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第1章 导论 1

1.1 光纤通信的发展与现状 1

1.2 通信系统信号的编码与调制 4

1.2.1 模拟信号与数字信号 4

1.2.2 调制格式 6

1.3 信号复用与数字传递方式 7

1.3.1 数字信号的复用方法与PDH系统 7

1.3.2 同步数字转移模式（STM）与SDH/SONET系统 8

1.3.3 异步转移模式 10

1.4 光纤系统的基本组成 11

1.4.1 光纤光缆 11

1.4.2 光发送机 12

1.4.3 光接收机 13

1.5 光纤通信网络及其发展 14

练习题 15

第2章 光纤的结构与导波特性 17

2.1 光纤的导光原理与结构特性的射线分析 17

2.1.1 阶跃光纤 18

2.1.2 渐变光纤 19

2.2 阶跃光纤的模式理论 20

2.2.1 电磁波在光纤中传播的基本方程 20

2.2.2 光在光纤中传播的导波方程 21

2.2.3 阶跃光纤中的光场 22

2.2.4 阶跃光纤的本征值方程与模式 23

2.2.5 单模光纤 25

2.3 光纤的双折射现象和偏振特性 27

2.3.1 双折射光纤的参数与类型 27

2.3.2 光纤的线双折射 28

2.3.3 光纤的圆双折射 33

2.4 光纤的色散特性 34

2.4.1 光纤色散的形成机制和类别 34

2.4.2 光纤色散的表示方法和技术指标 35

2.4.3 单模光纤的色度色散 35

2.4.4 单模光纤的偏振色散 39

2.4.5 高阶色散 41

2.4.6 光纤色散的调整与新型单模光纤 41

2.5 光纤损耗 44

2.5.1 衰减系数 44

2.5.2 衰减机理 45

2.6 光纤的非线性效应 47

2.6.1 非线性折射率与自相位调制 47

2.6.2 受激非弹性散射 48

2.6.3 参量过程与四波混频 49

2.7 光纤光缆设计与制造 51

2.7.1 光纤的结构设计与制造 51

2.7.2 光缆的结构设计与制造 52

2.7.3 光纤的技术参数 54

2.8 光子晶体光纤 55

2.8.1 光子晶体光纤的概念 55

2.8.2 折射率引导型光子晶体光纤 55

2.8.3 光子带隙引导型光子晶体光纤 56

2.8.4 光子晶体光纤的制备 56

2.8.5 光子晶体光纤的损耗 57

2.8.6 光子晶体光纤的色散 58

练习题 60

第3章 光源与光发送机 62

3.1 半导体光源的物理基础 62

3.1.1 发射与吸收速率 62

3.1.2 PN结的形成及其能带结构 64

3.1.3 载流子的复合发光效率与寿命 67

3.1.4 制造异质结的化合物半导体 68

3.2 发光二极管 69

3.2.1 输出功率与效率 70

3.2.2 输出光谱特性 71

3.2.3 响应速率与带宽 71

3.2.4 LED的类型与结构 72

3.3 半导体激光二极管 73

3.3.1 粒子数反转与光增益 73

3.3.2 光学谐振腔与激光器的阈值条件 75

3.3.3 激光器的结构 76

3.3.4 有源层的导波特性与激光腔的振荡模式 78

3.3.5 单纵模半导体激光器 80

3.4 半导体激光器的输出特性 83

3.4.1 L-I转换输出特性 83

3.4.2 调制特性 85

3.4.3 噪声特性 88

3.5 光发送机 90

3.5.1 光源的调制 91

3.5.2 光源的驱动电路 92

3.5.3 光源与光纤的耦合 96

3.6 光纤激光器 98

3.6.1 线形掺铒光纤激光器 98

3.6.2 环形掺铒光纤激光器 99

练习题 102

第4章 光检测器与光接收机 104

4.1 光电二极管 104

4.1.1 光检测器的物理基础 104

4.1.2 PN光电二极管 106

4.1.3 PIN光电二极管 107

4.1.4 雪崩光电二极管 108

4.2 光接收机的电路结构与特性 111

4.2.1 光接收机的前端 111

4.2.2 光接收机的线性通道 112

4.2.3 数据重建电路 113

4.2.4 集成光接收机 114

4.3 光接收机的噪声 115

