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第1章 光通信网络的特点 1

1.1 光网的特点 1

1.2 长途网络 3

1.3 波分复用（WDM）网络 4

1.4 网络结构 7

1.5 光网保护 10

1.5.1 保护方案 10

1.5.2 环形保护 12

1.6 光网元 14

1.6.1 光WDM终端复用器 14

1.6.2 光WDM分插复接器 16

1.6.3 光WDM交叉连接 19

参考文献 21

第2章 光纤 24

2.1 引言 24

2.2 波导特性 25

2.2.1 基本概念与参数 25

2.2.2 阶跃折射率光纤的基本方程式 31

2.2.3 渐变折射率光纤 41

2.3 光纤材料 44

2.3.1 硅酸盐玻璃 44

2.3.2 塑料 45

2.4 基本光学特性 46

2.4.1 损耗 46

2.4.2 色散 49

2.4.3 偏振 54

2.5 非线性光学特性 56

2.5.1 受激散射过程 57

2.5.2 三阶非线性参数过程 63

2.5.3 光敏性 67

2.6 光纤中的脉冲传播 69

2.6.1 脉冲包络波动方程的推导 69

2.6.2 包络波动方程的解：孤子 72

参考文献 74

第3章 发射机 77

3.1 引言 77

3.2 理论 79

3.2.1 单模运行的速率方程 79

3.2.2 材料性能 83

3.2.3 稳态特性 90

3.2.4 小信号调制特性 92

3.2.5 噪声特性 96

3.3 半导体激光器的基本结构设计 99

3.4 单模激光器结构 102

3.4.1 耦合模理论 105

3.4.2 折射率耦合DFB激光器的基本性能 107

3.4.3 改进的DFB激光器结构 111

3.4.4 增益耦合式激光器 112

3.4.5 DFB激光器的模拟 112

3.5 可调谐激光器 120

3.5.1 外腔激光器（ECL） 120

3.5.2 热调谐 120

3.5.3 多区域DFB激光器 120

3.5.4 分布布喇格反射DBR激光器 121

3.5.5 可调式双波导激光器（TTG） 121

3.5.6 平行耦合激光器（OCL） 122

3.5.7 Y形激光器 123

3.5.8 超结构光栅DBR激光器或取样光栅激光器（SSG激光器） 123

3.5.9 弯曲波导DFB激光器（BWL） 124

参考文献 124

第4章 光电探测器 127

4.1 引言 127

4.2 PIN光电二极管 127

4.2.1 PIN光电二极管的原理 128

4.2.2 PIN光电二极管特性 129

4.2.3 边入射PIN光电二极管 138

4.2.4 金属—半导体—金属光电二极管 140

4.3 雪崩光电二极管（APD） 142

4.3.1 APD的特性 143

4.3.2 APD的噪声 144

4.3.3 改进噪声特性的结构 146

4.4 光电二极管 147

4.4.1 硅光电二极管 147

4.4.2 铟镓砷（InGaAs）光电二极管 149

4.5 光接收机 153

4.5.1 传统光接收机 153

4.5.2 特殊光接收机 156

4.5.3 光电集成电路（OEIC）光接收机 157

4.6 结论 160

参考文献 160

第5章 光放大器 164

5.1 引言 164

5.2 光纤放大器 165

5.2.1 掺铒光纤放大器 165

5.2.2 其他光纤放大器 188

5.3 半导体光放大器 189

5.3.1 化合物半导体材料中的光增益 189

5.3.2 异质结器件基本结构 191

5.3.3 速率方程、饱和特性、噪声指数 194

5.3.4 光反射效应（增益抖动） 198

5.3.5 增益钳位 199

5.3.6 半导体光放大器在通信系统中的一般应用 201

5.3.7 数字传输系统 201

5.3.8 波分复用系统 205

5.3.9 模拟传输系统 205

5.3.10 其他应用 207

参考文献 208

第6章 无源与有源玻璃集成光学器件 214

6.1 引言 214

6.2 无源功率分波器 216

