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第1章 光纤通信系统 1

1.1历史回顾 1

1.2基本通信系统 2

1.2.1信源 2

1.2.2调制器 3

1.2.3载波源 4

1.2.4信道耦合器 5

1.2.5信道 5

1.2.6检测器 6

1.2.7信号处理器 7

1.2.8信宿 7

1.2.9一些数据 8

1.2.10以分贝表示的功率 12

1.3光的属性 14

1.3.1光的波动性 14

1.3.2光的粒子性 16

1.4光纤的优点 17

1.5光纤通信的应用 21

1.6总结和讨论 25

习题 28

参考资料 30

第2章 光学概要 31

2.1射线理论及其应用 31

2.2透镜 33

2.3成像 36

2.4数值孔径 39

2.5衍射 40

2.6总结和讨论 43

习题 44

参考资料 45

第3章 波动学基础 46

3.1电磁波 46

3.2色散、脉冲畸变和信息速率 48

3.2.1材料色散和脉冲畸变 49

3.2.2光孤子 53

3.2.3信息速率 54

3.3偏振 58

3.4谐振腔 58

3.5平面边界上的反射 61

3.6全反射临界角 64

3.7总结和讨论 66

习题 67

参考资料 68

第4章 集成光波导 69

4.1电介质平板波导 69

4.2对称平板波导中的模式 70

4.2.1模式条件 71

4.2.2 TE偏振和TM偏振 72

4.2.3 TE模式图 72

4.2.4高阶模 73

4.2.5 TM模式图 75

4.2.6模式场分布图 76

4.3非对称平板波导中的模式 76

4.4波导的耦合 77

4.4.1边耦合 77

4.4.2棱镜耦合 80

4.4.3光栅耦合 81

4.5平板波导的色散和失真 82

4.5.1波导色散 82

4.5.2多模失真 83

4.6集成光器件 84

4.6.1无源器件 84

4.6.2有源器件 85

4.6.3光电子集成光学 87

4.7总结和讨论 87

习题 88

参考资料 89

第5章 光纤波导 90

5.1阶跃折射率光纤 90

5.2渐变折射率光纤 92

5.3衰耗 95

5.3.1玻璃 96

5.3.2吸收 96

5.3.3瑞利散射 98

5.3.4不均匀性 99

5.3.5几何效应 99

5.3.6总损耗 99

5.4阶跃折射率光纤中的模式和场 103

5.4.1模式 103

5.4.2光斑尺寸 104

5.4.3单模传播 105

5.4.4双折射和偏振 105

5.4.5阶跃折射率光纤中的电场 106

5.5渐变折射率光纤中的模式和场 107

5.6光纤中的脉冲畸变和信息速率 109

5.6.1阶跃折射率光纤中的畸变 109

5.6.2单模光纤中的畸变 111

5.6.3渐变折射率光纤中的畸变 114

5.6.4脉冲展宽与传输光纤长度之间的关系 114

5.7光纤的制造 116

5.7.1双坩埚法 116

5.7.2管中棒法 116

5.7.3掺杂沉积石英法 117

5.7.4外部沉积法 117

5.7.5轴向沉积法 117

5.7.6内部沉积法 118

5.7.7光纤的拉制 119

5.7.8塑料包层石英光纤 120

5.8光缆 120

5.9总结和讨论 125

习题 127

参考资料 129

第6章 光源和光放大器 131

6.1发光二极管 131

6.2发光二极管的工作特性 134

6.3激光器原理 138

6.4半导体激光器 141

6.5半导体激光器的工作特性 142

6.6 窄谱宽和可调谐半导体激光器 146

6.6.1分布反馈式半导体激光器 146

6.6.2可调谐半导体激光器 148

6.7光放大器 149

6.7.1半导体光放大器 149

6.7.2掺饵光纤放大器 150

6.7.3掺饵波导光放大器 151

6.7.4拉曼放大器 152

6.7.5噪声系数 154

6.7.6光放大器的应用 155

6.8光纤激光器 155

6.9垂直腔面发射激光器 156

6.10总结和讨论 157

习题 158

参考资料 160

第7章 光检测器 161

7.1光检测原理 161

7.2光电倍增器 162

7.3半导体光电二极管 164

7.4 PIN型光电二极管 165

7.4.1截止波长 166

7.4.2材料 166

7.4.3电流-电压特性 167

7.4.4响应速度 169

7.4.5电流-电压转换器 170

7.4.6封装 171

7.5雪崩光电二极管 171

7.6总结和讨论 172

习题 173

参考资料 175

第8章 耦合器与连接器 176

8.1连接器原理 176

8.1.1横向错位 177

8.1.2角度错位 179

8.1.3光纤端面分离 181

8.1.4平滑而且平行的光纤端面 183

8.1.5不同光纤之间的连接 183

8.1.6连接点的反射 184

8.2光纤头预处理 184

