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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