光纤通信：普通高等教育“十五”国家级规划教材

第1章　光纤的基本理论　1
1.1　光纤的射线光学分析　1
1.1.1　光纤的结构和分类　1
1.1.2　多模阶跃折射率光纤的射线光学理论分析　3
1.1.3　渐变折射率光纤　5
1.2　阶跃折射率光纤的波动光学理论　6
1.2.1　波动方程　6
1.2.2　波动方程的解和光纤中的模式　7
1.3　渐变折射率光纤的理论分析　21
1.3.1　平方律折射率分布光纤的波动理论解法　21
1.3.2　WKBJ法的基本思想　24
1.4　光纤的损耗　25
1.4.1　引起光纤损耗的因素　25
1.4.2　光纤的损耗特性曲线――损耗谱　26
1.5　光纤的色散　26
1.5.1　光纤色散的概念　26
1.5.2　光纤色散的表示法　28
1.5.3　光纤色散的种类　28
1.6　光纤中的非线性光学效应　29
1.6.1　受激散射效应　29
1.6.2　折射率扰动　30
1.7　单模光纤　31
1.7.1　单模光纤的结构特点　31
1.7.2　单模光纤的基本分析　31
1.7.3　单模光纤的特性参数　32
1.7.4　单模光纤的分类　34
1.8　光纤的制造工艺和光缆的构造　35
1.8.1　光纤的制造工艺　35
1.8.2　光缆的构造　36
1.9　小结　39
习题　40
第2章　光源和光发射机　41
2.1　激光原理的基础知识　41
2.1.1　原子的能级和晶体中的能带　41
2.1.2　能级的跃迁　43
2.1.3　光增益区的形成　44
2.2　半导体激光器　45
2.2.1　基本原理　45
2.2.2　结构理论　48
2.2.3　典型分类　55
2.2.4　模式概念　61
2.2.5　基本性质　65
2.3　半导体发光二极管　71
2.3.1　工作原理　71
2.3.2　结构和分类　71
2.3.3　主要性质　72
2.4　光源的调制原理　73
2.4.1　光源的两种调制方式　73
2.4.2　光源的直接调制　74
2.4.3　LD数字调制过程的瞬态分析　75
2.4.4　光源的间接调制　79
2.5　光发射机和外调制器　80
2.5.1　激光器的实用组件　80
2.5.2　光发射机的组成　81
2.5.3　波导调制器和电吸收调制器　84
2.6　小结　85
习题　86
第3章　光接收机　88
3.1　光接收机简介　88
3.1.1　光接收机的组成　88
3.1.2 光接收机的性能指标　89
3.2　光电检测器　90
3.2.1　PN结的光电效应　90
3.2.2　PIN光电二极管　91
3.2.3　雪崩光电二极管　95
3.3　放大电路及其噪声　98
3.3.1　噪声的数学处理　99
3.3.2　放大器输入端的噪声源　101
3.3.3　场效应管和双极晶体管的噪声源　103
3.3.4　前置放大器的设计　106
3.4　光接收机灵敏度的计算　107
3.4.1　灵敏度计算的一般方法　107
3.4.2　光电检测过程的统计分布和灵敏度的精确计算　108
3.4.3　灵敏度的高斯近似计算　110
3.4.4　S.D.Personick高斯近似计算公式　112
3.5　光接收机的组成模块　120
3.5.1　码间干扰问题与均衡滤波电路　121
3.5.2　接收机的动态范围和自动增益控制电路　123
3.5.3　再生电路　125
3.6　小结　128
习题　130
第4章　光纤通信系统　132
4.1　模拟光纤通信　132
4.2　数字光纤通信系统　134
4.3　SDH系统　137
4.3.1　SDH/Sonet技术的产生　137
4.3.2　SDH技术的特点　138
4.4　数字光纤传输系统的总体设计　141
4.4.1　总体考虑　141
4.4.2　再生段的设计　143
4.5　数字光纤传输系统的性能指标　147
4.5.1　误码性能　147
4.5.2　抖动、漂移性能　150
4.6　光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用　153
4.6.1　掺铒光纤放大器　154
4.6.2　喇曼光纤放大器　160
4.7　小结　163
习题　163
第5章　无源光器件和WDM技术　165
5.1　无源器件的几个常用性能参数　165
5.2　光纤和波导型无源光器件　166
5.2.1　光连接器和光耦合器　166
5.2.2　偏振控制器　169
5.2.3　光纤布拉格光栅　170
