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第1章 光纤通信概述 1

1.1光纤通信技术的发展 1

1.1.1光通信发展史 1

1.1.2光传输网的技术演进和标准化进展 5

1.1.3光纤通信的优点 6

1.1.4光纤通信系统组成 7

1.2光波基础 8

1.2.1光的本质——波动性和粒子性 8

1.2.2均匀介质中的光波——光是电磁波 11

1.3光的传播特性 12

1.3.1光的相干 12

1.3.2光的偏振 14

1.3.3光的双折射——偏振器件基础 15

1.4平板介质波导 17

1.4.1光波在波导中传输的条件——全反射和相长干涉 17

1.4.2单模和多模波导——V参数 19

1.4.3 TE模、TM模和HE模 20

1.5复习思考题 21

1.6习题 21

第2章 光纤和光缆 22

2.1光纤的结构和类型 22

2.1.1多模光纤 22

2.1.2单模光纤 24

2.1.3光纤制造工艺 25

2.2光纤传输原理 25

2.2.1光线光学分析传输条件——全反射和相干 26

2.2.2导波光学分析光纤传输原理——用波动方程求解 33

2.2.3单模光纤的基本特性 36

2.3光纤传输特性 37

2.3.1衰减 38

2.3.2色散 39

2.3.3光纤比特率 45

2.3.4光纤带宽 45

2.3.5非线性光学效应 47

2.4单模光纤的分类和应用 47

2.4.1单模光纤的分类和技术指标比较 47

2.4.2色散补偿光纤 49

2.4.3下一代光纤技术的发展 50

2.5光纤的选择 50

2.6光缆 51

2.6.1对光缆的基本要求 51

2.6.2光缆结构和类型 52

2.7复习思考题 54

2.8习题 54

第3章 光纤通信无源器件 56

3.1连接器 56

3.1.1活动连接器的结构和特性 56

3.1.2连接损耗 57

3.1.3接头 57

3.2耦合器 58

3.2.1方向耦合器 58

3.2.2熔拉双锥星形耦合器 60

3.2.3阵列波导光栅星形耦合器 60

3.2.4单纤双向光耦合器 61

3.3光隔离器 62

3.3.1法拉第磁光效应 62

3.3.2磁光块状光隔离器 63

3.3.3磁光波导光隔离器 64

3.4光环行器 64

3.5可调谐光滤波器 65

3.5.1光的干涉 65

3.5.2法布里-珀罗滤波器 67

3.5.3马赫-曾德尔滤波器 70

3.5.4布拉格光栅滤波器 71

3.5.5阵列波导光栅滤波器 73

3.6波分复用/解复用器 74

3.6.1棱镜复用/解复用器 74

3.6.2衍射光栅解复用器 75

3.6.3阵列波导光栅复用/解复用器 78

3.6.4马赫-曾德尔干涉滤波复用/解复用器 79

3.6.5介质薄膜干涉滤波解复用器 79

3.7调制器 81

3.7.1电光调制器 81

3.7.2电吸收波导调制器 86

3.8光开关 87

3.8.1微机电系统光开关 87

3.8.2电光开关 89

3.8.3热光开关 89

3.9光分插复用器 90

3.9.1基本概念 90

3.9.2微机电系统光分插复用器 91

3.9.3阵列波导光栅光分插复用器 91

3.9.4可重构光分插复用器 93

3.9.5波长选择交换可重构光分插复用器 94

3.10波长转换器 95

3.11相干系统偏振器件 95

3.11.1相位延迟片和相位补偿器 95

3.11.2起偏器和检偏器 97

3.11.3尼科尔棱镜——一种起偏器 98

3.11.4渥拉斯顿棱镜——一种偏振分束器 98

3.11.5偏振控制器 99

3.12复习思考题 99

3.13习题 100

第4章 光源和光发射机 101

4.1光源和光发射机基础 101

4.2发光机理 102

4.2.1发光机理概述 102

4.2.2激光器起振的阈值条件 105

4.2.3激光器起振的相位条件 106

4.3半导体激光器结构 108

4.3.1异质结半导体激光器 108

4.3.2量子限制激光器 109

4.3.3分布反馈激光器 110

4.4波长可调半导体激光器 114

4.4.1耦合腔波长可调半导体激光器 114

4.4.2衍射光栅波长可调激光器 116

4.4.3阵列波导光栅波长可调激光器 117

4.5垂直腔表面发射激光器 120

4.6半导体激光器的特性 121

4.6.1半导体激光器的基本特性 121

4.6.2模式特性 123

4.6.3调制响应 124

4.6.4半导体激光器噪声 124

4.7高速光发射机 126

4.8复习思考题 127

4.9习题 127

第5章 光探测和光接收机 129

5.1光探测原理 129

5.1.1响应度和量子效率 129

5.1.2响应带宽 130

5.2光探测器 131

5.2.1 PIN光敏二极管 131

5.2.2雪崩光敏二极管 133

5.2.3单行载流子光探测器 135

