光纤通信原理与系统PDF电子书下载

1　光纤通信概论 1

1.1　光纤通信的发展史 3

1.2　光纤通信系统 6

2　光纤 9

2.1　概述 9

2.2　光线在光纤中的传输 14

2.2.1　阶跃光纤中的光线分析 14

2.2.2　梯度光纤中的光线分析 17

2.3　单模光纤的波动理论 22

2.3.1　波动方程 22

2.3.2　归一化变量 24

2.3.3　贝塞尔方程的场解 25

2.3.4　特征方程 29

2.3.5　线偏振模及其特性 30

2.3.6　传播常数β与归一化频率V的关系 33

2.3.7　光纤中的功率流 34

2.3.8　单模光纤 37

2.4　光纤的损耗特性 43

2.4.1　材料的吸收损耗 44

2.4.2　光纤的散射损耗 45

2.4.3　辐射损耗 46

2.5　光纤的色散特性及带宽 48

2.5.1　群延时和时延差 49

2.5.2　材料色散和波导色散 50

2.5.3　模间色散 56

2.5.4　光纤的传输带宽 57

2.6　无源光器件 61

2.6.1　光纤的连接与光纤连接器 61

2.6.2　光纤分路器及耦合器 62

2.6.3　波分复用器 65

2.6.4　光隔离器 66

2.6.5　光开关 67

2.6.6　光滤波器 68

3　光源与光发送机 70

3.1　半导体中的光发射 73

3.1.1　光的吸收与发射 73

3.1.2　半导体的光发射 77

3.2　发光二极管 85

3.2.1　发光二极管的结构 85

3.2.2　发光二极管的主要特性 88

3.3　半导体激光器的工作原理与结构 93

3.3.1　半导体激光器的工作原理 93

3.3.2　半导体激光器的结构 101

3.4　半导体激光器的工作特性 116

3.4.1　P-I工作特性 116

3.4.2　模式特性与线宽 122

3.4.3　调制特性 124

3.4.5　波长调谐特性 134

3.4.4　光束的辐射图与方向性 134

3.4.6　噪声特性 136

3.4.7　半导体激光器的安全使用 139

3.5　光发送机 140

3.5.1　光载波的调制 141

3.5.2　发光二极管驱动电路 142

3.5.3　激光二极管驱动电路 147

3.6　光源与光纤的耦合 151

3.7　光源的外调制技术 156

4　光检测器与光接收机 159

4.1概述 159

4.2　光检测器 164

4.2.1　光检测器的工作原理 164

4.2.2　光检测器的主要工作特性 174

4.3　光接收机的噪声 179

4.3.1　光接收机中的噪声源 181

4.3.2　接收机等效电路及放大器电路噪声 183

4.3.3　光检测器的噪声 185

4.3.4　背景噪声 191

4.4　模拟接收机的噪声及信噪比 192

4.4.1　均方信号电流 192

4.4.2　光检测器噪声 193

4.4.3　信噪比及接收灵敏度 194

4.5　数字接收机的噪声分析 197

4.5.1　概述 197

4.5.2　数字接收机的分析模型 199

4.5.3　信号分析 200

4.5.4　放大器电路噪声 201

4.5.5　光检测器噪声 203

4.5.6　输入输出脉冲形状及I1、I2、I3、∑1值 205

4.6　光接收机前置放大器 213

4.6.1　高阻抗前置放大器 215

4.6.2　互阻抗放大器 226

4.6.3　动态范围 230

4.7　数字接收机的误码率和接收灵敏度 233

4.7.1　数字接收机的误码率 233

4.7.2　数字接收机的接收灵敏度 237

4.7.3　数字接收机的灵敏度极限——量子极限 247

4.8　数字接收机中的定时提取与判决再生 248

4.8.1　定时提取 248

4.8.2　判决再生 250

4.9　光接收机的比特率穿透能力及响应时间 253

4.9.1　比特率穿透能力 254

4.9.2　响应时间 255

5　光纤通信系统 257

5.1　系统设计考虑 257

5.1.1　工作波长的选择 258

5.1.2　元件的选择 259

5.1.3　损耗限制系统的计算——功率预算法 261

5.1.4　色散限制系统的计算——上升时间预算 264

5.1.5　中继距离的光纤带宽限制估算 269

5.1.6　中继距离与码速的关系 271

5.2　数字光纤通信系统 273

5.2.1　光纤传输系统最适合于传输数字信号 273

5.2.2　数字光纤通信系统的体制 275

5.2.3　数字光纤通信系统的基本结构 281

5.2.4　线路码型 284

5.2.5　数字光纤通信系统 289

5.2.6　数字光纤通信系统的主要性能指标测试 295

5.3　模拟光纤通信系统 298

5.3.1　模拟调制技术 299

5.3.2　基带直接强度调制（D-IM） 301

5.3.3　脉冲频率调制（PFM-IM）电视信号传输 303

5.3.4　副载波强度调制 305

5.4.1　波分复用 318

5.4　光纤通信系统的复用 318

5.4.2　频分复用 320

5.4.3　空分复用 321

5.5　光纤局域网 321

5.5.1　LAN的结构模型 322

5.5.2　总线型光纤LAN 327

5.5.3　环形光纤网 332

5.6.1　基本原理 335

5.6　相干光纤通信系统 335

5.6.2　调制与解调技术 338

5.6.3　相干光纤通信的优点及关键技术 341

5.6.4　相干光纤通信系列实例 342

5.7　光放大器与全光通信 343

5.7.1　光放大器 343

5.7.2　光放大器在光纤通信系统中的应用与全光光纤通信 348

5.7.3　光纤孤子通信 351

主要参考资料 355