4.3.1 光接收机的噪声源 115

4.3.2 PIN光接收机的信噪比 117

4.3.3 APD光接收机的信噪比 118

4.4 数字光接收机的灵敏度 120

4.4.1 光接收机的误码率 120

4.4.2 数字光接收机的最小平均接收功率 122

4.4.3 光接收机的极限灵敏度 124

4.4.4 光接收机灵敏度的恶化 125

4.5 光中继器与分插复用器 127

4.5.1 光中继器 127

4.5.2 分插复用器 128

练习题 130

第5章 光放大器 131

5.1 光放大器的原理与一般特性 131

5.1.1 光放大器的原理 131

5.1.2 光增益谱宽与放大器带宽 132

5.1.3 增益饱和与饱和输出功率 133

5.1.4 放大器噪声 134

5.1.5 光放大器在光波系统中的应用 135

5.2 半导体光放大器 136

5.2.1 工作原理 136

5.2.2 放大器特性 138

5.2.3 放大器应用 139

5.3 光纤喇曼放大器 140

5.3.1 FRA的工作原理与增益带宽 140

5.3.2 FRA的耦合工作方程和增益饱和 142

5.3.3 FRA的性能及其应用 143

5.4 光纤布里渊放大器 143

5.4.1 FBA的工作原理与增益带宽 144

5.4.2 FBA的耦合工作方程和增益饱和 145

5.4.3 FBA的性能及其应用 146

5.5 掺铒光纤放大器 147

5.5.1 掺铒光纤放大器的工作原理与增益谱特性 147

5.5.2 EDFA的小信号增益与饱和特性 149

5.5.3 EDFA的高速与带宽多信道放大特性 152

5.5.4 EDFA的系统应用 154

练习题 156

第6章 光无源器件 158

6.1 光纤连接器 158

6.1.1 光纤连接损耗及影响因素 158

6.1.2 光纤连接器的结构 161

6.2 光纤耦合器 162

6.2.1 光纤耦合器的基本原理与结构 163

6.2.2 光纤耦合器的特性 165

6.2.3 其他类型耦合器 167

6.3 可调光滤波器 169

6.3.1 可调光滤波器的类型和特性 169

6.3.2 F-P干涉型可调光滤波器（FPTF） 170

6.3.3 M-Z可调光滤波器 175

6.3.4 电光可调滤波器（EOTF） 177

6.3.5 声光可调光滤波器（AOTF） 178

6.3.6 可调有源光滤波器 179

6.4 光纤光栅及其应用 180

6.4.1 光纤光栅的结构和制作方法 181

6.4.2 光纤光栅的导光原理与布拉格光栅 182

6.4.3 非均匀光纤光栅 185

6.5 波分复用/解复用 187

6.5.1 波分复用器的功能与特性 187

6.5.2 结构和原理 190

6.6 光波导调制器 196

6.6.1 光调制器原理和类型 197

6.6.2 相位调制器 198

6.6.3 强度调制器 199

6.6.4 半导体光调制器 200

6.7 光开关 201

6.7.1 光开关的功能和特性 201

6.7.2 光开关的结构原理与特性 202

6.7.3 光开关阵列 204

6.7.4 微电子机械开关系统 207

6.8 光隔离器和环形器 209

6.8.1 光隔离器 209

6.8.2 光环形器 211

练习题 212

第7章 光波系统中光信号的传输理论 214

7.1 色散影响下光信号的传输特性 214

7.1.1 光脉冲传输的基本方程 214

7.1.2 光脉冲参数与色散展宽 215

7.2 光纤带宽与色散对通信能力的限制 219

7.2.1 宽谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率 219

7.2.2 窄谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率 220

7.2.3 光纤与光纤系统的带宽 222

7.3 光信号传输的色散补偿技术 223

7.3.1 色散补偿技术的意义 223

7.3.2 色散补偿原理 224

7.3.3 高速大容量光波系统中的色散补偿 226

7.4 光纤非线性影响下光信号的传输特性 227

