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第1章 电信和光纤的介绍 1

1.1 电信 1

1.1.1 电信是什么 1

1.1.2 电信：点到点系统和网络 1

1.1.3 运载信息能力 3

1.1.4 对光纤通信系统的需要 5

1.2 光纤通信系统：基本块 6

1.2.1 基本框图 6

1.3.1 历史注释 15

1.3 回顾与展望 15

1.2.2 光纤通信技术的作用 15

1.3.2 光纤工业的现状与未来趋势 18

1.3.3 关注发展 24

习题 24

参考文献 25

第2章 光物理学：简要概述 26

2.1 电磁波 26

2.2 光束（光线） 28

2.3 光子流 32

2.3.1 能级图 32

2.3.2 光子 33

2.3.3 辐射与吸收 34

小结 36

习题 37

参考文献 38

第3章 光纤—基础篇 39

3.1 光纤如何对光进行传导 39

3.1.1 阶跃折射率光纤：基本结构 39

3.1.2 发射光：理解数值孔径 42

3.2 衰减 45

3.2.1 弯曲损耗 45

3.2.3 吸收 48

3.2.2 散射 48

3.2.4 对总衰减的计算 49

3.2.5 对衰减进行测量 51

3.3 模间色散和色度色散 52

3.3.1 模式 52

3.3.2 模式（模间）色散 55

3.3.3 对模式色散问题的第一种解决方案—渐变折射率光纤 57

3.3.4 对模式色散问题更好的解决方案—单模光纤 59

3.3.5 色度色散 61

3.4.1 比特率和带宽定义 63

3.4 比特率和带宽 63

3.4.2 色散和比特率 64

3.5 查阅数据表单 65

3.5.1 从哪里开始 65

3.5.2 常规部分 65

3.5.3 光特性部分 66

3.5.4 几何特性部分 69

3.5.5 环境说明部分 70

3.5.6 机械说明部分 70

3.5.7 其他特性 71

小结 72

3.5.8 结论 72

习题 74

参考文献 76

第4章 光纤—深入篇 77

4.1 麦克斯韦方程 77

4.1.1 麦克斯韦方程组 77

4.1.2 对麦克斯韦方程的解释 78

4.1.3 波方程 80

4.1.4 求解波方程 81

4.2.1 时间谐波EM场的波方程 83

4.2 EM波的传播 83

4.2.2 EM波在一个有损介质中传播 84

4.2.3 EM波在波导中传播 86

4.3 再论全内反射 89

4.3.1 边界条件 89

4.3.2 反射 90

4.4 再论模式 93

4.4.1 关于模式理论及其重要结果的几点说明 93

4.4.2 线性偏振模式 94

4.4.3 三类模式：导向模式、辐射模式和泄漏模式 98

4.4.4 相位和群速度 99

4.4.5 能量限制 100

4.4.6 截止波长（频率） 101

4.4.7 计算机仿真 105

4.5 多模光纤中的衰减 105

4.5.1 一般方法 105

4.5.2 内部损耗 106

4.5.3 外部损耗—吸收 108

4.5.4 外部损耗—弯曲损耗 108

4.5.5 模式、衰减和衰减常数 110

4.6.1 一般注释 112

4.6 多模光纤中的色散 112

4.6.2 模间（模式）色散—更详细的讨论 114

4.6.3 色度色散—材料色散 115

4.6.4 波导色散 121

4.6.5 多模光纤的带宽 121

小结 124

习题 124

参考文献 126

5.1 单模光纤如何工作 128

5.1.1 工作原理 128

第5章 单模光纤—基础篇 128

5.1.2 高斯光束 129

5.1.3 纤芯、包层和模场直径 130

5.1.4 截止波长 132

5.2 衰减 132

5.2.1 弯曲损耗 132

5.2.2 散射 134

5.2.3 吸收 134

5.3 色散和带宽 135

5.3.1 色度色散 135

5.3.2 传统光纤、色散偏移光纤和色散平滑光纤 139

5.3.3 偏振模式色散 142

5.3.4 单模光纤的带宽（比特率） 144

5.4 查阅数据表单 145

5.4.1 常规部分 145

5.4.2 规格部分 148

小结 150

习题 151

参考文献 152

6.1.1 高斯模型和真实的模场分布 153

6.1 模场 153

第6章 单模光纤—深入篇 153

6.1.2 截止波长和V值 155

6.2 再论单模光纤中的衰减 157

