光纤通信 第3版PDF电子书下载

第1章 光纤通信总览 1

1．1基本的网络信息速率 1

1．2光纤光学系统的演进 4

1．3光纤传输链路的基本单元 6

1．4仿真与建模工具 10

1．4．1仿真和建模工具的特征 11

1．4．2编程语言 11

1．4．3 PTDS(r)仿真和建模工具 11

1．5．1参考资料 13

1．5本书的使用和扩展 13

1．5．2 CD-ROM中的仿真程序 14

1．5．3光子学实验室 14

1．5．4基于Web的资源 14

参考文献 14

第2章 光纤：结构、导波原理和制造 18

2．1光的特性 18

2．1．1线偏振 19

2．1．2椭圆偏振和圆偏振 21

2．2基本的光学定律和定义 23

2．1．3光的量子特性 23

2．3光纤模式和结构 25

2．3．1光纤分类 25

2．3．2射线和模式 27

2．3．3阶跃折射率光纤结构 28

2．3．4射线光学表述 28

2．3．5介质平板波导中的波动解释 30

2．4圆波导的模式理论 32

2．4．1模式概述 32

2．4．2对关键的模式概念的归纳 33

2．4．3麦克斯韦方程☆ 34

2．4．4波导方程式☆ 35

2．4．5阶跃折射率光纤中的波动方程☆ 36

2．4．6模式方程☆ 38

2．4．7阶跃折射率光纤中的模式☆ 39

2．4．8线偏振模☆ 42

2．4．9阶跃折射率光纤中的功率流☆ 45

2．5单模光纤 47

2．5．1模场直径 47

2．5．2单模光纤中的传播模 48

2．6梯度折射率光纤的结构 49

2．7光纤材料 50

2．7．1玻璃纤维 51

2．7．2卤化物玻璃纤维 52

2．7．3有源玻璃纤维 52

2．7．4硫属化合物玻璃纤维 52

2．7．5塑料光纤 53

2．8光纤制造 53

2．8．2汽相轴向沉积法 54

2．8．1外部汽相氧化法 54

2．8．3改进的化学汽相沉积法 56

2．8．4等离子体活性化化学汽相沉积法 56

2．8．5双坩埚法 56

2．9光纤的机械特性 57

2．10光缆 61

习题 62

参考文献 66

3．1．1损耗单位 71

3．1损耗 71

第3章 光纤中的信号劣化 71

3．1．2吸收损耗 73

3．1．3散射损耗 76

3．1．4弯曲损耗 78

3．1．5纤芯和包层损耗 80

3．2光波导中的信号失真 81

3．2．1信息容量的确定 81

3．2．2群时延 83

3．2．3材料色散 84

3．2．4波导色散 85

3．2．5单模光纤中的信号失真 86

3．2．6偏振模色散 88

3．2．7横间色散 90

3．3梯度折射率光波导中的脉冲展宽☆ 90

3．4模式耦合☆ 95

3．5单模光纤的优化设计 96

3．5．1折射率剖面 96

3．5．2截止波长 98

3．5．3色散计算 100

3．5．4模场直径 101

3．5．5弯曲损耗 103

习题 105

参考文献 108

第4章 光源 112

4．1半导体物理学专题 112

4．1．1能带 113

4．1．2本征材料和非本征材料 114

4．1．3 pn结 115

4．1．4直接带隙和间接带隙 117

4．2．1 LED的结构 118

4．1．5半导体器件的制造 118

4．2发光二极管（LED） 118

4．2．2 光源材料 120

4．2．3量子效率和LED的功率 123

4．2．4 LED的调制 126

4．3半导体激光器 127

4．3．1半导体激光器的模式和阀值条件 128

4．3．2半导体激光器的速率方程 131

4．3．4谐振频率 133

4．3．3外量子效率 133

4．3．5半导体激光器结构和辐射方向图 134

4．3．6单模激光器 138

4．3．7半导体激光器的调制 141

4．3．8温度特性 142

4．4光源的线性特性 145

4．5模式噪声、模分配噪声和反射噪声 147

4．6可靠性考虑 149

习题 152

参考文献 156

第5章 光功率发射和耦合 161

5．1光源至光纤的功率发射 161

5．1．1光源的输出方向图 161

5．1．2功率耦合计算 163

5．1．3发射功率与波长的关系 166

5．1．4稳态数值孔径 166

5．2改善耦合的透镜结构 167

5．2．1非成像微球 168

5．2．2半导体激光器与光纤的耦合 169

5．3光纤与光纤的连接 170

5．3．1机械对准误差 172

5．3．2光纤相关损耗 177

5．3．3光纤端面制备 178

5．4 IED与单模光纤的耦合 179

5．5光纤连接 180

5．5．1连接方法 180

5．5．2单模光纤的连接 181

5．6光纤连接器 182

5．6．1连接器的类型 183

5．6．2单模光纤连接器 184

5．6．3连接器回波损耗 184

习题 186

参考文献 189

第6章 光检测器 193

6．1光电二极管的物理原理 193

6．1．1 pin光电二极管 193

6．1．2雪崩光电二极管 197

6．2光检测器噪声 200

6．2．1噪声源 201

6．2．2信噪比 204

6．3检测器响应时间 204

6．3．1耗尽层光电流 204

6．3．2响应时间 206

6．4雪崩倍增噪声 208

6．5 InGaAs APD结构 210

6．6温度对雪崩增益的影响 211

6．7光检测器的比较 212

习题 213

参考文献 216

第7章 光接收机 219

7．1接收机工作的基本原理 219

7．1．1数字信号传输 219

7．1．2误码源 220

7．1．3接收机结构 222

7．1．4傅里叶变换表示☆ 223

7．2数字接收机性能 224

7．2．1误码概率 224

7．2．2量子极限 229

7．3．1接收机噪声☆ 230

7．3接收机性能的详细计算☆ 230

7．3．2散弹噪声☆ 231

