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目 录 1

第1章光纤与光纤通信 1

1.1术语表 1

1.2引言 3

1.3工作原理 4

1.4光纤色散与衰减 7

1.4.1衰减 7

1.4.2模间色散 8

1.4.3材料色散 8

1.4.4波导色散和折射率分布色散 8

1.4.5描述光纤的归一化变量 9

1.4.6光纤色散的计算 10

1.5光纤的偏振特性 10

1.6光纤的光学性能和机械性能 11

1.6.1衰减测量 11

1.6.2色散与带宽测量 13

1.6.3光纤色散的位移与平坦 14

1.6.4可靠性的评价 15

1.7光纤通信 18

1.7.1点到点线路 19

1.7.2先进的传输技术 24

1.8.1受激散射过程 31

1.8光纤的非线性光学性能 31

1.8.2脉冲压缩与光孤子传输 32

1.8.3四波混频 34

1.8.4光纤中的光折射非线性 34

1.9光纤材料：化学与制造 35

1.9.1常用光纤的制造 36

1.9.2掺杂剂化学 37

1.9.3其它制造方法 38

1.9.4红外光纤制造 38

1.10参考文献 39

1.11进一步阅读的资料 43

第2章光纤通信技术及系统概述 45

2.1 引言 45

2.2基本技术 45

2.2.1 光纤 45

2.2.2发射光源 48

2.2.3光探测器 50

2.3接收机灵敏度 50

2.4速率和距离限制 53

2.4.1提高速率 53

2.5光放大器 54

2.4.2更长的中继距离 54

2.5.2光放大器在通信中的应用 55

2.6光纤网络 55

2.5.1半导体放大器和光纤放大器的比较 55

2.7光纤中的模拟传输 56

2.7.1 载噪比（CNR） 56

2.7.2光纤中的模拟视频传输 57

2.7.3非线性畸变 58

2.8技术和应用方向 58

2.9参考文献 59

3.1光纤非线性光学的关键问题 62

第3章光纤的非线性效应 62

3.2 自相位调制和交叉相位调制 63

3.3受激拉曼散射 65

3.4受激布里渊散射 68

3.5四波混合 69

3.6结论 72

3.7参考文献 72

第4章光纤通信系统用的光源、调制器和探测器 76

4.1 引言 76

4.2.1一个密度反转注入有源区 78

4.2双异质结结构激光二极管 78

4.2.2在有源层平面内的载流子的限制 79

4.2.3在有源层附近的光的限制 79

4.2.4限制载流子注入条形几何结构 80

4.2.5光的横向限制 80

4.2.6传导光沿着条形方向上的后向反射 81

4.2.7安装使光从侧面发出 82

4.2.8适合封装在一个密封盒 82

4.2.9光纤尾纤连接 82

4.3.1激光器阈值 83

4.3激光二极管的工作特性 83

4.2.10寿命 83

4.3.2光输出与电流输入（L-I曲线） 84

4.3.3温度与激光器性能的关系 86

4.3.4发光的空间特性 86

4.3.5激光器光的光谱特性 88

4.3.6 偏振 88

4.4激光二极管的瞬态响应 89

4.4.1 开通延迟 89

4.4.2弛豫振荡 90

4.4.3调制响应和增益饱和 92

4.4.4频率啁啾 93

4.5激光二极管的噪声特性 94

4.5.1相对强度噪声（RIN） 94

4.5.2信噪比（SNR） 95

4.5.3多模激光器的模分配噪声 96

4.5.4相位噪声一线宽 97

4.5.5外部光反馈和相干破坏 97

4.6量子阱激光器和应变激光器 101

4.6.1量子阱激光器 101

4.6.2应变层量子阱激光器 102

4.7分布反馈（DFB）和分布布拉格反射器（DBR）激光器 104

4.7.1分布的布拉格反射器（DBR）激光器 105

4.7.2分布反馈（DFB）激光器 106

4.8 发光二极管（LED） 108

4.8.1面发光LED 110

4.8.2边发光LED 112

4.8.3 LED的工作特性 112

4.8.4瞬态响应 113

4.8.5驱动电路和封装 114

4.9垂直腔表面发光激光器（VCSEL） 114

4.9.1量子阱的数量 115

4.9.2镜面反射率 115

4.9.3电注入 116

4.9.4发射光的空间特性 117

4.9.5光输出与电流输出 118

4.9.6光谱特性 118

4.9.7 偏振 119

4.9.8其它波长的VCSEL 119

4.10铌酸锂调制器 120

4.10.1 电－光效应 121

4.10.2相位调制 123

