光纤通信 第3版PDF电子书下载

第1章　概述 1

1.1　光纤通信技术发展 1

1.1.1　光纤通信的优点 3

1.1.2　光传送网的关键技术 5

1.1.3　通信网络的分层结构 7

1.2　光波基础 8

1.2.1 光的本质 8

1.2.2　均匀介质中的光波 10

1.2.3　相速度和折射率 13

1.2.4　群速度和群折射率 13

1.3　光与介质的相互作用 15

1.3.1　斯奈尔定律和全反射 15

1.3.2　内／外反射、抗反射膜和电介质镜 16

1.3.3　光多次干涉和谐振 22

1.3.4　古斯-汉森相移和分光镜 25

1.3.5　相干 26

1.3.6　衍射 28

1.3.7　偏振 31

1.3.8　双折射——光在各向异性介质中的传输 33

1.3.9　非线性光学效应 36

1.4　平面介质波导 37

1.4.1　波导条件 37

1.4.2　单模和多模波导 39

复习思考题 39

习题 40

第2章　光纤和光缆 42

2.1　光纤结构和类型 42

2.1.1　多模光纤 42

2.1.2　单模光纤 45

2.1.3　光纤制造工艺 46

2.2　光纤传输原理 46

2.2.1　传输条件 46

2.2.2　光纤模式 48

2.2.3　单模光纤的基本特性 54

2.3　光纤传输特性 57

2.3.1　衰减 57

2.3.2　色散 58

2.3.3　光纤比特率 65

2.3.4　光纤带宽 67

2.3.5　非线性光学效应 71

2.4　单模光纤的进展和应用 74

2.4.1　G.652标准单模光纤 74

2.4.2　G.653色散移位光纤 76

2.4.3　G.654衰减最小光纤 76

2.4.4　G.655非零色散光纤 77

2.4.5　G.656宽带全波光纤 77

2.4.6　G.657接入网用光纤 78

2.4.7　色散补偿光纤 79

2.5　光纤的选择 80

2.6　光缆 81

2.6.1　对光缆的基本要求 81

2.6.2　光缆结构和类型 82

2.6.3　海底光缆 84

2.7　光纤传输特性测量 87

2.7.1　损耗测量 87

2.7.2　带宽测量 89

2.7.3　色散测量 89

复习思考题 90

习题 91

第3章　光纤通信器件 92

3.1　连接器 92

3.1.1　连接损耗 92

3.1.2　活动连接器结构和特性 93

3.1.3　接头 95

3.1.4　连接方法的比较 96

3.2　耦合器 96

3.2.1　T形耦合器 96

3.2.2　熔拉双锥星形耦合器 97

3.2.3　阵列波导光栅（AWG）星形耦合器 97

3.3　可调谐光滤波器 98

3.3.1　法布里-珀罗（F-P）滤波器 99

3.3.2　马赫-曾德尔（M-Z）滤波器 102

3.3.3　布拉格（Bragg）光栅滤波器 104

3.3.4　阵列波导光栅（AWG）滤波器 105

3.3.5　调谐滤波器性能比较 107

3.4　波分复用／解复用器 108

3.4.1　棱镜复用／解复用器 108

3.4.2　衍射光栅解复用器 109

3.4.3　阵列波导光栅（AWG）复用／解复用器 110

3.4.4　马赫-曾德尔（M-Z）干涉滤波器复用／解复用器 111

3.5　调制器 112

3.5.1 电光调制器（MZM） 113

3.5.2 电吸收波导调制器（EAM） 117

3.5.3　QPSK光调制器 118

3.6　光开关 120

3.6.1　MEMS微机械光开关 120

3.6.2　电光开关 121

3.6.3 热光开关（TOS） 122

3.6.4　磁光开关 122

3.7　光隔离器 124

3.7.1　磁光块状光隔离器 124

3.7.2　磁光波导光隔离器 126

3.8　光环行器 129

3.9　光分插复用器（OADM） 130

3.9.1　一般概念 130

3.9.2　阵列波导光栅（AWG）光分插复用器 130

3.9.3　可重构光分插复用器（ROADM） 132

3.9.4　波长选择交换（WSS）ROADM 134

