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目录 1

第1章　绪论 1

1.1　光纤通信的发展 1

1.2　光纤通信的优势 5

1.3　光纤及其制造工艺简介 8

1.4　系统组成 8

1.5　本书内容安排 9

第2章　介质光波导 10

2.1　介质平板光波导 10

2.1.1　几何光学分析 10

2.1.2　波动理论 16

2.2　介质圆柱光波导 21

2.2.1　射线分析 22

2.2.2　光纤的波动理论 26

第3章　光纤的传输特性 36

3.1　光纤的损耗 36

3.1.1 吸收损耗 37

3.1.2　散射损耗 38

3.1.3　其他损耗 39

3.2　光纤的色散特性 39

3.2.1 色散概述 39

3.2.2　材料色散 40

3.2.3　波导色散 41

3.2.4　模式色散 43

3.3　光纤的非线性特性 44

3.3.1　光纤的非线性效应 44

3.3.2　非线性折射 45

3.3.3 四波混频（FWM） 47

3.3.4　受激喇曼散射 48

3.3.5　受激布里渊散射（SBS） 50

3.4　光纤的双折射现象 51

3.4.1　双折射的基本概念 51

3.4.2　光纤中双折射的种类 51

3.4.3　双折射对偏振状态的影响 52

3.5　光脉冲在光纤中的传播 53

3.5.1　基本传播方程 53

3.5.2　色散和脉冲展宽 54

3.5.3　光纤孤子 55

第4章　光路无源器件 57

4.1　光纤连接器 57

4.1.1 概述 57

4.1.2　光纤连接器的损耗及其原因 57

4.1.3　光纤连接器的构造 59

4.2　光纤定向耦合器 60

4.2.1　光纤定向耦合器的结构和工作原理 60

4.2.2　光纤式定向耦合器的主要参数 62

4.3　光衰减器 63

4.3.1　光衰减器的作用和原理 63

4.3.2　光衰减器的分类和基本结构 63

4.4　光隔离器 64

4.4.1　光隔离器的基本原理和结构 65

4.4.2　光隔离器的主要参数和指标 66

4.5　声光器件 67

第5章　光源和光发送机 69

5.1 半导体中的光电相互作用 69

5.1.1　光的辐射和吸收 69

5.1.2　P-N结及其光电特性 71

5.2 半导体激光器（LD） 72

5.2.1　LD的工作原理 72

5.2.2　LD的结构和工作特性 74

5.3　发光二极管（LED） 78

5.3.1　LED的工作原理 78

5.3.2　LED的工作特性 79

5.4　新型激光器 80

5.4.1 分布反馈（DFB）和分布布拉格反射（DBR）LD 80

5.4.2　耦合腔LD 81

5.4.3　量子阱（QW）LD 82

5.4.4　光纤激光器 83

5.4.5　垂直腔面发射激光器（VCSEL） 86

5.5　光发送机 88

5.5.1　光源的调制方式 90

5.5.2　LD的驱动与控制电路 92

5.5.3　LED的驱动电路 95

第6章　光检测器与光接收机 98

6.1　光检测器 98

6.1.1　半导体的光电效应 98

6.1.2　PIN光电二极管 99

6.1.3　雪崩光电二极管 100

6.1.4　光检测器的主要性能指标 101

6.1.5　新型光检测器简介 103

6.2　数字光接收机 105

6.2.1　光接收机的原理及组成 106

6.2.2　光接收机的噪声 111

6.2.3　光接收机的主要性能指标及分析 113

第7章　光放大器 117

7.1　特性、分类与应用方式 118

7.1.1　特性 118

7.1.2　分类 120

7.1.3　应用方式 121

7.2　半导体光放大器 121

7.2.1　工作原理 122

7.2.2　特性分析 123

7.2.3　性能与应用 124

7.3　EDFA 125

7.3.1　工作原理 126

7.3.2　特性分析 129

7.3.3　性能与应用 130

7.4　光纤喇曼放大器 132

7.4.1　工作原理 132

7.4.2　特性分析 133

7.5.1　光纤布里渊放大器 135

7.5　其他光放大器 135

7.4.3　性能与应用 135

7.5.2　掺铒波导光放大器 136

7.6　光放大器的性能比较与发展趋势 136

7.6.1　性能比较 136

7.6.2　发展趋势 138

第8章　光波分复用技术 139

8.1 WDM技术概述 139

8.1.1　基本概述 139

8.1.2 DWDM 141

8.1.3 DWDM的主要技术问题 141

8.2 DWDM工作原理和系统组成 144

8.2.1　工作原理 144

8.2.2　基本类型 145

8.3　光源波长的稳定与控制 147

8.4 DWDM复用器 148

8.4.2　干涉滤波器型波分复用器 149

8.4.1　熔锥光纤耦合型波分复用器 149

8.4.3　光栅型波分复用器 150

8.4.4　集成光波导波分复用器 152

8.5　光波长转换器（OTU） 152

8.5.1　光电—电光型OTU 153

8.5.2　基于半导体光放大器交叉增益调制特性的OTU 153

8.5.3　基于半导体光放大器中交叉相位调制的OTU 154

8.6 DWDM串扰问题 154

8.6.1　非线性串扰 155

8.6.2　线性串扰 156

第9章　光纤通信系统 157

9.1　光纤通信系统的组成 157

9.1.1　概述 157

9.1.2　线路调制码型和线路传输码型 158

9.1.3　光纤通信系统的中继方式 162

9.1.4　光纤通信系统的辅助系统 164

9.2　光纤通信系统的性能指标 165

9.2.1　光纤通信系统的误码率 165

9.2.2　光纤通信系统的抖动 166

9.2.3　光纤通信系统的可靠性 167

9.3　光纤通信系统指标的分析和计算 168

