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第1章 引言 1

1.1 光通信的历史回顾 2

1.1.1 光通信器件的发展 3

1.1.2 光纤通信系统的演进 4

1.2 准同步数字体系与同步数字体系 5

1.2.1 复接与分插 6

1.2.2 准同步数字体系 6

1.2.3 同步数字体系 7

1.2.4 10.92Tbit/s系统 8

1.3 数字光纤通信系统的组成 11

1.3.1 光发射机 11

1.3.2 传输光纤 13

1.3.3 光接收机 13

1.4 光纤通信系统的特点 13

习题 14

第2章 光纤 15

2.1 Maxwell方程组及边界条件 15

2.2 介质平板波导中的模式理论 16

2.2.1 模式的一般概念 17

2.2.2 激光在平板波导中的传输特性 17

2.3 光纤的结构 19

2.3.1 光纤的物理结构 19

2.3.2 折射率分布 19

2.4 光纤中的模式理论 20

2.4.1 模式的一般描述 20

2.4.2 阶跃型折射率分布光纤中的波导方程 21

2.4.3 阶跃型折射率分布光纤中的模式 23

2.4.4 线偏振模式理论 24

2.5 单模光纤 26

2.5.1 模场直径 26

2.5.2 单模光纤中的传输模式 27

2.6 新型特种光纤 28

2.6.1 各种稀土掺杂光纤 28

2.6.2 光子晶体光纤 28

2.6.3 其他介质光纤 29

2.7 光纤制造 30

2.7.1 预制棒制作 30

2.7.2 拉丝 33

2.7.3 新型低损耗光纤制造技术 35

2.8 光纤的机械性能 35

2.9 光缆 37

习题 39

第3章 光纤的传输特性 41

3.1 光纤的损耗 41

3.1.1 损耗产生的机理 41

3.1.2 光纤的损耗谱表述 44

3.2 光纤的色散 45

3.2.1 色散的一般描述 45

3.2.2 群时延 46

3.2.3 模式色散 47

3.2.4 材料色散 47

3.2.5 波导色散 48

3.2.6 偏振模色散 49

3.2.7 单模光纤中脉冲展宽的一般描述 50

3.2.8 光纤色散管理与色散补偿 50

3.3 光纤的非线性 53

3.3.1 非线性的产生机理 53

3.3.2 自相位调制 54

3.3.3 交叉相位调制 55

3.3.4 四波混频 55

3.3.5 受激散射 56

习题 57

第4章 光源 59

4.1 激光的特性及基本光学规律 59

4.1.1 激光产生的基本条件 59

4.1.2 激光的基本特征 62

4.1.3 Snell定律 64

4.2 半导体物理基础 65

4.2.1 能带 65

4.2.2 本征及掺杂材料 65

4.2.3 载流子及PN结 66

4.3 发光二极管 68

4.3.1 发光二极管结构及工作机理 68

4.3.2 伏安特性 70

4.3.3 量子效率 70

4.3.4 发光二极管的调制 71

4.4.1 激光二极管结构及工作机理 72

4.4 激光二极管 72

4.4.2 伏安特性及阈值条件 73

4.4.3 外量子效率 74

4.4.4 谐振频率选择 74

4.4.5 激光二极管结构 75

4.4.6 温度效应 75

4.5 半导体激光器 76

4.5.1 窄线宽半导体激光器 76

4.5.2 面发射激光器 78

4.6 光纤激光器 78

4.6.1 工作机理 78

4.6.2 特点 79

4.6.3 光纤激光器构成及其应用 79

习题 82

5.2 用于改善耦合的透镜结构 83

5.1.2 功率耦合计算 83

5.1 芯片到光纤的功率注入 83

5.1.1 光源输出模式 83

第5章 功率的注入与耦合 83

5.2.1 球面结构 84

5.2.2 激光二极管到光纤的耦合 84

5.3 光纤到光纤的耦合 84

5.3.1 机械失配 84

5.3.2 光纤相对数值孔径失配 85

5.3.3 光纤端面处理 86

5.4 光纤接续 86

5.4.1 接续技术 86

5.4.2 单模光纤的接续 87

5.5 光纤连接器 87

5.5.1 连接器分类 88

5.5.2 连接器的回波损耗与插入损耗 90

习题 91

第6章 光电探测器 92

6.1 光电二极管的物理特性 92

6.1.1 PD的工作机理 93

6.1.2 PIN光电探测器 94

6.1.3 雪崩光电探测器 95

6.2 光电探测器噪声 96

6.2.1 噪声源 96

6.2.2 信噪比 97

6.3 探测器响应时间 97

6.3.1 耗尽层光电流特征 97

6.3.2 响应时间 99

6.4 雪崩增益的温度效应及倍增噪声 100

6.5 光电探测器的比较 101

6.5.1 光电池 101

6.5.3 光电二极管与光电三极管的主要差别 102

6.5.2 光电三极管 102

6.5.5 电荷耦合阵列探测器 103

习题 103