3.10　波长转换器 135

3.11　偏振复用器件 137

复习思考题 138

习题 138

第4章　光源和光发射机 139

4.1　概述 139

4.2　发光机理 140

4.2.1 原理 140

4.2.2　受激发射条件 142

4.2.3　光增益 144

4.2.4　激光器起振的阈值条件 145

4.2.5　激光器起振的相位条件 147

4.3　半导体激光器 149

4.3.1　异质结半导体激光器 149

4.3.2　量子限制激光器 150

4.3.3　分布反馈激光器 152

4.4　波长可调半导体激光器 155

4.4.1　耦合腔波长可调半导体激光器 155

4.4.2　衍射光栅PIC波长可调激光器 159

4.4.3 阵列波导光栅（AWG）PIC波长可调激光器 160

4.5　垂直腔表面发射激光器 163

4.6　半导体激光器的特性 164

4.6.1　半导体激光器的基本特性 164

4.6.2　模式特性 169

4.6.3　调制响应 169

4.6.4　噪声 173

4.7　高速光发射机 174

复习思考题 175

习题 176

第5章　光探测和光接收机 177

5.1　光探测原理 177

5.2　光电探测器 178

5.2.1　PIN光电二极管 178

5.2.2　雪崩光电二极管 181

5.2.3　响应带宽 182

5.2.4　新型APD结构 184

5.2.5　MSM光电探测器 186

5.2.6　单行载流子光电探测器（UTC-PD） 187

5.2.7　波导光电探测器（WG-PD） 189

5.2.8　行波探测器（TW-PD） 190

5.3　数字光接收机 192

5.3.1　光电转换和前置放大器 193

5.3.2　线性放大器 194

5.3.3　数据恢复 195

5.4　接收机信噪比（SNR） 196

5.4.1 噪声机理 196

5.4.2　PIN光接收机 197

5.4.3　APD接收机 198

5.4.4　光信噪比（OSNR）和信噪比（SNR）的关系 201

5.5　接收机误码率和灵敏度 202

5.5.1　比特误码率 202

5.5.2　最小平均接收光功率 205

5.5.3　光电探测器的量子限制 207

5.6　灵敏度下降机理 207

5.7　光接收机 209

5.7.1　光接收机性能 209

5.7.2　电子载流子（UTC）光接收机 210

5.7.3　阵列波导光栅（AWG）PIC多信道光接收机 210

5.7.4　107 Gb/s WG-PIN行波放大PIC光接收机 211

复习思考题 213

习题 213

第6章　光放大器 215

6.1　一般概念 215

6.1.1　增益频谱和带宽 216

6.1.2　增益饱和 217

6.1.3　放大器噪声 217

6.1.4　光放大器应用 219

6.2　半导体光放大器 220

6.2.1　放大器设计 220

6.2.2　行波光放大器特性 222

6.2.3　半导体光放大器的应用 225

6.3　光纤拉曼放大器 226

6.3.1　分布式光纤拉曼放大器的工作原理和特性 227

6.3.2　光纤拉曼放大器对系统性能的影响 232

6.3.3　光纤拉曼放大技术应用 232

6.4　掺铒光纤放大器 233

6.4.1　掺铒光纤结构 234

6.4.2　工作原理及其特性 235

6.4.3　掺铒光纤放大器的优点 240

6.4.4　EDFA的应用 240

6.4.5　实用EDFA构成 241

6.5　光放大器系统应用 242

6.5.1　前置放大器 242

6.5.2　放大器级联 244

复习思考题 247

习题 248

第7章　光纤传输系统 249

7.1　概述 249

7.1.1　调制 249

7.1.2　编码 254

7.1.3　复用 257

7.2　光调制 257

7.2.1　模拟强度光调制 257

7.2.2　数字强度光调制 258

7.3　电复用光纤传输系统 259

7.3.1　频分复用光纤传输系统 259

7.3.2　微波副载波复用（SCM）光纤传输系统 261

