现代通信光电子技术基础及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 现代通信光电子技术 1

1.1.1 光电子技术 1

1.1.2 现代通信技术 1

1.1.3 光电子技术在现代通信领域的应用 1

1.2 光电子技术的沿革 2

1.3 光电子技术的应用及发展方向 3

1.3.1 光电子技术的应用 3

1.3.2 光电子技术的发展方向 3

第2章 光学基础 5

2.1 几何光学基础 5

2.1.1 几何光学的基本概念 5

2.1.2 几何光学的基本定律 7

2.1.3 几何光学的基本原理 9

2.1.4 成像问题 10

2.1.5 透镜 12

2.2 光学系统 14

2.3 光度学与辐射度学基础知识 17

2.3.1 辐射量 17

2.3.2 光度量 20

2.4 光的电磁理论 22

2.4.1 麦克斯韦方程组 23

2.4.2 电磁场的波动性 23

2.4.3 平面电磁波 24

2.4.4 光波的辐射、辐射能 26

2.5 热辐射现象及研究规律 27

2.5.1 单色吸收比和单色反射比 27

2.5.2 基尔霍夫辐射定律 28

2.5.3 普朗克公式 28

2.5.4 瑞利-琼斯公式 29

2.5.5 维恩公式 29

2.5.6 维恩位移定律 29

2.5.7 斯忒藩-玻尔兹曼定律 30

2.5.8 色温 30

习题 30

第3章 激光原理 31

3.1 激光的物理基础 31

3.1.1 光子的基本性质 31

3.1.2 光波模式和光子状态相格 32

3.1.3 光子的相干性 34

3.1.4 光子简并度 36

3.2 激光的特性 36

3.3 激光产生的原理及方法 38

3.3.1 黑体辐射的普朗克公式 38

3.3.2 受激辐射和自发辐射概念 39

3.3.3 A12、B21、B12的相互关系 41

3.3.4 受激辐射的相干性 41

3.4 激光器的组成结构及原理 42

3.4.1 光放大概念的产生 42

3.4.2 实现光放大的条件——集居数反转 44

3.4.3 光放大物质的增益系数与增益曲线 44

3.4.4 光的自激振荡 45

3.4.5 光腔模式问题 46

3.4.6 共轴球面腔的稳定性条件 50

3.5 典型激光器 55

3.5.1 固体激光器 55

3.5.2 气体激光器 63

3.5.3 半导体二极管激光器 68

3.5.4 光纤激光器 71

习题 74

第4章 激光技术 75

4.1 调Q技术 75

4.1.1 调Q的基本理论 75

4.1.2 调Q的速率方程 79

4.1.3 电光调Q 83

4.1.4 声光调Q 89

4.1.5 被动式可饱和吸收调Q 93

4.2 锁模技术 98

4.2.1 锁模的概念 98

4.2.2 锁模的基本原理 98

4.2.3 锁模方法 99

4.3 模式选择技术 105

4.3.1 横模选择 105

4.3.2 纵模选择 109

4.4 稳频技术 114

4.4.1 影响激光频率稳定的因素 115

4.4.2 稳频的方法 116

第5章 光辐射的传播 127

5.1 光辐射在大气中的传播 127

5.1.1 大气衰减 127

5.1.2 大气湍流效应 130

5.2 光辐射在电光晶体中的传播 131

5.2.1 电致折射率变化 132

5.2.2 电光相位延迟 133

5.3 光辐射在声光晶体中的传播 136

5.3.1 相位栅类型 136

5.3.2 声光衍射 137

5.4 光辐射在磁光介质中的传播 141

5.4.1 法拉第旋转效应 141

5.4.2 磁光相互作用的耦合波分析 142

5.5 光辐射在水中的传播 143

5.5.1 传播光束的衰减特性 143

5.5.2 前向散射 144

5.5.3 后向散射 145

5.6 光辐射在非线性介质中的传播 145

5.6.1 非线性电极化率 146

5.6.2 光波在非线性介质中的传播 146

5.6.3 光混频及光倍频技术 147

习题 149

第6章 光辐射的调制 150

6.1 光束调制原理 150

6.1.1 振幅调制 150

6.1.2 频率调制和相位调制 151

6.1.3 强度调制 152

6.1.4 脉冲调制 152

6.1.5 脉冲编码调制 153

6.2 电光晶体调制及电光膜调制 154

6.2.1 电光强度调制 154

6.2.2 电光相位调制 157

6.2.3 电光调制器的电学性能 157

6.2.4 电光波导调制器 160

6.2.5 电光扫描 164

6.2.6 设计电光调制应考虑的问题 167