7.4.1 光脉冲在非线性色散光波系统中传输的基本方程 227

7.4.2 光波系统中光脉冲信号的传输状态 228

7.5 非线性光波系统中的自相位调制和频率啁啾 230

7.6 全光3R再生中继器 234

7.6.1 全光3R再生中继原理 234

7.6.2 再放大 235

7.6.3 再定时 235

7.6.4 再整形 238

7.6.5 全光3R再生中继器的结构组成与系统应用 239

练习题 240

第8章 直接检测光波通信系统的设计与性能 241

8.1 单信道点到点数字光波通信系统的组成与通信功能 241

8.2 光纤损耗和色散对系统性能的限制 242

8.2.1 损耗限制光波系统 243

8.2.2 色散限制光波系统 244

8.2.3 点到点电信商业光波系统 245

8.3 光波系统的设计 246

8.3.1 光波系统的功率预算 246

8.3.2 光波系统的上升时间预算 247

8.3.3 光波系统的色散预算 248

8.4 光接收机灵敏度恶化和系统功率代价 249

8.4.1 模噪声的影响 249

8.4.2 色散展宽的影响 250

8.4.3 模分配噪声的影响 251

8.4.4 频率啁啾的影响 251

8.5 光放大系统的设计与性能 252

8.5.1 光前置放大器ASE噪声对系统性能的影响 253

8.5.2 级联在线光放大系统的性能 255

练习题 260

第9章 相干光波通信系统 262

9.1 相干检测原理与特性 262

9.1.1 零差检测 263

9.1.2 外差检测 263

9.1.3 信噪比 264

9.2 调制格式 265

9.2.1 ASK调制格式 265

9.2.2 PSK调制格式 267

9.2.3 FSK调制格式 267

9.3 解调方案 268

9.3.1 外差同步解调 268

9.3.2 外差异步解调 269

9.3.3 零差同步解调 270

9.3.4 零差异步解调 271

9.4 相干光接收机的误码率与灵敏度 272

9.4.1 同步ASK接收机 272

9.4.2 同步PSK接收机 273

9.4.3 同步FSK接收机 274

9.4.4 异步ASK接收机 274

9.4.5 异步FSK接收机 275

9.4.6 异步DPSK接收机 275

9.5 相干光接收机灵敏度恶化与系统设计考虑 276

9.5.1 相位噪声 276

9.5.2 强度噪声 277

9.5.3 偏振失配 278

9.5.4 光纤色散 279

9.6 相干光波系统的性能 280

9.6.1 异步外差系统 280

9.6.2 同步外差系统 280

9.6.3 零差系统 281

9.6.4 现场实验系统 281

练习题 281

第10章 光孤子通信系统 283

10.1 光孤子及其特性 283

10.1.1 非线性薛定谔方程 283

10.1.2 NSE的解及其性质 284

10.1.3 暗孤子 286

10.2 光纤损耗与光孤子能量补偿放大 287

10.2.1 损耗导致的脉冲展宽与面积定理 287

10.2.2 光纤损耗的补偿放大与全光中继 288

10.2.3 延长放大器间距的预加重方法 290

10.3 光纤孤子系统的通信容量及其限制因素 291

10.3.1 ASE噪声与光孤子系统的通信容量 291

10.3.2 孤子相互作用与通信容量 293

10.3.3 光孤子源频率啁啾的影响 295

10.3.4 自感应受激喇曼散射与孤子自频移的影响 296

10.4 光纤孤子的传输控制 298

10.4.1 ASE限制的频域滤波控制 298

10.4.2 光孤子传输的时域控制 300

10.5 光纤孤子通信系统的组成与实验进展 302

练习题 304

第11章 多信道光波系统 305

11.1 光时分复用多信道光波系统 305

11.1.1 复用系统结构原理 305

11.1.2 系统复用关键单元技术 306

11.1.3 OTDM技术系统应用实验 309

11.2 波分复用多信道光波系统 309

11.2.1 复用系统结构组成和传输过程 310

11.2.2 复用系统的技术要求 310

11.2.3 复用系统的应用 312

11.2.4 DWDM应用实验系统 313

