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第1章 概述 1

1.1光通信的基本概念 1

1.1.1光波在电磁频谱中的位置 1

1.1.2激光器产生理想光波 2

1.1.3自由空间光通信（FSO） 3

1.1.4光纤是理想的光波传输介质 4

1.2光纤通信的优点 4

1.3光纤通信的系统组成 6

1.4光纤通信的回顾与展望 7

1.4.1长波长激光器 8

1.4.2单模光纤（SMF） 8

1.4.3 SDH传输体制 8

1.4.4光放大器 10

1.4.5 WDM复用技术 10

1.4.6全光网络 12

1.5光波技术基础 13

1.5.1光的波粒二象性 13

1.5.2光与物质的相互作用 15

1.5.3电介质的极化 16

1.5.4光波的传播特性 17

习题 19

第2章 光纤 20

2.1光纤与光缆 20

2.1.1光纤的结构 20

2.1.2光纤的主要成分 21

2.1.3光纤的制造工艺简介 21

2.1.4光缆的技术要求 22

2.1.5光缆的结构 23

2.1.6常用光缆的典型结构 23

2.2光纤端面的折射率分布 25

2.3光在光纤中的几何传输 26

2.3.1反射和折射 26

2.3.2全反射定律 26

2.4光纤的数值孔径NA 27

2.5光的波动性 28

2.6光纤介质的特性 29

2.7光纤模式 30

2.7.1模的概念 30

2.7.2多模光纤中的模式数目 33

2.7.3单模光纤的传播模 34

2.7.4偏振模 34

2.8光纤的模式色散 34

2.8.1模间时延差 34

2.8.2模间色散的减少 35

2.8.3多模光纤的最大比特率 35

2.9单模光纤的波长色散或色度色散 36

2.9.1相速 36

2.9.2群速 36

2.9.3材料色散 37

2.9.4波导色散 37

2.9.5色散补偿 37

2.10光纤损耗谱的波段划分 38

2.10.1损耗系数 38

2.10.2光纤可用频谱 38

2.11单模光纤 39

2.11.1模场直径 39

2.11.2单模光纤的分类及折射率剖面 39

2.12光纤的非线性效应 42

2.12.1自相位调制SPM 42

2.12.2四波混频FWM 43

2.12.3受激布里渊散射SBS 43

2.12.4受激拉曼散射SRS 43

2.13光孤子的定性描述 44

习题二 44

第3章 光源与光检测器 46

3.1半导体LD的工作原理 47

3.1.1光放大 47

3.1.2 F-P腔半导体激光器 50

3.2 光源的输出光功率 50

3.2.1阈值特性 50

3.2.2注入电流（I）与光功率（P）响应特性 51

3.3 LD的输出光谱 52

3.3.1多纵模LD 52

3.3.2单纵模LD 53

3.4 LD的调制响应 53

3.5 LD的温度特性与自动温度控制（ATC） 55

3.6 LD的输出光功率稳定性与自动功率控制（APC） 56

3.7 DFB和DBR激光器 57

3.8调谐激光器 59

3.8.1外腔调谐激光器 59

3.8.2双电极半导体激光器 59

3.9其他类型的激光器 60

3.9.1垂直腔面发光激光器（VCSELs） 60

3.9.2锁模激光器 60

3.9.3量子阱（QW）激光器 62

3.9.4多波长激光器阵列 62

3.10激光器组件 62

3.11半导体LED 63

3.11.1 LED的结构 63

3.11.2 LED的特性 65

3.12光源与光纤的耦合 67

3.13光检测器 69

3.13.1波长响应 69

3.13.2光电转换效率与响应度 70

3.13.3响应速度 71

3.13.4噪声 71

3.14 PIN 72

3.15 APD 73

3.15.1 APD的结构 73

3.15.2雪崩增益 74

习题三 75

第4章 无源光器件 76

4.1光纤连接器 76

4.1.1光纤连接损耗 76

4.1.2光纤连接方法 77

4.1.3常用的几种连接器 79

4.2光纤耦合器 80

4.3光开关 82

4.3.1光开关的性能参数 82

4.3.2主要的几种光开关 83

4.4光纤光栅 84

4.4.1光纤光栅的结构 85

4.4.2布拉格光纤光栅BFG 85

4.4.3长周期光纤光栅LFG 85

4.5光滤波器 86

4.5.1 F-P腔型滤波器 86

4.5.2 M-Z干涉滤波器 87

4.5.3阵列波导光栅（AWG） 88

4.5.4声光可调谐滤波器（AOTF） 90

4.5.5光纤光栅滤波器 91

4.6 WDM合波／分波器 92

4.6.1多层介质薄膜MDTFF 92

4.6.2熔锥型 93

4.6.3光纤光栅型 93

4.7光隔离器与光环形器 94

4.8光锁相环与光纤非线性环镜NLOM 95

习题四 96

第5章 光放大器 97

5.1引言 97

