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第1章 概述1

1.1 光通信的基本概念1

1.1.1 光波的电磁频谱1

1.1.2 激光器产生的理想光载波2

1.1.3 大气光通信3

1.1.4 理想的光波传输介质——光纤3

1.2 光纤通信的优点4

1.3 光纤通信的系统组成6

1.4 光纤通信的回顾与展望7

1.4.1 长波长激光器8

1.4.2 单模光纤8

1.4.3 SDH传输体制8

1.4.4 光放大器10

1.4.5 WDM复用技术10

1.4.6 全光网络12

1.5 光波技术基础13

1.5.1 光的波粒二象性13

1.5.2 光与物质的相互作用15

1.5.3 电介质的极化16

1.5.4 光波的传播特性17

习题一19

第2章 光纤20

2.1 光纤与光缆20

2.1.1 光纤的结构20

2.1.2 光纤的主要成分21

2.1.3 光纤的制造工艺简介21

2.1.4 光缆的技术要求22

2.1.5 光缆的结构23

2.1.6 常用光缆的典型结构23

2.2 光纤的折射率分布25

2.3 光在光纤中的几何传输26

2.3.1 反射和折射26

2.3.2 全反射定律26

2.4 光纤的数值孔径NA27

2.5 光的波动性28

2.6 光纤介质的特性29

2.7 光纤模式30

2.7.1 模的概念30

2.7.2 多模光纤中的模式数目31

2.7.3 单模光纤的传播模32

2.7.4 偏振模32

2.8 光纤的模式色散32

2.8.1 模间时延差32

2.8.2 模间色散的减少33

2.8.3 多模光纤的最大比特率33

2.9 单模光纤的波长色散或色度色散34

2.9.1 相速34

2.9.2 群速34

2.9.3 材料色散35

2.9.4 波导色散35

2.9.5 色散补偿35

2.10 光纤的损耗36

2.10.1 损耗系数36

2.10.2 光纤可用频谱36

2.11单模光纤37

2.11.1 模场直径37

2.11.2 单模光纤的分类及折射率剖面38

2.12光纤的非线性效应40

2.12.1 自相位调制SPM41

2.12.2 四波混频FWM41

2.12.3 受激布里渊散射SBS41

2.12.4 受激拉曼散射SRS42

2.13 光孤子的定性描述42

习题二42

第3章 光源与光检测器44

3.1 半导体LD的工作原理45

3.1.1 光放大45

3.1.2 F-P腔半导体激光器48

3.2 输出光功率及光源与光纤的耦合49

3.2.1 阈值特性49

3.2.2 注入电流（I）与光功率（P）响应特性49

3.2.3 光源与光纤的耦合50

3.3 LD的输出光谱52

3.3.1 多纵模LD52

3.3.2 单纵模LD53

3.4 LD的调制响应53

3.5 LD的温度特性与自动温度控制（ATC）55

3.6 LD的输出光功率稳定性与自动功率控制（APC）56

3.7 DFB和DBR激光器58

3.8 调谐激光器59

3.8.1 外腔调谐激光器60

3.8.2 双电极半导体激光器60

3.9 其他类型的激光器60

3.9.1 垂直腔面发光激光器（VCSELs）60

3.9.2 锁模激光器61

3.9.3 量子阱（QW）激光器62

3.9.4 多波长激光器阵列63

3.10 激光器组件63

3.11 半导体LED64

3.11.1 LED的结构64

3.11.2 LED的特性66

3.12 光检测器67

3.12.1 波长响应68

3.12.2 光电转换效率与响应度68

3.12.3 响应速度70

3.12.4 噪声70

3.13 PIN71

3.14 APD72

3.14.1 APD的结构72

3.14.2 雪崩增益73

习题三74

第4章 无源光器件75

4.1 光纤连接器75

4.1.1 光纤连接损耗75

4.1.2 光纤连接方法76

4.1.3 常用的几种连接器78

4.2 光纤耦合器79

4.3 光开关81

4.3.1 光开关的性能参数81

4.3.2 主要的几种光开关82

4.4 光纤光栅84

4.4.1 光纤光栅的结构84

4.4.2 布拉格光纤光栅BFG85

4.4.3 长周期光纤光栅LFG85

4.5 光滤波器85

4.5.1 F-P腔型滤波器85

4.5.2 M-Z干涉滤波器87

4.5.3 阵列波导光栅（AWG）88

4.5.4 声光可调滤波器（AOTF）89

4.5.5 光纤光栅滤波器91

4.6 WDM合波／分波器92

4.6.1 多层介质薄膜MDTFF92

4.6.2 熔锥型93

4.6.3 光纤光栅型93

4.7 光隔离器与光环形器94

4.8 光锁相环与非线性光环镜NLOM95

习题四96

第5章 光放大器97