9.3.1　概述 168

9.3.2　光纤通信系统的损耗计算 168

9.3.3　光纤通信系统的色散计算 169

9.4　光纤通信系统的系统噪声 169

第10章　光纤信息网概述 172

10.1　光纤信息网 172

10.1.1　通信网与光纤信息网 172

10.1.2　多波长光纤网络 173

10.1.3　信息的透明性 175

10.2　分层结构 176

10.3　中间节点 177

10.3.1 NAS 177

10.3.2 ONN 180

10.4 WDM网络分类 181

10.4.1　广播选择网 182

10.4.2　波长选路网 183

10.5　拓扑结构 185

10.5.1　物理拓扑 186

10.5.2　逻辑拓扑 187

第11章　网络节点设备 189

11.1　波长变换器 189

11.1.1　原理 189

11.1.2　分类 190

11.1.3　应用 193

11.2　光分插复用器 194

11.2.1　性能参数 194

11.2.2　结构组成 195

11.2.3　发展趋势 197

11.3　光交叉连接器 198

11.3.1　主要功能 199

11.3.2　性能指标 200

11.3.3　结构分析与设计 201

11.3.4　结构的比较与讨论 205

11.4　IP路由器 206

第12章　光纤以太网 210

12.1　光纤局域网概述 210

12.1.1　光纤局域网发展简史 211

12.1.2　光纤局域网标准体系 212

12.2　以太网的重要概念和标准 213

12.2.1 以太网的系统结构 214

12.2.2　CSMA/CD光纤网物理层 214

12.2.3 以太网的帧结构 215

12.2.4 CSMA/CD总线型光纤网中的碰撞检测 216

12.3　器件损耗限制的估算 217

12.3.1　无源光纤总线和环状拓扑 217

12.3.2　无源星状拓扑 219

12.4　千兆以太网 220

12.4.1　协议结构及标准 221

12.4.2 MAC子层 222

12.4.3　介质无关接口 223

12.4.4　物理层 223

12.4.5　对物理介质的有关要求 225

12.4.6　链路功率预算 229

12.4.7 网络设备 229

第13章　路由和波长分配 231

13.1　基本概念 231

13.1.1　通道类型 232

13.1.2　流量类型 233

13.1.3 网络类型 233

13.1.4　保护类型 234

13.2　波长路由网络的RWA问题 236

13.2.1　静态流量操作 236

13.2.2　动态流量操作 238

13.2.3 ADMH算法 240

13.3.1　物理拓扑和逻辑拓扑 241

13.3　逻辑路由网络的RWA问题 241

13.3.2　逻辑拓扑优化问题 243

13.3.3　优化算法分析 244

第14章　IP over WDM光信息网 246

14.1 IP业务对光网络的要求 246

14.2 IP over WDM的演进 248

14.3 IP over DWDM结构 250

14.4　主要技术问题 253

14.4.1　协议与帧格式 254

14.4.2　保护和恢复 256

14.4.3　组网与路由 257

14.4.4　控制、管理与QoS 260

14.4.5　标准化 262

14.5　国内IP over DWDM试验 263

14.6　其他DWDM方案 264

14.6.1 MPLS over DWDM技术 264

14.6.2 Packet over DWDM技术 265

14.6.3　基于LOBS的IP over DWDM技术 266

第15章　光纤通信和光信息网技术趋势 268

15.1　高速传输 269

15.1.1 WDM 269

15.1.2　混合传输 270

15.1.3　其他 270

15.2　综合型节点 272

15.3　智能联网 273

15.4　光节点技术 275

15.4.1　光子交换 276

15.4.2　新型元器件 277

第16章　光纤通信教学实验装置和实验方法 282

16.1 引言 282

16.2　实验平台 283

16.2.1　基本体制 283

16.2.2　工作原理 285

16.2.3　系统组成及其工作方式 295

16.3.1　虚拟仪器 309

16.3　测试平台 309

16.3.2　基于声卡的虚拟仪器 310

16.4　特殊测量方法和实验技术 312

16.4.1 任意变化信号的测量和数据显示 312

16.4.2　扫描测量光源P-I特性 313

16.4.3　替代法测量光纤损耗 314

16.4.4　光纤色散特性的观测 315

16.4.5　光功率测量 317

16.4.6　多媒体通信 318

附录　实验指导书 322

1．光纤通信教学实验系统简介 322

2．实验装置仪器 323

3．实验内容 323

实验1　光发送、光接收器件、光纤、光纤连接器 323

实验2　音频虚拟数字存储示波器和虚拟信号发生器 325

实验3　微处理器和信号发生电路 330

实验5　光接收电路实验 331

实验4　光发送电路实验 331

实验6　P-I特性测试 332

实验7　模拟信号（方波、脉冲波、三角波、正弦波）传输 336

实验8　扫频信号传输实验 336

实验9　消光比测试 337

实验10　衰减现象的观测 337

实验11 CMI,Manchester,1B1H和PN码型变换和数据收发（单机实验） 337

实验13　双工数据通信和区间通信实验（双机实验） 338

实验12　色散现象的观测 338

实验14　网络通信 339

实验15　光纤IP电话 344

实验16　光纤数字视频 346

实验设计1　光功率计 349

实验设计2　光示波器 349

实验设计3　光纤电话 349

4．实验报告 349

参考文献 350