.1 光放大器的原理 156

7.1.2 光增益谱宽与放大器带宽 157

7.1.3 增益饱和与饱和输出功率 157

7.1.4 放大器噪声 159

7.1.5 光放大器在光波系统中的应用 160

7.2 半导体光放大器 161

7.2.1 工作原理 161

7.2.2 放大器特性 163

7.2.3 放大器应用 164

7.3 光纤喇曼放大器 165

7.3.1 FRA的工作原理与增益带宽 165

7.3.2 FRA的耦合工作方程和增益饱和 167

7.3.3 FRA的性能及其应用 168

7.4 光纤布里渊放大器 169

7.4.1 FBA的工作原理与增益带宽 169

7.4.2 FBA的耦合工作方程和增益饱和 170

7.4.3 FBA的性能及其应用 171

7.5 掺铒光纤放大器 172

7.5.1 掺铒光纤放大器的工作原理与增益谱特性 172

7.5.2 EDFA的小信号增益与饱和特性 174

7.5.3 EDFA的高速与多信道放大特性 177

7.5.4 EDFA的系统应用 179

练习题 181

8.1.1 点到点连接 182

第8章 直接检测光波系统的设计与性能 182

8.1 光波系统的结构 182

8.1.2 广播和分配网 183

8.1.3 局域网 184

8.2 光纤损耗和色散对系统性能的限制 187

8.2.1 损耗限制光波系统 187

8.2.2 色散限制光波系统 188

8.2.3 点到点电信商业光波系统 189

8.3 光波系统的设计 190

8.3.1 光波系统的功率预算 190

8.3.2 光波系统的上升时间预算 191

8.3.3 光波系统的色散预算 192

8.4 光接收机灵敏度恶化和系统功率代价 193

8.4.1 模噪声的影响 193

8.4.2 色散展宽的影响 194

8.4.4 频率啁啾的影响 195

8.4.3 模分配噪声的影响 195

8.5 光放大系统的设计与性能 197

8.5.1 光前置放大器ASE噪声对系统性能的影响 197

8.5.2 级联在线光放大系统的性能 199

练习题 205

第9章 相干光波通信系统 207

9.1 相干检测原理与特性 207

9.1.1 零差检测 208

9.1.2 外差检测 208

9.1.3 信噪比 209

9.2 调制格式 210

9.2.1 ASK调制格式 210

9.2.2 PSK调制格式 212

9.2.3 FSK调制格式 212

9.3 解调方案 213

9.3.1 外差同步解调 213

9.3.2 外差异步解调 214

9.3.3 零差同步解调 215

9.3.4 零差异步解调 216

9.4 相干光接收机的误码率与灵敏度 217

9.4.1 同步ASK接收机 217

9.4.2 同步PSK接收机 218

9.4.3 同步FSK接收机 219

9.4.4 异步ASK接收机 219

9.4.5 异步FSK接收机 220

9.4.6 异步DPSK接收机 221

9.5 相干光接收机灵敏度恶化与系统设计考虑 221

9.5.1 相位噪声 221

9.5.2 强度噪声 223

9.5.3 偏振失配 224

9.5.4 光纤色散 224

9.6.2 同步外差系统 225

9.6.1 异步外差系统 225

9.6 相干光波系统的性能 225

9.6.3 零差系统 226

9.6.4 现场试验系统 227

练习题 227

第10章 多信道光波系统 229

10.1 多信道光波系统的复用方案 229

10.2 WDM光波系统 231

10.2.1 高速大容量点到点通信 231

10.2.2 多信道广播与分配网 232

10.2.3 多路接入局域网 234

10.3 WDM多信道光波系统的解复用与信道串音 236

10.3.1 信道选择光滤波器的参数设计和选择能力 236

10.3.2 直接光解复用光放大WDM系统中的串音 237

10.3.3 相干解复用密集WDM系统中的串音 239

10.4.1 受激喇曼散射(SRS) 241

10.4 WDM多信道光波系统的非线性串音 241

10.4.2 受激布里渊散射(SBS) 242

10.4.3 交叉相位调制(XPM) 243

10.4.4 四波混频(FWM) 243

10.5 副载波复用(SCM)光波系统 244

10.5.1 模拟SCM光波系统 245

10.5.2 相干SCM光波系统 248

10.5.3 多波长SCM光波系统 252

10.6 码分复用(CDM)光波系统 252

练习题 254

第11章 光纤孤子通信系统 256

11.1 光孤子及其特性 256

11.1.1 非线性薛定谔方程 256

11.1.2 NSE的解及其性质 257

11.1.3 暗孤子 259

11.2 光纤损耗与光孤子能量补偿放大 260

11.2.1 损耗导致的脉冲展宽与面积定理 261

11.2.2 光纤损耗的补偿放大与全光中继 262

11.2.3 延长放大器间距的预加重方法 264

11.3 光纤孤子系统的通信容量及其限制因素 265

11.3.1 ASE噪声与光孤子系统的通信容量 265

11.3.2 孤子相互作用与通信容量 267

11.3.3 光孤子源频率啁啾的影响 269

11.3.4 自感应受激喇曼散射与孤子自频移的影响 270

11.4 光纤孤子的传输控制 272

11.4.1 ASE限制的频域滤波控制 272

11.4.2 光孤子传输的时域控制 274

11.5 多信道光孤子系统 276

11.5.1 多信道光孤子通信系统的特点 276

11.5.2 多信道光孤子的碰撞长度 277

11.6 光纤孤子通信系统的组成与实验进展 278

练习题 283

12.1 通信网结构的发展 285

第12章 光波通信网新技术 285

12.2 节点间连接和光纤链路的全光化 287

12.3 光传送网结构分层与WDM网的物理通道 288

12.3.1 物理网结构分层 288

12.3.2 光通道层的波长路由 291

12.3.3 波长通道与波长变换 291

12.4 光交叉连接设备 293

12.4.1 OXC的功能和技术要求 294

12.4.2 OXC的基本结构 294

12.4.3 OXC与DXC结构的关系与性能比较 298

12.5 波长变换技术 299

12.5.1 光电混合波长变换技术 300

12.5.2 全光波长变换技术 301

12.5.3 四波混频FWM波长变换器 303

练习题 304

参考文献 305