第一部分 基础篇 1
第1章 绪论 1
1.1 光纤通信的发展 1
1.1.1 光纤通信的概念 1
1.1.2 光纤通信的优点 2
1.1.3 光纤通信的发展与现状 4
1.2 光纤通信系统 5
1.2.1 系统的概念及模型 5
1.2.2 五代光纤通信系统 9
1.3 光纤通信网络 10
1.3.1 网络的概念 10
1.3.2第二代光纤通信网络 12
1.4 现代光纤通信的特点 16
2.1.1 几何光学分析法 18
2.1 通信光纤概述 18
第2章 通信光纤 18
2.1.2 波动理论分析法 23
2.2 光纤的损耗特性 28
2.2.1 损耗的表示方法—损耗系数 28
2.2.2 损耗机理及损耗谱 29
2.3 光纤的色散特性 31
2.3.1 波长色散 31
2.3.2 材料色散 33
2.3.3 波导色散 36
2.3.4 高阶色散 38
2.3.5 偏振模色散(PMD) 39
2.4 光纤中信号的线性传输 40
2.4.1 基本的传输方程 40
2.4.2 光脉冲的展宽 40
2.5 新型的单模光纤 45
2.5.2 大有效面积光纤(LEAF) 46
2.5.1 色散位移光纤(DSF) 46
2.5.3 保偏光纤(PMF) 47
2.5.4 全波长光纤(All Wave) 48
2.5.5 色散补偿光纤(DCF) 48
2.5.6 色散平坦光纤 49
2.6 光纤的非线性效应 49
2.6.1 克尔效应 50
2.6.2 自相位调制(SPM) 50
2.6.3 交叉相位调制(XPM／CPM) 51
2.6.4 四波混频(FWM) 52
2.6.5 受激拉曼散射(SRS) 53
2.6.6 受激布里渊散射(SBS) 54
2.7 光纤中信号的非线性传输 55
2.7.1 非线性传播方程 55
2.7.2 光脉冲的压缩 55
2.7.3 光孤子脉冲 56
3.2.1 发光基理 60
3.2 半导体发光器件 60
第3章 光纤通信器件 60
3.1 光器件概述 60
3.2.2 发光二极管(LED) 64
3.2.3 半导体激光器的原理 66
3.2.4 半导体激光器的性质 69
3.2.5 DFB和DBR半导体激光器 74
3.2.6 垂直腔面发光激光器(VCSEL) 75
3.2.7 光纤光栅外腔可调谐半导体激光器 75
3.2.8 超短光脉冲激光器 76
3.3 半导体光检测器 77
3.3.1 工作原理 77
3.3.2 PIN 81
3.3.3 APD(雪崩光电二极管) 83
3.4 光纤耦合器与隔离器 84
3.4.1 NXN星型耦合器 84
3.4.2 方向耦合器 85
3.4.3 光隔离器和环形器 86
3.5 光开关 87
3.5.1 光开关的概念与特点 87
3.5.2 主要的几种光开关 88
3.6 光纤光栅 89
3.6.1 光纤光栅的概念与分类 89
3.6.2 短周期布拉格FBG和长周期LPG光纤光栅 90
3.6.3 光纤光栅的制作方法 91
3.6.4 光纤光栅的应用 92
3.7 光波长复用器与滤波器 92
3.7.1 概述 92
3.7.2 光纤光栅 92
3.7.3 马赫-曾德尔干涉仪(MZI) 93
3.7.4 阵列波导光栅(AWG) 94
3.7.5 声光可调滤波器(AOTF) 96
3.8 光波长变换器 97
3.8.1 概述 97
3.8.2 光电光型波长变换器 98
3.8.3 全光型波长变换器 98
3.8.4 波段变换器 100
第4章 光波复用与放大 101
4.1 光波复用与放大概述 101
4.2 波分复用(WDM) 102
4.2.1 WDM基本原理 102
4.2.2 大容量的WDM传输 103
4.2.3 波长选路网络WRN 107
4.3 光码分复用(OCDMA) 108
4.3.1 OCDMA基本原理 108
4.3.2 OCDMA编解码 110
4.3.3 OCDMA网络 112
4.4.1 OTDM基本原理 113
4.4 光时分复用(OTDM) 113
4.4.2 OTDM合路／分路器 114
4.4.3 OTDM分组网络 115
4.5 光纤放大器(EDFA) 117
4.5.1 基本概念 117
4.5.2 增益 120
4.5.3 增益特性 122
4.5.4 噪声 124
4.5.5 噪声指数(NF) 128
4.6 半导体光放大器(SOA) 129
第二部分 系统篇 131
第5章 光纤传输系统 131
5.1 两种典型应用的光纤传输系统 131
5.1.1 IM-DD系统 131
5.1.2 EDFA+WDM系统 138
5.2.1 相干检测系统 142
5.2 其它光纤传输系统 142
5.2.2 光纤孤子传输系统 146
5.2.3 SCM系统 148
第6章 传输系统设计 152
6.1 系统设计考虑 152
6.2 光发送机 153
6.2.1 平均输出光功率 153
6.3 光接收机 154
6.2.3 光信噪比(OSNR) 154
6.2.2 消光比 154
6.3.1 接收灵敏度 155
6.3.2 接收机过载功率 155
6.4 光放大器 156
6.4.1 放大器的级联 156
6.4.2 自动增益控制(AGC) 157
6.4.3 光监控通道(OSC) 158
6.5.2 G.652光纤(常规单模光纤) 160
6.5.1 概述 160
6.5 光纤的选用 160
6.5.3 G.653光纤(色散位移光纤) 161
6.5.4 G.655光纤(非零色散位移光纤) 161
6.5.5 大有效面积光纤 162
6.6 IM-DD系统 162
6.6.1 光功率预算 163
6.6.2 色散预算 164
6.6.3 上升时间预算 166