7.3.3 电时分复用的典型应用——SDH光纤传输系统 265

7.4　光复用光纤传输系统 270

7.4.1　波分复用（WDM）光纤传输系统 271

7.4.2　光时分复用（OTDMA）光纤传输系统 272

7.4.3　光码分复用（OCDM）光纤传输系统 275

7.5　相干光波通信系统 277

7.5.1　相干检测 277

7.5.2　信噪比（SNR） 279

7.5.3　相干解调方式 280

7.5.4　相干系统光调制 282

7.5.5　相位噪声和相位分集接收 285

7.5.6　强度噪声和平衡混频接收 287

7.5.7　极化匹配和极化控制 288

7.5.8　相干实验系统 289

7.6　光孤子通信实验系统 290

7.6.1　基本概念 290

7.6.2　通信实验系统 291

7.7　高速光纤传输系统 292

7.7.1　先进光调制制式 293

7.7.2　超强FEC纠错 297

7.7.3　高速光纤传输系统 302

复习思考题 305

习题 306

第8章　系统设计 308

8.1　系统结构和限制 308

8.1.1　系统结构 308

8.1.2　损耗限制系统 312

8.1.3　色散限制系统 312

8.2　功率预算 313

8.2.1　陆地系统功率预算 313

8.2.2　海底光缆系统功率预算 315

8.3　功率代价因素 317

8.3.1　光纤模式噪声 317

8.3.2　色散引起的脉冲展宽 318

8.3.3　激光器模式分配噪声 319

8.3.4　LD的频率啁啾 322

8.3.5　反射噪声 324

8.4　带宽设计 326

8.5　单信道光纤通信系统设计 328

8.5.1　模拟系统设计 328

8.5.2　数字系统设计 331

8.6　DWDM系统工程设计 333

8.6.1　中心频率和信道间隔 334

8.6.2　线性串话 334

8.6.3　非线性串话 337

8.6.4　光放大器系统设计 340

8.6.5　光功率预算 342

8.6.6　网络管理 343

8.6.7　网络保护和生存对策 344

8.6.8　网络互连 344

8.6.9　DWDM网络信道数计算 345

复习思考题 346

习题 346

第9章　色散限制、补偿和管理 348

9.1　色散引起脉冲展宽 348

9.1.1　基本传输方程 349

9.1.2 高斯脉冲输入 349

9.2　色散对系统性能的限制 352

9.2.1　对系统比特速率的限制 352

9.2.2　对系统传输距离的限制 354

9.3 电子色散补偿 355

9.4　前补偿技术 357

9.4.1　预啁啾补偿 357

9.4.2　FSK调制补偿 358

9.4.3　双二进制编码 359

9.4.4　半导体光放大器产生啁啾补偿 359

9.4.5　光纤引入啁啾 360

9.5　负色散光纤补偿 360

9.5.1　传统负色散光纤（DCF）补偿 360

9.5.2　光子晶体光纤（PCF）补偿 362

9.6　光滤波器补偿 363

9.6.1　法布里-玻罗干涉滤波器 363

9.6.2　马赫-曾德尔干涉滤波器 364

9.6.3　光纤光栅滤波器 364

9.7　相位共轭补偿 368

9.8　宽带系统色散补偿 369

9.8.1　光时分复用系统色散补偿 369

9.8.2　波分复用系统色散补偿 370

9.9　色散管理 372

9.9.1　长距离系统色散管理 372

9.9.2　动态色散管理 373

复习思考题 375

习题 375

附录A　部分习题答案 376

附录B 电磁波频率与波长的换算 379

附录C　dBm与mW换算表 379

附录D dB值和功率比（dB=101g（P2/P1）） 380

附录E　百分损耗（％）与分贝（dB）损耗换算表 380

附录F PDH与SDH速率等级 380

附录G △λ和△ν的关系 382

附录H　物理常数 382

附录I ITU-T关于WDM系统波长安排 383

附录J　名词术语索引 385

附录K　例题目录 405

参考文献 407