5.2.4　Mach-Zahnder滤波器　171
5.2.5　非线性环路镜　172
5.3　光学无源器件　174
5.3.1　偏振分束器　174
5.3.2　光隔离器　175
5.3.3　光环行器　176
5.3.4　自聚焦透镜　177
5.3.5　F-P腔滤波器　178
5.3.6　光栅　179
5.4　波分复用、解复用器件　180
5.4.1　光栅型复用、解复用器　180
5.4.2　干涉膜滤波器型复用、解复用器件　182
5.4.3　阵列波导光栅型复用、解复用器　183
5.5　光开关　185
5.5.1　机械光开关　185
5.5.2　微机械光开关　186
5.5.3　热光开关　187
5.5.4　其他类型的光开关　188
5.6　WDM光纤传输系统　190
5.6.1　波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)和光频分复用(OFDM)　191
5.6.2　波分复用系统的构成　191
5.6.3　WDM系统的标称波长　193
5.6.4　波分复用系统的管理技术　195
5.6.5　大容量WDM实验系统的示例　196
5.7　小结　197
习题　198
第6章　光网络　200
6.1　光网络的发展与演变　200
6.2　光传送网(OTN)　202
6.2.1　光传送网的分层结构　202
6.2.2　光交叉连接(OXC)节点的结构　203
6.2.3　光分插复用器的结构和WDM环形网　207
6.2.4　IP over WDM技术　210
6.3　自动交换光网络(ASON)　212
6.3.1　ASON的体系结构　212
6.3.2　ASON的控制平面　214
6.3.3　ASON的三种连接　216
6.3.4　ASON的特点　217
6.4　光突发交换网　218
6.4.1光突发交换的网络结构和节点结构　218
6.4.2　OBS的MAC层和封装技术　220
6.4.3　OBS的协议　221
6.4.4　光突发交换与自动交换光网络　221
6.5　城域光网络　222
6.5.1　城域光网络概况　222
6.5.2　城域网的技术选择　224
6.6　接入光网络　232
6.6.1　光纤接入网的定义和概况　232
6.6.2　有源光网络　233
6.6.3　点到多点的无源光网络　233
6.6.4　光电混合接入网　237
6.6.5　光纤到户(FTTH)　238
6.7　小结　239
习题　240
第7章　扩大容量和增加功能的新光通信技术　242
7.1　色散补偿　242
7.1.1　概述　242
7.1.2　色散补偿原理　244
7.1.3　色散补偿光纤　245
7.1.4　啁啾光纤光栅法　246
7.1.5　预啁啾技术　247
7.1.6　色散支持传输法　248
7.1.7　频谱反转法　248
7.1.8　色散管理光孤子传输　248
7.1.9　偏振模色散补偿技术　249
7.2　光时分复用技术　250
7.2.1　概述　250
7.2.2　光时分复用原理　250
7.2.3　光时分复用关键技术　251
7.2.4　光时分复用网络　255
7.3　光分组交换　258
7.3.1　概述　258
7.3.2　光分组的编码和组装　260
7.3.3　光分组交换节点结构　261
7.3.4　光同步技术　266
7.3.5　冲突解决方案　266
7.3.6　光逻辑器件　267
7.3.7　对光分组网前景的展望　268
7.4　量子通信　269
7.4.1　概述　269
7.4.2　量子通信的理论基础　269
7.4.3　量子通信的典型方式　270
7.4.4　量子密码术　271
7.4.5　量子通信的特点　272
7.5　小结　272
习题　273
第8章　光纤通信测量　274
8.1　测量的标准　274
8.2　光纤特性的测量　275
8.2.1　光纤衰减常数的测量　275
8.2.2　单模光纤色散的测量　278
8.2.3　单模光纤的偏振模色散的测量　279
8.3　光器件的测量　282
8.3.1　半导体光源的测量　283
8.3.2　半导体光检测器的测量　287
8.3.3　无源光器件的测量　290
8.4　光纤通信系统的测量　292
8.4.1　系统误码性能的测量　292
8.4.2　系统抖动性能的测量　296
8.4.3　系统光接口性能的测量　302
8.5　小结　306
习题　306
参考文献　308