7．3．3接收机灵敏度计算☆ 232

7．3．4性能曲线☆ 237

7．5模拟接收机 240

7．3．5非零消光比☆ 243

7．4前置放大器的类型☆ 244

7．4．1高阻抗FET放大器☆ 245

7．4．2高阻抗双极晶体管放大器☆ 246

7．4．3互阻抗放大器☆ 248

7．4．4高速电路 249

习题 252

参考文献 256

第8章 数字传输系统 259

8．1点到点链路 259

8．1．1系统考虑 260

8．1．2链路的功率预算 261

8．1．3展宽时间预算 264

8．1．4第一窗口传输距离 267

8．1．5单模光纤链路的传输距离 268

8．2线路编码 269

8．2．1 NRZ码 270

8．2．2 RZ码 271

8．2．3分组码 272

8．3纠错 272

8．4噪声对系统性能的影响 274

8．4．1模式噪声 274

8．4．2模分配噪声 276

8．4．3啁啾 278

8．4．4反射噪声 280

习题 282

参考文献 285

第9章 模拟系统 288

9．1模拟链路概述 288

9．2载噪比 289

9．2．1载波功率 289

9．2．2光检测器和前置放大器的噪声 290

9．2．3相对强度噪声（RIN） 291

9．2．5极限条件 293

9．2．4反射对RIN的影响 293

9．3多信道传输技术 294

9．3．1多信道幅度调制 295

9．3．2多信道频率调制 297

9．3．3副载波复用 300

习题 301

参考文献 303

第10章 WDM概念和器件 305

10．1 WDM的工作原理 305

10．2无源器件 307

10．2．1 2×2光纤耦合器 308

10．2．2散射矩阵表示法 311

10．2．3 2×2波导耦合器 313

10．2．4星形耦合器 315

10．2．5马赫-曾德尔干涉仪复用器 317

10．2．6光纤光栅滤波器 320

10．2．7基于相位阵列的WDM器件 323

10．3可调谐光源 325

10．4．1系统考虑 328

10．4可调谐滤波器 328

10．4．2可调谐滤波器的类型 329

习题 331

参考文献 336

第11章 光放大器 340

11．1光放大器的基本应用和类型 340

11．1．1一般应用 340

11．1．2放大器的类型 341

11．2．1外泵浦 342

11．2半导体光放大器 342

11．2．2放大器增益 344

11．3掺铒光纤放大器 346

11．3．1放大机制 346

11．3．2 EDFA的结构 348

11．3．3 EDFA的功率转换效率及增益 348

11．4放大器噪声 351

11．5系统应用 354

11．5．1功率放大器 354

11．5．2在线放大器 355

11．5．3前置放大器 356

11．5．4多信道运用 357

11．5．5在线放大器增益控制 358

11．5波长变换器 359

11．5．1光栅波长变换器 359

11．5．2光波混合波长变换器 360

习题 361

参考文献 365

第12章 光网络 368

12．1基本网络 368

12．1．2无源线形总线的性能 369

12．1．1网络拓扑 369

12．1．3星形结构的性能 374

12．2 SONET/SDH 375

12．2．1传输格式和速率 375

12．2．2光接口 377

12．2．3 SONET/SDH环 379

12．2．4 SONET/SDH网络 381

12．3广播选择WDM网络 383

12．3．1广播选择单跳网 383

12．3．3洗牌网多跳网 384

12．3．2广播选择多跳网 384

12．4波长路由网 386

12．4．1光交叉连接 387

12．4．2波长变换器的性能评估 388

12．5非线性对网络性能的影响 391

12．5．1有效长度与面积 392

12．5．2受激拉曼散射 392

12．5．3受激布里渊散射 394

12．5．4自相位调制和交叉相位调制 396

12．5．5四波混频 397

12．5．6色散管理 400

12．6 WDM+EDFA系统的性能 400

12．6．1链路带宽 401

12．6．2特定BER所需的光功率 401

12．6．3串扰 401

12．7孤子 403

12．7．1孤子脉冲 404

12．7．2孤子参数 406

12．7．3孤子宽度和间隔 408

12．8光CDMA 410

12．9超高容量网络 411

12．9．2比特间插光TDM 412

12．9．3时隙光TDM 412

12．9．1超大容量WDM系统 412

习题 414

参考文献 419

第13章 测量 426

13．1测量标准和测试过程 427

13．2测试设备 428

13．2．1光功率计 428

13．2．3可调谐激光器 429

13．2．2光衰减器 429

13．2．4光谱分析仪 430

13．2．5光时域反射仪 430

13．2．6多功能光测试系统 431

13．3损耗测量 432

13．3．1截断法 432

13．3．2插入损耗法 433

13．4色散的测量 434

13．4．1模间色散 434

13．4．2模间色散的时域测量 435

13．4．3模间色散的频域测量 436

13．4．4色度色散 436

13．4．5偏振模色散 437

13．5 OTDR的场地应用 438

13．5．1 OTDR轨迹 439

13．5．2损耗测量 440

13．5．3光纤故障定位 440

13．6眼图 441

13．7．1光源特性 444

13．7光谱分析仪的应用 444

13．7．2 EDFA增益与噪声系数的测试 446

习题 448

参考文献 451

附录A 国际单位制 454

附录B 常用的数学关系 455

附录C 贝塞耳函数 458

附录D 分贝 461

附录E 通信理论专题 463

附录F 色散因子 465