第1章 概述 1
1.1 光纤通信技术发展 1
1.1.1 光纤通信史回顾 1
1.1.2 电缆网络的缺点 2
1.1.3 三种基本的光纤通信系统 4
1.1.4 光纤接入网技术介绍 5
1.1.5 三代网络技术比较 6
1.1.6 光传送网的关键技术 8
1.1.7 通信网络的分层结构 10
1.2 光波基础 12
1.2.1 光的本质 12
1.2.2 均匀介质中的光波 13
1.2.3 相速度和折射率 17
1.2.4 群速度和群折射率 18
1.3 光与介质的相互作用 20
1.3.1 斯奈尔定律和全反射 20
1.3.2 菲涅耳方程 22
1.3.3 光多次干涉和谐振 28
1.3.4 古斯-汉森相移和光学隧道效率 32
1.3.5 相干 33
1.3.6 衍射 35
1.3.7 偏振 39
1.3.8 双折射--光在各向异性介质中的传输 41
1.3.9 非线性光学效应 45
1.4.1 波导条件 46
1.4 平面介质波导 46
1.4.2 单模和多模波导 48
习题 48
第2章 光纤和光缆 52
2.1 光纤结构和类型 52
2.1.1 多模光纤 53
2.1.2 单模光纤 56
2.2 光纤传输原理 56
2.2.1 传输条件 57
2.2.2 光纤模式 58
2.2.3 单模光纤的基本特性 65
2.3 光纤传输特性 68
2.3.1 衰减 68
2.3.2 色散 70
2.3.3 比特速率 78
2.3.4 带宽 80
2.3.5 非线性光学效应 85
2.4 单模光纤的进展和应用 88
2.4.1 G.652标准单模光纤 89
2.4.2 G.653色散移位光纤 89
2.4.3 G.654衰减最小光纤 89
2.4.4 G.655非零色散光纤 89
2.4.5 全波光纤 90
2.4.6 色散补偿光纤 91
2.5 光纤的选择 93
2.6.1 对光缆的基本要求 95
2.6 光缆 95
2.6.2 光缆结构和类型 97
2.6.3 海底光缆 99
习题 102
第3章 光纤通信器件 104
3.1 连接器 104
3.1.1 连接损耗 105
3.1.2 活动连接器结构和特性 105
3.1.3 接头 107
3.1.4 连接方法的比较 108
3.2 耦合器 109
3.3 可调谐光滤波器 111
3.3.1 法布里-珀罗滤波器 112
3.3.2 马赫-曾德尔滤波器 116
3.3.3 光栅滤波器 118
3.3.4 光纤环路谐振带通滤波器 122
3.3.5 调谐滤波器的性能比较 122
3.4.1 棱镜解复用器 123
3.4 波分复用/解复用器 123
3.4.2 光栅解复用器 124
3.4.3 介质薄膜干涉滤波器解复用器 127
3.4.4 熔拉双锥耦合波分复用器 129
3.5 调制器 130
3.5.1 电光调制器 131
3.5.2 声光调制器 137
3.5.3 电吸收波导调制器 139
3.6 光开关 140
3.6.1 机械光开关 141
3.6.2 波导光开关 143
3.7 光环行器 147
3.8 光隔离器 148
3.9 分插复用器 150
3.10 波长转换器 151
3.11 交叉连接器 152
习题 153
4.1 概述 154
第4章 光源和光发射机 154
4.2 发光机理 155
4.2.1 发光机理 155
4.2.2 受激发射条件 158
4.2.3 光增益 160
4.2.4 激光器起振的阈值条件 162
4.2.5 激光器起振的相位条件 164
4.3 器件结构 166
4.3.1 异质结半导体激光器 166
4.3.2 量子限制激光器 167
4.3.3 分布反馈激光器 169
4.4 波长可调谐半导体激光器 172
4.5 垂直腔表面发射激光器 177
4.6 半导体激光器的特性 178
4.6.1 半导体激光器的基本特性 178
4.6.2 模式特性 183
4.6.3 调制响应 184
4.6.4 半导体激光器噪声 187
4.7 光发射机设计 189
4.7.1 驱动电路 190
4.7.2 可靠性 193
4.8 光频稳定及其控制 193
4.9 对激光器的保护 195
4.9.2 激光器过流保护 196
4.9.3 反向冲击电流保护 196
4.9.1 光源慢启动保护 196
4.9.4 焊接和静电保护 197
4.10 光纤激光器 197
4.10.1 掺铒光纤激光器 197
4.10.2 光纤光栅分布反馈式(DFB)激光器 199
习题 199
第5章 光探测及光接收机 201
5.1 光探测原理 201
5.2.1 PIN光电二极管 203
5.2 光电二极管 203
5.2.2 雪崩光电二极管 205
5.2.3 响应带宽 207
5.2.4 新型APD结构 209
5.2.5 MSM光电探测器 212
5.3 数字光接收机 212
5.3.1 前置放大器 213
5.3.2 线性通道 214
5.3.3 数据恢复 215
5.4 接收机信噪比(SNR) 216
5.4.1 噪声机理 216
5.4.2 PIN光接收机 217
5.4.3 APD接收机 218
5.5 接收机误码率和灵敏度 222
5.5.1 比特误码率 222
5.5.2 最小平均接收光功率 225
5.5.3 光电探测器的量子限制 227
5.6 灵敏度下降机理 229
5.7 光接收机的性能 231
5.8 相干检测 231
