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第一部分 光的基础知识 1

引言 1

第1章 光的性质 1

1.1 引言 1

1.2 提高光纤可传送的带宽 2

1.3 什么是密集波分复用(DWDM) 2

1.4 什么是光频分复用(OFDM) 3

1.5 不透明和透明的波分复用系统 4

1.6 密集波分复用的器件 4

1.7 光学基础 4

1.7.1 光的波动性 4

1.7.2 光的粒子性 5

1.8 测量光度的术语：光通量、照度和亮度 6

练习 7

第2章 光和物质的相互作用 8

2.1 引言 8

2.2 透明和不透明的物质 8

2.3 透光物质的性质 8

2.3.1 反射和折射--折射率 9

2.3.2 斯涅耳(Snell)定律 10

2.3.3 临界角 10

2.3.4 光棱镜 10

2.3.5 衍射 12

2.3.6 无限远处的衍射 12

2.3.7 衍射光栅 12

2.3.8 惠更斯--菲涅耳(Huygens-Fresnel)原理 13

2.3.9 光的干涉 13

2.3.10 防反射涂层 14

2.3.11 全息摄影 15

2.3.12 偏振 16

2.3.13 偏振的例子 17

2.3.14 反射和折射产生的偏振 17

2.3.15 消光比 18

2.3.16 偏振模式偏移:法拉弟(Faraday)效应 18

2.3.17 相移 19

2.3.18 各向同性和各向异性 19

2.3.19 双折射 20

2.3.20 材料色散 20

2.3.21 非线性现象 21

2.3.22 均匀性和不均匀性 21

2.3.23 材料中杂质的影响 22

2.3.24 微裂纹效应 22

2.3.25 机械应力的影响 23

2.3.26 温度变化的影响 23

练习 24

参考文献 25

标准 26

第二部分 光部件 27

第3章 光波导--光纤 27

3.1 引言 27

3.2 光缆的构造 27

3.2.1 怎样制造光纤 28

3.2.2 怎样制造预制棒 29

3.3 折射率分布 29

3.4 光纤模式 29

3.4.1 多模渐变折射率光纤 31

3.4.2 单模光纤 31

3.5 光的传播 31

3.6 临界光锥或接受光锥 32

3.7 出射光锥 32

3.8 相速 33

3.9 群速 33

3.10 模式色散 33

3.10.1 模间延迟差 34

3.10.2 最大比特率 34

3.10.3 模混合 35

3.11 降低模式色散 35

3.12 色度色散 35

3.12.1 材料色散 36

3.12.2 波长色散 36

3.12.3 色度色散：渡越时间变化 36

3.12.4 色度色散：脉冲展宽 37

3.13 色散位移和色散平坦光纤 37

3.14 色度色散的限度：ITU-T 38

3.15 单模色度色散的计算 39

3.16 色度色散补偿 39

3.17 偏振模色散 40

3.18 光纤的衰减或损耗 40

3.18.1 分贝 41

3.19 光纤频谱利用 42

3.20 光纤双折射和偏振 43

3.21 非线性现象 43

3.21.1 受激喇曼散射 44

3.21.2 受激布里渊散射 45

3.21.3 四波混频 45

3.21.4 时间FWM，近端和远端 46

3.22 光谱展宽 47

3.23 自相位调制 47

3.24 自调制或调制不稳性 48

3.25 FWM对DWDM传输系统的影响 48

3.26 减小FWM的对策 48

3.27 光孤子 49

3.27.1 光孤子的定性说明 49

3.28 光纤连接 50

3.29 结论 50

练习 51

第4章 光谱滤波器和光栅 52

4.1 引言 52

4.2 法布里-珀罗干涉器 52

4.2.1 法布里-珀罗谐振器 52

4.2.2 精细度 54

4.2.3 谱宽、线宽和线间隔 55

4.2.4 法布里-珀罗滤波器 55

4.3 布喇格光栅 56

4.3.1 布喇格反射器 56

4.3.2 布喇格条件 57

4.4.光纤布喇格光栅 57

4.5 可调布喇格光栅 58

4.6 电介质薄膜 59

4.7 偏振光分路器 59

4.8 可调谐光滤波器 59

4.9 声-光可调谐滤波器 60

4.10 马赫-策恩德滤波器 61

4.10.1 马赫-策恩德滤波器的可调度 62

4.11 吸收滤波器 63

4.12 双折射滤波器 64

4.13 混合滤波器 64

4.14 可调滤波器的比较 64

4.15 衍射光栅 65

练习 66

第5章 光分用器 67

5.1 引言 67

5.2 棱镜 67

5.3 衍射光栅 67

5.4 阵列波导光栅 68

5.5 马赫-策恩德干涉器 69

5.6 光谱滤波器 69

5.7 声-光滤波器和偏振光束分离器的组合 69

5.8 光复用器 70

练习 70

第6章 光源 72

6.1 引言 72

6.2 发光二极管 72

6.2.1 开关速度和输出功率 73

6.2.2 输出光谱 73

6.2.3 输入-输出响应 73

6.2.4 调制响应 73

6.2.5 结论 74

6.3 激光器 74

6.3.1 红宝石激光器 75

6.3.2 半导体激光器 75

6.4 单片法布里-珀罗激光器 76

6.5 单片布喇格激光器 77

6.6 分布反馈激光器 77

6.7 半导体量子阱激光器 78