8.3接头 186

8.3.1熔接 186

8.3.2粘接 187

8.3.3无胶粘快速接头 189

8.3.4带状连接 189

8.3.5连接头的损耗和选择 190

8.4连接器 190

8.4.1连接器要求 190

8.4.2常规连接器 191

8.4.3小尺寸连接器 193

8.4.4交叠型连接器 194

8.4.5透镜式连接器 194

8.4.6多通道连接器 195

8.4.7连接器损耗 196

8.5光源耦合 196

8.5.1反射损耗 197

8.5.2面积失配损耗 197

8.5.3封装比损耗 197

8.5.4数值孔径损耗 197

8.5.5单模光纤耦合 201

8.6总结和讨论 201

习题 201

参考资料 202

第9章 分布式网络与光纤器件 204

9.1分布式网络 204

9.1.1双工网络 206

9.1.2 T形网络 206

9.1.3星形网络 207

9.1.4环形网络 209

9.1.5混合分布式系统 210

9.1.6多纤系统 210

9.2定向耦合器 211

9.3星形耦合器 214

9.4开关 215

9.5光纤隔离器 217

9.6波分复用 219

9.6.1波分复用基础 220

9.6.2复用器的设计 222

9.6.3四波混频 224

9.7光纤布拉格光栅 225

9.8阵列波导光栅 226

9.8.1器件工作原理 226

9.8.2路由器的物理实现 227

9.8.3 AWG的制作 228

9.8.4器件的性能 228

9.8.5器件的应用 229

9.9 MEMS开关 229

9.9.1 MEM S 229

9.9.2 MEM S反射镜 229

9.9.3 MEM S开关 230

9.9.4 MEM S开关性能 231

9.9.5 MEMS的应用 232

9.10其他元件：衰减器、环行器和偏振控制器 233

9.10.1衰减器 233

9.10.2环行器 233

9.10.3偏振控制器 234

9.11总结和讨论 234

习题 235

参考资料 238

第10章 调制 239

10.1发光二极管的调制及其电路 239

10.1.1模拟调制 239

10.1.2数字调制 242

10.2半导体激光器的调制及其电路 244

10.2.1模拟调制 244

10.2.2数字调制 245

10.3模拟调制格式 245

10.3.1 AM/IM副载波调制 245

10.3.2频分复用 246

10.3.3 FM/IM副载波调制 247

10.4数字调制格式 248

10.4.1脉冲编码调制 248

10.4.2其他数字格式 251

10.4.3电域时分复用 252

10.4.4光域时分复用 253

10.5电吸收式调制器 254

10.6光外差接收机 256

10.6.1外差检测 257

10.6.2半导体激光器的频率调制 259

10.6.3光频分复用 260

10.6.4外差检测的优点和问题 261

10.7总结和讨论 261

习题 263

参考资料 264

第11章 噪声与检测 266

11.1热噪声与散弹噪声 266

11.1.1热噪声 266

11.1.2散弹噪声 267

11.2信噪比 268

11.2.1恒定功率 269

11.2.2雪崩光电二极管的过剩噪声 272

11.2.3等效噪声功率 273

11.2.4模拟调制信噪比 275

11.2.5外差信噪比 276

11.3误码率 276

11.3.1受限于热噪声的误码率 277

11.3.2散弹噪声极限误码率 279

11.4模式噪声、模分配噪声、放大器噪声、激光器噪声和抖动 282

11.4.1模式噪声 282

11.4.2模分配噪声 283

11.4.3电放大器噪声 283

11.4.4光放大器噪声 286

11.4.5激光器噪声 287

11.4.6抖动和眼图 288

11.5其他噪声源 289

11.5.1电流噪声 289

11.5.2背景噪声 289

11.6接收电路设计 289

11.6.1双极晶体管和FET放大器 289

11.6.2高阻抗放大器 290

11.6.3跨阻抗放大器 291

11.6.4集成的检测器前置放大器 291

11.6.5混合接收机模块 292

11.7总结和讨论 292

习题 293

参考资料 296

第12章 系统设计 297

12.1模拟系统的设计 297

12.1.1系统性能指标 297

12.1.2功率预算 298

12.1.3带宽预算 299

12.2数字系统的设计 300

12.2.1系统性能指标 300

12.2.2上升时间的预算 301

12.2.3功率预算 303

12.2.4量子噪声极限接收机灵敏度 303

12.2.5受限于热噪声的接收机灵敏度 305

12.2.6受限于广义热噪声的接收机灵敏度 306

12.3总结和讨论 309

习题 309

参考资料 310

部分习题答案 311

参考文献 321

索引 328