4.10.3 Y形干涉型（马赫—曾德尔）调制器 123

4.10.4高速工作 124

4.10.7光反射率和光损伤 125

4.10.8 δ-β反向调制器 125

4.10.5插入损耗 125

4.10.6偏振无关 125

4.11光纤系统用电吸收调制器 126

4.11.1电吸收强度调制 128

4.11.2在半导体中施加一个电场 128

4.11.3集成的调制器 129

4.11.4工作特性 130

4.11.5 QW中的电吸收的先进概念 131

4.12.2半导体中的电折射 132

4.12 电－光和电折射半导体调制器 132

4.12.1半导体中的电－光效应 132

4.12.3半导体干涉型调制器 133

4.13 PIN二极管 134

4.13.1典型的几何形状 135

4.13.2灵敏度（响应度） 136

4.13.3速度 138

4.13.4暗电流 139

4.13.5光电二极管的噪声 140

4.14.1雪崩探测器 142

4.14雪崩光电二极管、MSM探测器和肖特基二极管 142

4.14.2 MSM探测器 144

4.14.3 肖特基光电二极管 144

4.15参考文献 145

第5章光纤放大器 148

5.1 引言 148

5.2掺稀土元素放大器的结构和工作 149

5.2.1泵浦配置和最佳的放大器长度 149

5.2.2工作状态 149

5.3.1 EDFA的能级 150

5.3.2增益形成 150

5.3 EDFA的物理结构和光的相互作用 150

5.3.3 EDFA的泵浦波长的选择 151

5.3.4噪声 152

5.3.5增益平坦 152

5.4其它稀土元素系统中的增益形成 153

5.4.1掺镨光纤放大器（PDFA） 153

5.4.2掺铒／镱光纤放大器（E/YDFA） 153

5.5参考文献 153

第6章光纤通信线路（电信、数据通信和模拟） 156

6.1 引言 156

6.2品质因数：SNR、BER、MER和SFDR 157

6.3线路功率预算分析：安装损耗 161

6.3.1传输损耗 161

6.3.2衰减与波长的关系 161

6.3.3连接器损耗和接头损耗 161

6.4线路功率预算分析：光功率代价 162

6.4.1色散 163

6.4.2模分配噪声 165

6.4.3消光比 167

6.4.4多路串扰 167

6.4.5相对强度噪声（RIN） 167

6.4.6抖动 168

6.4.7模噪声 170

6.4.8辐射引起的损耗 170

6.5参考文献 171

第7章光纤通信系统中的光孤子 174

7.1 引言 174

7.2经典孤子的特性 174

7.3光孤子的性能 177

7.4经典的光孤子传输系统 178

7.5频率导向滤波器 179

7.6可调频率导向滤波器 180

7.7波分复用 181

7.8色散管理光孤子 183

7.9波分复用色散管理光孤子传输 186

7.10结论 188

7.11参考文献 188

第8章熔锥光纤耦合器、波分复用器和解复用器 193

8.1 引言 193

8.2波长无关 194

8.3波分复用 195

8.6马赫－曾德尔器件 196

8.5开关和衰减器 196

8.4 1×N光功率分配器 196

8.7偏振器件 197

8.8结论 198

8.9参考文献 198

第9章光纤布拉格光栅 201

9.1术语表 201

9.2引言 201

9.3光敏性 202

9.4布拉格光栅的性能 203

9.5光纤光栅的制造 204

9.6光纤光栅的应用 207

9.7参考文献 208

第10章组网的微光器件 211

10.1 引言 211

10.2通用的器件 211

10.3网络功能 211

10.3.1衰减器 212

10.3.2光功率分配器和方向耦合器 212

10.3.3隔离器 212

10.3.4环形器 212

10.4.1棱镜 213

10.4子器件 213

10.3.5 复用器／解复用器／双工器 213

10.3.6机械开关 213

10.4.2光栅 214

10.4.3滤波器 214

10.4.4光束分路器 214

10.4.5法拉第旋转器 215

10.4.6偏振器 215

10.4.7自聚焦棒透镜 215

10.5器件 215

10.5.3隔离器和环路器 216

10.5.2功率分配和方向耦合器 216

10.5.1衰减器 216

10.5.4复用器／解复用器／双工器 217

10.5.5机械开关 217

10.6参考文献 218