5.2.4波导光探测器 136

5.2.5行波探测器 138

5.3数字光接收机的构成 140

5.3.1光电转换和前置放大器 141

5.3.2线性放大器 142

5.3.3数据恢复 142

5.4接收机信噪比 143

5.4.1噪声机理 143

5.4.2 PIN光接收机的信噪比 144

5.4.3 APD接收机的信噪比 145

5.4.4光信噪比和信噪比的关系 147

5.5接收机误码率和灵敏度 147

5.5.1比特误码率 147

5.5.2最小平均接收光功率（接收机灵敏度） 149

5.5.3灵敏度下降机理 150

5.6光接收机 151

5.6.1光接收机性能 151

5.6.2阵列波导光栅多信道光接收机 152

5.6.3 107Gbit/s WG-PIN行波放大光接收机 153

5.7复习思考题 154

5.8习题 154

第6章 光放大器 156

6.1光放大器基础 156

6.1.1光放大器的作用和分类 156

6.1.2光放大器的应用 157

6.1.3光放大器的增益和噪声 157

6.2掺铒光纤放大器 158

6.2.1掺铒光纤放大器的构成 158

6.2.2 EDFA的工作原理及其特性 159

6.3光纤拉曼放大器 162

6.3.1分布式光纤拉曼放大器的工作原理 162

6.3.2拉曼增益和带宽 163

6.4半导体光放大器 164

6.5复习思考题 166

6.6习题 167

第7章 光纤通信系统 168

7.1光纤通信系统基础 168

7.1.1脉冲编码——将模拟信号变为数字信号 168

7.1.2信道编码——减少误码方便时钟提取 171

7.1.3信道复用——提高信道容量，充分利用光纤带宽 173

7.1.4光调制——让光携带声音和数字信号 173

7.2电复用光纤传输系统 177

7.2.1频分复用光纤传输系统 177

7.2.2微波副载波复用/射频信号光纤传输系统 178

7.2.3光纤/电缆混合网——典型的FDM光纤通信系统 184

7.2.4 SDH光纤传输系统——典型的TDM光纤通信系统 187

7.3光复用光纤传输系统 191

7.3.1波分复用光纤传输系统 192

7.3.2光正交频分复用光纤传输系统 193

7.4相干光波通信系统 194

7.4.1相干检测原理 195

7.4.2相干解调方式 197

7.4.3相干系统光调制 198

7.4.4相干系统接收 199

7.4.5相干实验系统 201

7.5光孤子通信实验系统 202

7.5.1光孤子的基本概念 202

7.5.2光孤子通信实验系统的工作原理和应用前景 203

7.6高速光纤传输技术及系统 204

7.6.1先进光调制制式 205

7.6.2偏振复用相干接收技术 209

7.6.3超强FEC纠错技术 209

7.6.4高速光纤传输系统 211

7.6.5低速信号提升到100Gbit/s高速信号的途径 212

7.7光纤传输系统色散补偿和管理 214

7.7.1负色散光纤补偿 214

7.7.2光滤波器补偿 215

7.7.3啁啾光纤色散补偿 216

7.7.4电子色散补偿 217

7.7.5波分复用系统色散补偿 218

7.7.6色散管理 219

7.8复习思考题 220

7.9习题 221

第8章 光纤通信系统设计 223

8.1系统设计的总体考虑 223

8.1.1系统结构 223

8.1.2光纤损耗限制系统 228

8.1.3光纤色散限制系统 228

8.2功率预算 229

8.3带宽设计 230

8.4复习思考题 233

8.5习题 233

第9章 无源光网络接入技术 235

9.1接入网在网络建设中的作用及发展趋势 235

9.1.1接入网在网络建设中的作用 235

9.1.2光接入网技术演进 235

9.1.3三网融合——接入网的发展趋势 237

9.2网络结构 238

9.2.1光接入网的网络结构 238

9.2.2光线路终端 240

9.2.3光网络单元 241

9.2.4光分配网络 243

9.3无源光网络基础 245

9.3.1分光比 245

9.3.2结构和要求 245

9.3.3下行复用技术 246

9.3.4上行接入技术 246

9.3.5安全性和私密性 248

9.4 PON接入系统 249

9.4.1 EPON系统 249

9.4.2 GPON系统 251

9.4.3 WDM-PON系统 255

9.4.4 OFDM-PON系统 258

9.5复习思考题 258

9.6习题 259

附录 260

附录A 电磁波频率与波长的换算 260

附录B dBm与mW、μW的换算 260

附录C dB值和功率比 261

附录D 百分损耗（%）与分贝（dB）损耗的换算 262

附录E PDH与SDH速率等级 262

附录F WDM信道△λ和△v的关系 263

附录G 物理常数 263

附录H 系统设计参数 264

附录I 名词术语索引 265

参考文献 279