6.3 克服单模光纤中的色散 162

6.3.1 色度色散 162

6.3.2 克服色度色散 163

6.3.3 用色散补偿光纤对色度色散进行补偿 164

6.3.4 色散补偿光栅 168

6.3.5 色散补偿：系统的观点 170

6.3.6 克服偏振模式色散 171

6.3.8 简短的总结 176

6.3.7 偏振相关损耗 176

6.4 单模光纤中的非线性效应 177

6.4.1 非线性折射效应 178

6.4.2 四波混合 182

6.4.3 受激散射 184

6.5 光纤设计的趋势 186

小结 187

习题 189

参考文献 190

7.1.1 两个主要阶段 192

第7章 制纤、制缆和安装 192

7.1 制纤 192

7.1.2 气相沉积法 194

7.1.3 涂敷层 200

7.2 光纤光缆 201

7.2.1 光缆 201

7.2.2 查阅数据表单 223

7.3 安装—放置光缆 224

7.3.1 分类 224

7.3.2 安装过程 225

小结 226

习题 227

参考文献 227

第8章 光缆连接与测试 229

8.1 接合 229

8.1.1 连接损耗 229

8.1.2 接合过程 233

8.1.3 结论 237

8.2 连接器 237

8.2.1 连接器的基本结构 238

8.2.2 主要特性 239

8.2.3 连接器类型的过去、现在和未来 241

8.2.4 标准 244

8.2.5 查阅数据表单 244

8.2.6 端接过程 245

8.2.7 插座、适配器和专用连接器 245

8.2.8 测试和测量 246

8.3 安装硬件 248

8.3.1 为什么安装硬件 248

8.3.2 硬件系统及部件 250

8.3.3 结论 260

8.4 局域网的安装设计 260

8.4.1 链路考虑—功率预算和上升时间预算（带宽） 261

8.4.2 局域网 265

8.4.3 局域网的布线 267

8.4.4 基本的建议 269

8.4.5 塑料（聚合物）光纤 271

8.5 测试、故障诊断及测量 271

8.5.1 测试仪器 272

8.5.2 我们需要测试什么 279

8.5.3 网络衰减测试 280

8.5.5 连接器和接合测试 282

8.5.4 网络带宽测试 282

8.5.6 故障诊断 284

小结 285

习题 286

参考文献 287

第9章 光源和发送器—基础篇 289

9.1 发光二极管 289

9.1.1 半导体的光辐射 289

9.1.2 综合考虑 293

9.1.3 查阅数据表单—LED的特性 298

9.2.1 工作原理 307

9.2 激光二极管 307

9.2.2 超发光二极管 320

9.3 查阅激光二极管特性数据表单 320

9.3.1 宽域激光二极管 320

9.3.2 查阅分布反馈激光二极管的数据表单 327

小结 332

习题 334

参考文献 338

10.1 再论半导体 339

10.1.1 本征半导体：费米能级和载流子数 339

第10章 光源和发送器—深入篇 339

10.1.2 掺杂半导体 341

10.1.3 p-n结 342

10.1.4 偏移 344

10.1.5 对带隙的进一步研究 345

10.2 激光二极管的效率 347

10.2.1 输入输出关系 348

10.2.2 三种效率 349

10.2.3 再论激光二极管工作效率 353

10.3 激光二极管的特征 357

10.3.1 阈值电流与工作电流 357

10.3.2 辐射波长和光谱宽度 359

10.3.3 辐射模式 361

10.3.4 激光器调制 363

10.3.5 啁啾现象 369

10.3.6 噪声 369

10.4 发送器组件 371

10.4.1 发送器的功能框图和典型电路 371

10.4.2 封装与可靠性 380

10.4.3 查阅发送器的数据表单 383

10.4.4 外部调制器 388

小结 396

习题 397

参考文献 401

第11章 接收器 403

11.1 光电二极管 403

11.1.1 p-n光电二极管是如何工作的 403

11.1.2 功率关系 405

11.1.3 带宽 409

11.1.4 p-i-n光电二极管 412

11.1.5 雪崩光电二极管 414

11.1.6 MSM光电探测器 417

11.2.1 p-i-n光电二极管的数据表单 418