6.8 垂直空腔表面发射激光器(VCSEL) 78

6.9 单片可调激光器 79

6.9.1 单频激光器 79

6.9.2 多频激光器 79

6.10 梳状光发生器 80

6.11 啁啾-脉冲激光源 80

6.12 多频空腔激光器 80

6.12.1 WGR的优点 81

6.12.2 WGR的缺点 81

6.13 单片DFB阵列 81

6.13.1 DFB的优点 82

6.13.2 DFB的缺点 82

6.14 调制器 82

6.15 激光器模块 83

练习 83

第7章 光检测器 85

7.1 引言 85

7.2 光电检测器的特性 85

7.3 PIN光电二极管 85

7.4 APD光电二极管 86

练习 86

第8章 光放大器 87

8.1 引言 87

8.2 再生器 87

8.3 光放大器 88

8.4 半导体光放大器 89

8.5 掺铒光纤放大器 89

8.5.1 EDFA的优点 90

8.5.2 EDFA的缺点 91

8.6 掺镨光纤放大器 92

8.7 受激喇曼和受激布里渊散射放大器 92

8.8 光纤放大器的分类 92

8.8.1 功率放大器 92

8.8.2 前置放大器 92

8.8.3 线路放大器 92

8.8.4 放大器的标准 93

8.9 波长变换器 93

8.9.1 交叉增益调制 93

8.9.2 四波混频 94

8.9.3 光频偏移器 94

练习 95

第9章 其他光元件 96

9.1 引言 96

9.2 光锁相环 96

9.3 光方向耦合器 96

9.4 环形谐振器 98

9.5 光均衡器 100

9.6 光隔离器 101

9.7 偏振器、旋转器和环行器 101

练习 102

第10章 光交叉连接 103

10.1 引言 103

10.2 光交叉连接的模型 103

10.3 自由空间光交换 104

10.4 固态交叉连接 104

10.5 微电机械交换：反射器型 106

10.6 电机械交换：反射镜阵列 107

10.7 开关速度 108

练习 109

第11章 光分/插复用器 110

11.1 引言 110

11.2 OADM的功能 110

11.3 光分/插复用器 110

练习 111

参考文献 112

标准 121

其他原始资料 121

第三部分 光信息的编码 124

第12章 数字传输和编码技术 124

12.1 引言 124

12.2 归零和不归零 124

12.3 单极性和双极性信号 125

12.4 4B/5B,8B/10B编码 125

12.5 ASK方式 125

12.6 PSK方式 126

12.7 FSK方式 127

练习 127

第13章 光信息的解码 129

13.1 引言 129

13.2 ASK解调器 129

13.3 PSK和FSK解调 129

练习 130

参考文献 131

标准 131

第四部分 密集波分复用 133

第14章 DWDM系统 133

14.1 引言 133

14.2 DWDM网络拓扑 135

14.3 DWDM的应用 136

第15章 DWDM系统工程 140

15.1 引言 140

15.2 ITU-T的标称中心波长 140

15.3 通路容量、宽度和间隔 141

15.4 通路比特率和调制方式 141

15.5 波长管理 141

15.6 多路频率稳定 142

15.7 通路性能 142

15.8 通路色散 142

15.9馈入功率 143

15.10 光放大 143

15.11 作为传输媒介的光纤类型 143

15.12 光功率预算 143

15.13 所支持的服务类型 144

15.14 集合带宽管理 144

15.15 传送所支持服务使用的协议 144

15.16 网络管理的协议 145

15.17 网络可靠性 145

15.18 网络保护和监测策略 145

15.19 网络的可扩展性和灵活性 145

15.20 波长管理 145

15.21 互通性 145

15.22 单模功率损耗计算：一个例子 146

15.23 网络中通路计算：三个例子 147

第16章 DWDM拓扑 148

16.1 引言 148

16.2 点到点拓扑 148

16.3 环形结构的网状和星形网络 149

16.4 DWDM集线器 151

16.4.1 发送方向 151

16.4.2 接收方向 152

16.5 故障 152

参考文献 153

标准 155

第五部分 DWDM当前的论点和研究情况 160

第17章 发展动态 160

17.1 引言 160

17.2 当前研究的重点 160

17.2.1 激光器和接收器 160

17.2.2 光交叉连接 160

17.2.3 光分/插复用器 160

17.2.4 光存储器和可变延迟线 161

17.2.5 非介入的光监测 161

17.2.6 DWDM系统动态地重新配置 161

17.2.7 光的背板 161

17.2.8 标准 161

17.2.9 网络方面的问题 161

17.2.10 在更长的间距上传输超高速信号 162

17.2.11 不透明系统 162

17.3 超高速模式识别 163

17.3.1 例子：SONET/SDH 163

17.3.2 例子：ATM 164

17.3.3 例子：互联网协议 164

17.4 当前的研究：波长总线 165

参考文献 166

标准 168

缩写词 170

练习题答案 181

作者简介 186