5.8.1 基本概念 232
5.8.2 信噪比(SNR) 234
5.8.3 解调方式 235
习题 237
第6章 调制、编码和复用 239
6.1 概述 239
6.1.1 调制 239
6.1.2 编码 241
6.1.3 复用 243
6.2 副载波调制 245
6.2.1 模拟剧载波调制 245
6.2.2 数字副载波调制 248
6.3.1 模拟强度光调制 251
6.3 光调制 251
6.3.2 数字强度光调制 252
6.3.3 相干系统光调制 253
6.4 脉冲编码调制 256
6.4.1 取样、量化和编码 257
6.4.2 线性编码PCM 260
6.4.3 压缩和扩张 261
6.4.4 差分PCM和增量调制 262
6.5.1 工作原理 263
6.5 频分复用 263
6.5.2 FDM对传输带宽的要求 265
6.5.3 FDM系统功率代价 265
6.5.4 互调产物(IMP) 266
6.5.5 载频间距 269
6.6 微波副载波复用(SCM) 270
6.6.1 副载波复用的特点 271
6.6.2 模拟SCM光波系统 272
6.7.1 时分复用工作原理 276
6.7 时分复用(TDM) 276
6.7.2 时分复用传输帧效率 279
6.7.3 TDM应用 280
6.8 光复用技术 280
6.8.1 波分复用 281
6.8.2 光时分复用技术 282
6.8.3 光码分复用 285
习题 288
7.1 一般概念 290
第7章 光放大器 290
7.1.1 增益频谱和带宽 291
7.1.2 增益饱和 292
7.1.3 放大器噪声 293
7.1.4 光放大器应用 295
7.2 半导体光放大器 296
7.2.1 放大器设计 296
7.2.2 行波光放大器特性 299
7.2.3 半导体光放大器的应用 302
7.3 光纤拉曼放大器 303
7.3.1 分布式拉曼放大器的工作原理和特性 304
7.3.2 拉曼放大器对系统性能的影响 309
7.3.3 拉曼放大技术应用 310
7.4 光纤布里渊放大器 312
7.5 掺铒光纤放大器 313
7.5.1 掺铒光纤结构 313
7.5.2 工作原理及其特性 315
7.5.3 掺铒光纤放大器的优点 321
7.5.4 EDFA的应用 322
7.5.5 实用EDFA构成 323
7.5.6 掺镨光纤放大器 324
7.6 光放大器系统应用 324
7.6.1 前置放大器 325
7.6.2 放大器级联 327
习题 331
8.1.1 系统结构 332
第8章 系统设计 332
8.1 系统结构和限制 332
8.1.2 损耗限制系统 337
8.1.3 色散限制系统 337
8.2 功率预算 339
8.2.1 陆地系统功率预算 339
8.2.2 海底光缆系统功率预算 340
8.3 功率代价因素 344
8.3.1 光纤模式噪声 345
8.3.2 色散引起的脉冲展宽 346
8.3.3 激光器模式分配噪声 347
8.3.4 LD的频率啁啾 350
8.3.5 反射噪声 352
8.4 带宽设计 355
8.5 单信道光纤通信系统设计 357
8.5.1 模拟系统设计 358
8.5.2 数字系统设计 361
8.6.1 中心频率和信道间隔 364
8.6 DWDM系统工程设计 364
8.6.2 线性串话 365
8.6.3 非线性串话 367
8.6.4 光放大器系统设计 371
8.6.5 光功率预算 374
8.6.6 网络管理 375
8.6.7 网络保护和生存对策 376
8.6.8 网络互联 377
8.6.9 DWDM网络信道数计算 377
习题 377
第9章 色散限制、补偿和管理 380
9.1 色散引起脉冲展宽 381
9.1.1 基本传输方程 381
9.1.2 高斯脉冲输入 382
9.2 色散对系统性能的限制 385
9.2.1 对系统比特速率的限制 385
9.2.2 对系统传输距离的限制 387
9.3 后补偿技术 389
9.4 前补偿技术 389
9.4.1 预啁啾补偿 389
9.4.2 FSK调制补偿 391
9.4.3 双二进制编码 391
9.4.4 半导体光放大器产生啁啾补偿 392
9.4.5 光纤引入啁啾 392
9.5 负色散DCF补偿 393
9.6 光滤波器补偿 395
9.6.1 法布里-珀罗干涉滤波器 396
9.6.2 马赫-曾德尔干涉滤波器 396
9.6.3 光纤光栅滤波器 397
9.7 相位共轭补偿 401
9.8 镜像相位阵列补偿 402
9.9 宽带系统色散补偿 404
9.9.1 光时分复用系统色散补偿 404
9.9.2 波分复用系统色散补偿 405
9.10 色散管理 408
9.10.1 长距离系统色散管理 408
9.10.2 动态色散管理 409
习题 410
附录 412
附录A 习题答案 412
附录B 电磁波频率与波长的换算 414
附录C2 dB值和功率比(dB=10log10(P2lP1)) 415
附录C1 dBm与mW换算表 415
附录C3 百分损耗(%)与分贝(dB)损耗换算表 416
附录D PDH与SDH速率等级 416
附录E △λ和△V的关系 417
附录F 物理常数 418
附录G ITU-T关于WDM系统波长安排 418
附录H 名词术语索引 420
附录I 例题目录 439
参考文献 441