6.5.4 光电倍增管 103

第7章 光接收机 105

7.1 光接收机的基本构成 105

7.1.1 光接收机结构 105

7.1.2 误差源 106

7.1.3 数字信号传输系统构成 107

7.2 前置放大器 109

7.3 数字接收机特征 109

7.3.1 误差概率 109

7.3.2 量子极限 112

7.4 数字接收机的灵敏度 113

7.4.1 接收机噪声 113

7.4.3 灵敏度计算 115

7.4.2 散粒噪声 115

7.5 模拟接收机 119

习题 120

第8章 光纤通信系统设计 122

8.1 点对点链路的设计 122

8.1.1 功率预算 122

8.1.2 上升时间预算 123

8.1.3 色散预算 125

8.1.4 系统的功率代价 126

8.2 信道编码及线路码型 126

8.2.1 非归零码 126

8.2.2 归零码 127

8.2.3 啁啾归零码 128

8.2.4 载波抑制归零码 129

8.2.5 扰码 130

8.2.6 线路码型 131

8.3 前向纠错技术 134

8.3.1 FEC码的构成 134

8.3.2 编码增益和净编码增益 135

8.3.3 FEC误码纠错能力 137

8.3.4 FEC的应用 140

8.3.5 超强FEC 143

习题 145

第9章 光无源器件 146

9.1 光调制器 146

9.1.1 基本概念 146

9.1.2 电介质光调制器 150

9.1.3 EA调制器 151

9.2 光复用解复用器 152

9.2.1 波分复用／解复用器 152

9.2.2 复用器／解复用器的串扰 162

9.2.3 时分复用／解复用器 164

习题 168

第10章 光放大器 169

10.1 基本概念 169

10.1.1 增益系数 169

10.1.2 增益与带宽 170

10.1.3 放大器噪声 172

10.2 掺铒光纤放大器 173

10.2.1 增益谱 174

10.2.2 放大器增益 175

10.2.3 放大器噪声 177

10.3 调制不稳定性 179

10.3.1 分布放大 179

10.3.2 周期性集总放大 180

10.3.3 噪声放大 181

10.4 拉曼光纤放大器 183

10.4.1 光纤拉曼放大器的工作原理 184

10.4.2 光纤中的受激拉曼散射 186

10.4.3 光纤拉曼放大器特点 189

10.4.4 光纤拉曼放大器的分类 190

10.4.5 增益特性 191

10.4.6 光纤拉曼放大器噪声特性 192

10.4.7 宽带增益平坦拉曼光放大器设计的一般方法 192

10.4.8 多波长泵浦拉曼光放大器的设计 197

10.5 半导体光放大器 204

10.5.1 信号放大特性 205

10.5.2 行波光放大器的噪声特性 205

10.5.3 信道间的串扰 206

习题 207

11.1 基本光网络 208

11.1.1 网络拓扑结构 208

第11章 光网络 208

11.1.2 无源线形总线网络的性能 209

11.1.3 星形结构网络的性能 210

11.2 SONET/SDH 210

11.2.1 传输格式及速率 211

11.2.2 光接口 212

11.2.3 SONET/SDH环 212

11.2.4 SONET/SDH网络 213

11.3 波长路由网络 214

11.3.1 光上下话路复用 214

11.3.2 光交叉连接 215

11.3.3 波长变换器的性能评价 216

11.4 WDM+EDFA系统的性能 217

11.4.1 链路带宽 217

11.4.2 用于特殊误码率的光功率要求 217

11.5 光码分多址OCDMA技术 218

11.4.3 通道间串扰 218

11.6 全光包交换技术 220

11.6.1 光包交换的网络结构 220

11.6.2 OPS的节点结构 221

11.6.3 OPS在城域网中的应用 221

11.7 光突发交换 222

11.7.1 OBS网络结构 222

11.7.2 OBS协议 223

11.7.3 OBS的特点 223

习题 224

第12章 光纤测量 225

12.1 衰减测量 225

12.1.1 截断技术 226

12.1.2 插入损耗方法 227

12.2 色散测量 228

12.1.3 背向散射法 228

12.2.1 模间色散 229

12.2.2 时域模间色散测量 229

12.2.3 频域模间色散测量 230

12.2.4 色度色散 231

12.2.5 偏振模色散 232

12.3 OTDR的应用 233

12.3.1 衰减测量 234

12.3.2 光纤故障位置判定 234

12.4 眼图分析 236

12.5 光谱分析仪的应用 237

12.5.1 光源的性能评价 238

12.5.2 EDFA增益及噪声图测试 239

习题 240

参考文献 241