11.3 WDM多信道信号传输性能 314

11.3.1 线性串音 315

11.3.2 非线性串音 316

11.4 副载波复用光波系统 319

11.4.1 模拟SCM光波系统 320

11.4.2 相干SCM光波系统 323

11.4.3 多波长SCM光波系统 326

11.5 光码分复用多信道光波系统 327

11.5.1 OCDM系统原理 327

11.5.2 OCDM系统组成与信号传输过程 329

11.5.3 OCDM系统关键单元技术 329

11.5.4 OCDMA实验系统示例 330

11.6 多信道光孤子系统 332

11.6.1 多信道光孤子通信系统的特点 332

11.6.2 多信道光孤子的碰撞长度 332

练习题 333

第12章 光电混合网 335

12.1 光网络及其发展 335

12.1.1 光网络的基本概念 335

12.1.2 光网络的基本构成 336

12.1.3 光网络的发展 337

12.2 光网络技术特征与分类 337

12.2.1 按网径大小和地域分类 337

12.2.2 按网络结构分类 338

12.2.3 按媒质接入控制（MAC）子层特征分类 339

12.2.4 按通信业务类型与应用分类 339

12.3 光纤局域网 340

12.3.1 基本概念和发展简史 340

12.3.2 局域网的标准体系 341

12.4 SDH网络 344

12.4.1 基本概念和技术特点 344

12.4.2 速率与帧结构 345

12.4.3 复用映射结构 346

12.4.4 网络系统组成 351

12.5 ATM网络 357

12.5.1 基本概念和技术特点 357

12.5.2 信元结构 358

12.5.3 复用与交换 359

12.5.4 ATM协议参考模型 361

12.5.5 ATM交换网络体系结构 362

12.6 光纤以太网 365

12.6.1 以太网标准和技术发展 365

12.6.2 10M以太网标准与10M光纤以太网 367

12.6.3 交换式以太网 372

12.6.4 高速光纤以太网 374

12.6.5 光纤以太网的应用 378

练习题 380

第13章 WDM全光传送网 382

13.1 光交换原理与结构 382

13.1.1 光交换基本概念 382

13.1.2 空分光交换 384

13.1.3 时分光交换 385

13.1.4 波分光交换 387

13.1.5 码分光交换 388

13.1.6 光分组交换 389

13.1.7 复合光交换 389

13.2 光传送网的体系结构 390

13.2.1 光传送网的分层结构 390

13.2.2 光传送网的层间适配 392

13.2.3 波长通道和虚波长通道 393

13.3 节点功能与结构 394

13.3.1 OXC 394

13.3.2 OADM 400

13.3.3 利用OXC和OADM构建的光网络示例 402

13.4 路由与波长分配 404

13.4.1 基本概念 404

13.4.2 路由算法 404

13.4.3 波长分配算法 405

13.5 网络的保护与恢复 406

13.5.1 基本概念 407

13.5.2 光传送网中的保护方法 409

13.5.3 光传送网中的恢复方法 412

练习题 414

第14章 新一代光网络 416

14.1 传统传送网结构的缺陷和发展方向 416

14.2 自动交换光网络ASN 417

14.2.1 ASON的体系结构 418

14.2.2 ASON传送平面 418

14.2.3 ASON控制平面 419

14.2.4 ASON管理平面 421

14.2.5 ASON中的路由问题 422

14.2.6 ASON的路由技术 424

14.3 光分组交换网络 426

14.3.1 光分组交换光网络概述 426

14.3.2 光分组和交换节点结构 428

14.3.3 冲突解决方案 430

14.4 光突发交换网络 433

14.4.1 光突发交换网络基本原理 434

14.4.2 光突发交换网络的关键技术 435

14.4.3 光突发交换网络的实验系统举例 439

练习题 440

英汉缩略名词对照 441

参考文献 449