5.1 引言97

5.2 掺铒光纤放大器EDFA98

5.2.1 EDFA的放大原理98

5.2.2 EDFA的组成结构99

5.2.3 EDFA的增益与带宽101

5.2.4 EDFA的噪声类型101

5.3 受激拉曼光纤放大器SRA102

5.3.1 SRA的放大原理102

5.3.2 SRA的性能与应用104

5.4 受激布里渊光纤放大器SBA104

5.4.1 SBA的放大原理104

5.4.2 SBA的性能与应用105

5.5 其他光纤放大器105

5.6 半导体光放大器SOA106

5.6.1 SOA的放大原理107

5.6.2 SOA的性能与应用108

5.7 光放大器的应用108

5.8 光纤激光器109

5.8.1 掺铒光纤激光器110

5.8.2 光纤光栅激光器110

5.8.3 光纤受激拉曼和受激布里渊激光器111

5.9 光波长变换器111

5.9.1 半导体光放大器（SOA）中的交叉增益调制（XGM）技术112

5.9.2 半导体光放大器中的交叉相位调制（XPM）技术112

5.9.3 半导体光放大器中的四波混频（FWM）技术113

习题五114

第6章 光发送机与光接收机115

6.1 调制信号的格式115

6.1.1 单极性与双极性115

6.1.2 归零（RZ）与不归零（NRZ）116

6.1.3 扰码117

6.1.4 线路码（4B/5B、8B/10B）117

6.2 直接调制IM光发送机117

6.2.1 模拟调制118

6.2.2 数字调制118

6.3 外调制119

6.3.1 电折射调制器119

6.3.2 M-Z型调制器119

6.3.3 声光布喇格调制器120

6.3.4 电吸收MQW调制器121

6.3.5 ASK/PSK/FSK方式121

6.4 光接收机122

6.4.1 理想的数字光接收机122

6.4.2 实际的光接收机122

6.4.3 前置放大器噪声124

6.4.4 APD噪声124

6.4.5 光放大器噪声124

6.4.6 误码率125

6.5 相干接收129

习题六133

第7章 光纤通信系统及设计134

7.1 模拟光纤传输系统概述134

7.1.1 系统构成134

7.1.2 模拟调制技术135

7.1.3 主要的噪声和信噪比135

7.2 典型的模拟光纤通信系统136

7.2.1 基带直接强度调制136

7.2.2 多信道传输137

7.2.3 VSB-AM/FM调制传输138

7.2.4 微波SCM多路传输140

7.3 数字光纤通信系统141

7.3.1 系统构成141

7.3.2 PDH与SDH传输体制143

7.3.3 误码特性和抖动特性145

7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计149

7.4.1 总体设计考虑149

7.4.2 设计方法151

7.5 WDM+EDFA数字光纤链路设计156

7.5.1 总体设计考虑156

7.5.2 波长分配与通道间隔159

7.5.3 WDM系统设计与性能160

习题七164

第8章 SDH与WDM光网络166

8.1 SDH光同步传送网166

8.1.1 SDH的标准光接口166

8.1.2 SDH的速率体系171

8.1.3 SDH的帧结构172

8.1.4 SDH的复用结构与原理174

8.1.5 SDH设备177

8.1.6 SDH的传送网结构与自愈186

8.1.7 SDH的网管功能199

8.2 WDM光网络204

8.2.1 光传送网的分层结构204

8.2.2 WDM广播选择网204

8.2.3 WDM波长选路网WRN207

8.2.4 WRN的选路算法209

8.2.5 WDM的网管211

8.3 其他类型的光网络213

8.3.1 光纤以太网213

8.3.2 无源光网络PON217

8.3.3 HFC混合光纤同轴网220

8.3.4 光因特网（IPoverWDM）222

习题八225

第9章 光纤通信常用仪表及测试227

9.1 引言227

9.2 光纤测试以及光时域反射仪OTDR228

9.2.1 光纤测试参数228

9.2.2 光纤损耗和色散测试228

9.2.3 光时域反射仪OTDR234

9.3 光功率计与光端机的测试235

9.3.1 光功率计235

9.3.2 光端机的测试236

9.4 光纤通信系统测试243

9.4.1 误码性能及测试243

9.4.2 抖动性能及测试244

9.5 误码测试仪与其他常用仪表248

9.6 波长计、光谱分析仪OSA及应用249

9.6.1 波长计249

9.6.2 光谱分析仪（OSA）及应用250

9.7 光衰减器及应用254

9.8 网络分析仪及应用255

习题九256

参考文献258