6.3 声光晶体调制及声光膜调制 168

6.3.1 声光调制器的组成 168

6.3.2 声光调制器的工作原理 169

6.3.3 调制带宽 170

6.3.4 声光调制器的衍射效率 171

6.3.5 声束和光束的匹配 171

6.3.6 声光波导调制器 172

6.3.7 声光扫描 172

6.3.8 声光调制器设计应考虑的问题 175

6.4 磁光晶体调制及磁光膜调制 177

6.4.1 磁光体调制器 177

6.4.2 磁光波导调制器 178

6.5 直接调制 179

6.5.1 半导体激光器（LD）直接调制的原理 179

6.5.2 半导体发光二极管（LED）的调制特性 180

6.5.3 半导体光源的模拟调制 181

6.5.4 半导体光源的PCM数字调制 182

6.6 空间光调制器 183

6.6.1 空间光调制器的基本功能 183

6.6.2 泡克耳斯读出光调制器（PROM） 184

6.6.3 液晶空间光调制器 186

6.6.4 其他类型的空间光调制器 187

习题 189

第7章 光辐射的解调与光电转换器 190

7.1 光电探测器原理 190

7.1.1 光子效应和光热效应 190

7.1.2 光电发射效应 190

7.1.3 光电导效应 191

7.1.4 光伏效应 192

7.1.5 温差电效应 193

7.1.6 热释电效应 194

7.1.7 光电转换定律 194

7.2 光电探测器的性能参数 195

7.2.1 积分灵敏度R 195

7.2.2 光谱灵敏度Rλ 196

7.2.3 频率灵敏度Rf（响应频率fc和响应时间τ） 197

7.2.4 量子效率η 197

7.2.5 通量阈Pth和噪声等效功率NEP 198

7.2.6 归一化探测度D＊ 198

7.2.7 噪声 199

7.3 光电效应器件及光电池 200

7.3.1 短路电流和开路电压 200

7.3.2 交变光信号探测 201

7.4 光电导效应器件 203

7.4.1 光电导器件的工作原理 203

7.4.2 光电导器件的种类 204

7.4.3 光敏电阻 204

7.5 光生伏特效应器件 210

7.5.1 光电二极管概述 210

7.5.2 光电二极管的工作原理 210

7.6 光电摄像器件 213

7.6.1 电荷耦合摄像器件 213

7.6.2 电荷耦合摄像器件的特性参数 219

7.6.3 CMOS摄像器件 222

7.7 光辐射的解调 224

习题 228

第8章 光电子技术在网络接入方面的应用 229

8.1 光接入网简介 229

8.1.1 接入网 229

8.1.2 光接入网 231

8.1.3 无源光网络 232

8.2 以太网无源光网络（EPON） 237

8.2.1 主要特点 237

8.2.2 工作原理 238

8.2.3 关键技术 240

8.3 吉比特无源光网络（GPON） 241

8.3.1 主要特点 241

8.3.2 体系结构 243

习题 245

第9章 光纤通信 246

9.1 光纤通信概论 246

9.1.1 光纤通信概念 246

9.1.2 光纤通信的发展历史 246

9.1.3 光纤通信的特点 249

9.1.4 光纤通信的应用 251

9.2 光纤和光缆 251

9.2.1 光纤的构造 251

9.2.2 光纤的分类 252

9.2.3 光束在光纤波导中的传播 255

9.2.4 光纤的特性与参数 260

9.2.5 光缆 264

9.3 光纤通信系统 266

9.3.1 光纤通信系统的基本组成 266

9.3.2 光发送机 267

9.3.3 光中继器 269

9.3.4 光检测器 270

9.3.5 光接收机 273

9.3.6 模拟光纤通信系统 276

9.3.7 数字光纤通信系统 280

第10章 波分复用技术和光交换网络 286

10.1 光波分复用技术 286

10.1.1 WDM技术的基本原理 286

10.1.2 WDM系统中的光电器件 291

10.1.3 WDM系统技术规范 295

10.2 光交换网络原理及分类 301

10.2.1 光通信技术的应用与发展 301

10.2.2 光通信系统中网络层技术 302

10.2.3 点到点的通信方式 302

10.2.4 环形结构 302

10.2.5 广播—波长选择网结构 303

10.2.6 光通信的网络形式 303

10.3 突发交换光网络 308

10.3.1 光突发交换的网络结构 308

10.3.2 OBS突发串封装与协议 310

参考文献 312