6.7 EDFA+WDM系统 168
6.7.1 波长分配方案 168
6.7.2 通道间隔与波长数目 169
6.7.3 串扰 169
6.7.4 光放大器的跨度 173
6.7.5 单通道的光功率 174
第7章 传输系统性能评估 176
7.1.1 强度调制直接检测系统 177
7.1 基本光传输系统的数学模型 177
7.1.2 相位调制相干系统 179
7.2 光传输系统的性能评定 181
7.2.1 直接检测系统的性能 183
7.2.2 相干系统的性能 190
7.2.3 IM-DD WDM系统中的串扰 190
7.3 采用光放大器的传输系统 192
7.3.1 光放大系统的设计 192
7.3.2 理想光纤传输条件下光放大系统的性能 194
第三部分 网络篇 199
第8章 光网络 199
8.1 计算机互连 199
8.1.1 CSMA／CD光纤总线网 201
8.1.2 光纤分布式数据接口FDDI 206
8.1.3 高性能并行接口HIPPI 209
8.1.4 光纤通道 210
8.2 用户接入 213
8.2.1 光纤同轴混合网(HFC) 214
8.2.2 光纤到户(FTTH) 218
8.3 长途传送 218
8.3.1 SDH同步网络 218
8.3.2 多波长光网络 220
第9章 SDH光同步数字传送网 222
9.1 基本概念 222
9.1.1 什么是SDH 222
9.1.2 SDH的优点 223
9.1.3 SDH的速率体系 225
9.1.4 SDH的帧结构 226
9.1.5 STM-1段开销功能 228
9.2 SDH的同步复用原理 230
9.2.1 虚容器(VC)与通道(P) 230
9.2.2 复用映射结构与过程 233
9.2.3 2.048Mbit／s(2M 口)举例 235
9.2.4 ATM信元的映射 238
9.2.5 IP数据报的映射 239
9.3 SDH网络同步 239
9.3.1 SDH网络同步的必要性 239
9.3.2 SDH网络同步方法 240
9.3.3 网同步示例 243
9.4 SDH网络结构 244
9.4.1 分层 244
9.4.2 自愈环 245
9.5 SDH网络保护-自愈环网 246
9.5.1 通道保护(PPS) 247
9.5.2 复用段共享保护(MS-SPRing) 248
9.6 SDH节点设备 249
9.6.1 TM(终端复用器) 249
9.6.2 ADM(分插复用器) 251
9.6.3 DXC(数字交叉连接) 252
9.7 SDH网管 254
9.7.1 SDH网管概念 254
9.7.2 SDH网管功能 255
9.8 网管系统 256
第10章 WDM光传送网络(OTN) 258
10.1 基本概念 258
10.1.1 WDM光传送网的优点 258
10.1.2 光通道与光路由选择策略 259
10.2 分层体系结构 260
10.2.1 光通道层(OCH) 261
10.2.2 光复用段层(OMS) 261
10.2.3 光放大/传输层(OA/TS) 261
10.3 波长选路与光交换 264
10.3.1 光交换及优点 264
10.3.2 波长选路 264
10.3.3 波长交换 266
10.4 网络监控与管理 268
10.4.1 管理网的特点 268
10.4.2 管理通道的实现 269
10.4.3 光传送网管理系统的结构 272
10.5 WDM光传送网的节点设备 273
10.5.1 WXC的功能要求 275
10.5.2 基于空间交换的WXC的结构 276
10.5.3 基于多波长滤波器(MWSF)的WXC结构 277
10.5.4 基于平行波长开关的WXC结构 278
10.5.5 基于阵列波导光栅复用器(AWGM)和波段变换器(WID(n，r))的WXC结构 279
第四部分 应用篇 281
第11章 多业务光纤接入网 281
11.1 接入业务 281
11.1.1 电话业务 282
11.1.2 同轴电缆有线电视网(CATV) 283
11.1.3 IP业务 283
11.1.4 异步转移模式(ATM) 286
11.2 无源光网络(PON) 290
11.2.1 电话无源光网络(TPON) 292
11.2.2 WDM-PON 293
11.2.3 WR-PON 294
11.3 PON的应用 296
11.3.1 APON(ATM+PON) 296
11.3.2 用户环路载波系统(SLC系统) 300
11.4 采用电缆调制解调器(Cable Modem)的HFC网 302
11.4.1 双向Cable Modem系统 304
11.4.2 单向Cable Modem系统 307
第12章 高速光纤计算机网 311
12.1 光纤局域网概述 311
12.2 高速光纤数据分布接口(FDDI环网) 312
12.2.1 FDDI原理 312
12.2.2 网络构成 314
12.3.1 吉比特光纤以太网 316
12.3 超高速光纤以太网 316
12.3.2 交换式以太网 319
12.3.3 吉比特计算机网 321
12.4 其它计算机网络(DQDB) 326
12.4.1 DQDB的特点 326
12.4.2 DQDB的工作原理 326
12.4.3 DQDB的体系结构 327
12.5 光互联网简介 330
12.5.1 光互联网的概念 330
12.5.2 光互联网的体系结构与波长路由器 332
附录1 有助于误差概率计算的数学知识 335
A1.1 马可尼Q函数 335
A1.2 高斯随机变量二次厄密共轭形式的分布 336
A1.3 柯西方程以及它的近似 338
附录2 英文缩写词 341
主要参考文献 346