11.2 查阅光电二极管的数据表单 418

11.2.2 雪崩光电二极管的数据表单 424

11.2.3 硅光电二极管 425

11.2.4 结论 426

11.3 再论光电探测器 426

11.3.1 光电二极管中的噪声源 426

11.3.2 信噪比和噪声等效功率 431

11.3.3 灵敏度和量子限 434

11.4 接收部件 440

11.4.1 接收器的功能框图和典型电路 440

11.4.2 判别电路的设计 446

11.4.3 查阅接收器的数据表单 450

11.4.4 光电集成电路 454

小结 455

习题 457

参考文献 462

第12章 光纤网络元件 464

12.1 光纤网络概述 464

12.1.1 点到点链路 464

12.1.2 网络 466

12.2.1 发送器 475

12.2 光纤网络的收发器 475

12.2.2 接收器 483

12.3 半导体光放大器 486

12.3.1 光放大器概述 486

12.3.2 SOA的工作原理 488

12.3.3 SOA的增益 489

12.3.4 SOA的带宽 494

12.3.5 串音 496

12.3.6 偏振相关增益 497

12.3.7 噪声 498

12.3.8 查阅SOA数据表单 501

12.3.9 SOA应用 502

12.3.10 SOA的优缺点 502

12.4 掺铒光纤放大器 502

12.4.1 如何产生放大 502

12.4.2 C-波段和L-波段 505

12.4.3 掺铒光纤的增益和噪声 505

12.4.4 EDFA模块的元件 510

12.4.5 查阅EDFA的数据表单 529

12.4.6 其他类型的光纤放大器 536

小结 537

习题 540

参考文献 543

第13章 光纤网络的无源元件、交换机和功能模块 546

13.1 耦合器/分离器 546

13.1.1 熔接双锥渐细耦合器—工作原理 546

13.1.2 查阅数据表单 549

13.1.3 FBT耦合器：如何做WDM耦合器 556

13.1.4 相位不匹配 560

13.2 波分多路复用器和多路分解器 561

13.2.1 WDM MUX/DEMUX和耦合器 562

13.2.2 WDM MUX和DEMUX：它们如何工作 563

13.2.3 WDM MUX/DEMUX应用—增/删和路由器 573

13.3 滤波器 574

13.3.1 光滤波器：它们是什么 574

13.3.2 固定滤波器 576

13.3.3 可调谐滤波器 578

13.4 隔离器、环形器和衰减器 583

13.4.1 隔离器 583

13.4.2 环形器 588

13.4.3 衰减器 589

13.5.1 光交换机 591

13.5 光交换机和功能模块 591

13.5.2 波长转换器 595

13.5.3 功能模块 597

13.5.4 结论 600

小结 600

习题 601

参考文献 602

第14章 光纤网络介绍 605

14.1 传输什么数据和怎么传输数据 605

14.1.1 传输语音、视频和数据 605

14.1.2 电话网 606

14.1.3 计算机网络 615

14.1.4 有线电视 620

14.2 光纤网络结构的基本要素 624

14.2.1 网络、协议和服务 624

14.2.2 开放系统互连参考模型 624

14.2.3 SONET网络和分层 629

14.2.4 ATM网络和分层 632

14.2.5 光纤网络的分层结构 634

14.2.6 光层 636

14.3.1 网络管理的功能 640

14.3 网络管理和光纤网络的未来 640

14.3.2 如何实现网络管理 641

14.3.3 光纤网络生存性（网络保护和恢复） 642

14.3.4 结论：光纤网络的未来 648

小结 650

习题 654

参考文献 658

第15章 结论 662

15.1 带宽：业界的“圣杯” 662

15.2 部署新光纤线路 662

15.3 光纤：难题很多，要寻求解决方案 663

15.4 光纤器件 664

15.5 波分复用：满足惊人的需求 666

15.6 网络 666

15.7 无线通信和光纤网络 667

小结 668

参考文献 668

附录A 常量表、10的幂表、国际单位制表、分贝单位和希腊字母表 671

附录B 本书中使用的缩写、简写、符号和单位 674

附录C 参考文献精选 683

附录D 产品、服务和标准 693