6.2.1 分波器及其基本功能 216

6.2.2 波导模计算 218

6.2.3 锥形结构和分支结构 226

6.2.4 弯曲波导 228

6.2.5 2×2分束器 229

6.2.6 P×N星形耦合器 231

6.2.7 玻璃中的离子交换 232

6.2.8 特征方法 236

6.2.9 商业器件的性能与可靠性 241

6.3 集成光学镱／铒玻璃放大器 244

6.3.1 引言 244

6.3.2 镱／铒共掺杂速率方程 246

6.3.3 传输方程 248

6.3.4 功率传递方程 249

6.3.5 镱铒共掺杂增强粒子数反转 252

6.3.6 有效反转系数 255

6.3.7 共掺杂波导区的增益 257

6.3.8 高浓度稀土元素的不利效应 261

6.3.9 工艺与器件 266

6.4 集成光学铒／镱玻璃激光振荡器 273

6.4.1 连续波（CW）运行 274

6.4.2 实验孤子与Q开关运行 279

参考文献 281

第7章 波长选择器件 285

7.1 引言 285

7.2 器件规范 289

7.3 法布里—珀罗干涉仪滤波器 290

7.4 介质干涉滤波器 296

7.5 光纤光栅 298

7.6 基于光栅的解复用器 300

7.7 基于相阵列（PHASAR）的器件 307

7.7.1 引言 307

7.7.2 工作原理 307

7.7.3 工艺技术 309

7.7.4 器件特性 310

7.7.5 波长路由特性 316

7.7.6 多波长发射机与接收机 317

7.7.7 多波长分插复用器与交叉连接器 319

7.8 铌酸锂集成声光器件 323

7.8.1 引言 323

7.8.2 基本结构单元 324

7.8.3 可调波长滤波器 328

7.8.4 波长选择开关与分插复用器 331

7.8.5 在WDM系统中的应用 333

7.8.6 展望 335

参考文献 336

第8章 光开关 341

8.1 引言 341

8.2 应用 342

8.2.1 光组件特性与测试 342

8.2.2 测试方法 344

8.2.3 通信 345

8.3 技术 350

8.3.1 非干涉仪型开关 352

8.3.2 干涉仪型开关 362

8.4 总结 366

参考文献 367

第9章 全光时分复用技术 368

9.1 全光TDM技术的作用 368

9.2 全光TDM系统的关键技术 370

9.2.1 超短光脉冲产生技术 370

9.2.2 全光型的复用器与解复用器（MUX/DEMUX）技术 377

9.2.3 光时钟提取技术 389

9.2.4 高速光波形测量 393

9.3 OTDM与OTDM/WDM传输的验证 396

9.3.1 100Gb/s～400Gb/s的OTDM传输实验 397

9.3.2 400Gb/s到3Tb/s的OTDM/WDM传输实验 401

参考文献 404

第10章 光混合集成电路 411

10.1 引言 411

10.2 混合集成的关键技术 413

10.2.1 混合集成的平台 413

10.2.2 无源对准技术 417

10.2.3 用于混合集成的光电器件技术 421

10.3 混合集成对光通信技术的影响 425

10.3.1 混合集成技术的应用 425

10.3.2 用于光纤终端用户系统的光模块 426

10.3.3 用于WDM的光模块 432

10.3.4 高速应用领域的光电混合模块 438

10.4 展望 446

10.5 总结 448

参考文献 449

第11章 单片集成 452

11.1 引言 452

11.2 波导 454

11.3 集成模斑尺寸变换器 457

11.4 单片集成激光器 460

11.4.1 垂直激光器—波导耦合 460

11.4.2 激光—波导对接耦合 462

11.4.3 激光器—HBT集成 466

11.5 集成接收机 467

11.6 串扰 472

11.6.1 电串扰 472

11.6.2 光串扰 475

11.6.3 热串扰 475

11.7 光电集成化的流行态势 476

11.8 展望 482

参考文献 484

作者介绍 489

缩写词表 499