5.2掺铒光纤放大器EDFA 98

5.2.1 EDFA的放大原理 98

5.2.2 EDFA的组成结构 99

5.2.3 EDFA的增益与带宽 100

5.2.4 EDFA的噪声类型 101

5.3受激拉曼光纤放大器SRA 102

5.3.1 SRA的放大原理 102

5.3.2 SRA的性能与应用 103

5.4受激布里渊光纤放大器SBA 104

5.4.1 SBA的放大原理 104

5.4.2 SBA的性能与应用 105

5.5其他光纤放大器 105

5.6半导体光放大器SOA 106

5.6.1 SOA的放大原理 106

5.6.2 SOA的性能与应用 107

5.7光放大器的应用 108

5.8光纤激光器 109

5.8.1掺铒光纤激光器 109

5.8.2光纤光栅激光器 110

5.8.3光纤受激拉曼和受激布里渊激光器 110

5.9光波长变换器 111

5.9.1半导体光放大器（SOA）中的交叉增益调制（XGM）技术 111

5.9.2半导体光放大器中的交叉相位调制（XPM）技术 112

5.9.3半导体光放大器中的四波混频（FWM）技术 112

习题五 113

第6章 光发送机与光接收机 114

6.1调制信号的格式 114

6.1.1单极性与双极性 114

6.1.2归零（RZ）与不归零（NRZ） 115

6.1.3扰码 116

6.1.4线路码（4B／5B、 8B／10B） 116

6.2直接调制IM光发送机 116

6.2.1模拟调制与数字调制 116

6.2.2光源的驱动电路 117

6.3外调制器 120

6.3.1电折射调制器 120

6.3.2 M-Z型调制器 120

6.3.3声光布拉格调制器 121

6.3.4电吸收MQW调制器 121

6.3.5 ASK／PSK／FSK方式 122

6.4光接收机 123

6.4.1理想的数字光接收机 123

6.4.2实际的光接收机 123

6.4.3前置放大器噪声 124

6.4.4 APD噪声 125

6.4.5光放大器噪声 125

6.4.6误码率 126

6.5相干接收 130

习题六 133

第7章 光纤通信系统及设计 135

7.1模拟光纤传输系统概述 135

7.1.1系统构成 135

7.1.2模拟调制技术 135

7.1.3主要的噪声和信噪比 136

7.2典型的模拟光纤通信系统 136

7.2.1基带直接强度调制 136

7.2.2多信道传输 137

7.2.3 VSB-AM／FM调制多路传输 139

7.2.4微波副载波SCM多路传输 141

7.3 PCM数字光纤通信系统 141

7.3.1系统构成 142

7.3.2 PDH光纤通信系统 144

7.3.3误码特性和抖动特性 146

7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计 149

7.4.1总体设计考虑 149

7.4.2设计方法 151

7.5 WDM＋EDFA数字光纤链路设计 156

7.5.1总体设计考虑 156

7.5.2波长分配与通道间隔 159

7.5.3 WDM系统设计与性能 160

习题七 163

第8章 SDH与WDM光网络 166

8.1 SDH光同步传送网 166

8.1.1 SDH的标准光接口 166

8.1.2 SDH的速率体系 171

8.1.3 SDH的帧结构 172

8.1.4 SDH的复用结构与原理 174

8.1.5 SDH设备 177

8.1.6 SDH的传送网结构与自愈 186

8.1.7 SDH的网管功能 198

8.2 WDM光网络 203

8.2.1光传送网的分层结构 203

8.2.2 WDM广播选择网 204

8.2.3 WDM波长选路网WRN 207

8.2.4 WRN的选路算法 209

8.2.5 WDM的网管 211

8.3其他类型的光网络 213

8.3.1光纤以太网 213

8.3.2无源光网络PON 217

8.3.3 HFC混合光纤同轴网 220

8.3.4光因特网（IP over WDM） 222

习题八 224

第9章 光纤通信常用仪表及测试 227

9.1引言 227

9.2光纤特性参数及测量 228

9.2.1光纤特性参数 228

9.2.2光纤损耗和色散测试 228

9.2.3光时域反射仪OTDR 234

9.3光端机性能指标的测试 235

9.3.1光功率计 235

9.3.2光端机的测试 236

9.4光纤通信系统性能测试 243

9.4.1误码性能及测试 243

9.4.2抖动性能及测试 244

9.5误码测试仪与SDH传输分析仪 248

9.6波长计、光谱分析仪OSA及应用 249

9.6.1波长计 249

9.6.2光谱分析仪（OSA）及应用 250

9.7光衰减器及应用 253

9.8网络分析仪及应用 254

习题九 255

参考文献 258