第11章半导体光放大器和波长转换 219

11.1术语表 219

11.2为什么要进行光放大 220

11.2.1光纤放大器 221

11.2.2半导体放大器 221

11.3.1 改变光波长的方案 224

11.3为什么要进行光波长转换 224

11.4参考文献 225

11.3.2半导体光波转换器 225

第12章光时分复用通信网络 227

12.1 术语表 227

12.1.1 定义 227

12.1.2缩写 227

12.1.3符号 228

12.2.1基本概念 229

12.2.2取样 229

12.2引言 229

12.2.3抽样定理 230

12.2.4插入 232

12.2.5解复用——发射机和接收机的同步 234

12.2.6数字信号——脉冲编码调制 234

12.2.7脉冲编码调制 235

12.2.8模－数转换 236

12.2.9二进制数字和线路编码的光表示方法 236

12.2.10定时恢复 238

12.3.1概述 240

12.3.2时分多址 240

12.3时分复用和时分多址 240

12.3.3光域TDMA 242

12.3.4时分复用 243

12.3.5帧与体系 244

12.3.6 SONET和频率调整 245

12.4器件技术介绍 247

12.4.1光时分复用——串行与并行 247

12.4.2器件技术——发射机 247

12.4.3法布里－珀罗激光器 248

12.4.4分布反馈激光器 249

12.4.5锁模激光器 251

12.4.6直接调制或间接调制 252

12.4.7外调制 253

12.4.8电光调制器 253

12.4.9电吸收调制器 254

12.4.10光时钟恢复 255

12.4.11解复用的全光交换 258

12.4.12接收机系统 259

12.4.13超高速光时分复用光线路——一个论文实例 261

12.6进一步阅读的资料 262

12.5总结与展望 262

第13章波分复用（WDM）光纤通信网络 264

13.1引言 264

13.1.1光纤带宽 264

13.1.2 WDM技术介绍 265

13.2光纤损伤 266

13.2.1色散 266

13.2.2光纤非线性 268

13.2.3色散补偿和色散管理 270

13.3.1点到点线路 273

13.3 WDM网络的基本结构 273

13.3.2波长路由网络 274

13.3.3 WDM星、环和网状结构 274

13.3.4网络重构性 275

13.3.5电路交换和数据包交换 276

13.4 WDM网络中的掺铒光纤放大器 278

13.4.1 EDFA级联的增益峰化 278

13.4.2 EDFA增益平坦 279

13.4.3快速动率瞬变 280

13.4.4超宽带EDFA 281

13.5动态信道功率均衡 282

13.6.2相干串扰 284

13.6.1非相干串扰 284

13.6 WDM中的串扰 284

13.7总结 286

13.8致谢 286

13.9参考文献 287

第14章红外光纤 294

14.1 引言 294

14.2非氧化物和重金属氧化物玻璃IR光纤 297

14.2.1 HMFG光纤 297

14.2.2锗酸盐光纤 299

14.2.3硫化物光纤 299

14.3晶体光纤 300

14.3.1 PC光纤 301

14.3.2 SC光纤 302

14.4空心波导 303

14.4.1 空心金属和塑料波导 304

14.4.2空心玻璃波导 304

14.5总结和结论 306

14.6参考文献 306

第15章光纤传感器 310

15.1 引言 310

15.2非本征法布里－珀罗干涉传感器 310

15.3本征法布里－珀罗干涉传感器 312

15.4光纤布拉格光栅传感器 313

15.4.1工作原理 313

15.4.2布拉格光栅传感器制造 314

15.4.3布拉格光栅传感器 315

15.4.4布拉格光栅应变传感器的限制因素 316

15.5长周期光栅传感器 316

15.5.1 工作原理 317

15.5.2 LPG制造过程 317

15.5.3长周期光栅的温度敏感性 319

15.8参考文献 320

15.7结论 320

15.6传感方案的比较 320

15.9进一步阅读的资料 322

第16章光纤通信标准 323

16.1引言 323

16.2 ESCON 323

16.3 FDDI 324

16.4光纤通道标准 325

16.5 ATM/SONET 327

16.6吉比特以太网 328

16.7参考文献 329