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前言1

第1章 概论1

1.1 光通信的发展1

1.1.1 电通信与光通信的探索1

1.1.2 国内外光通信的发展现状2

1.2 光纤通信系统4

1.2.1 光纤通信系统的基本组成4

1.2.2 光纤通信的优点5

1.2.3 基本光纤传输系统6

1.3 空间光通信系统8

1.3.1 空间光通信概述8

1.3.2 空间光通信的定义9

1.3.3 空间光通信的应用领域9

1.3.4 空间光通信系统的组成11

1.4 空间光通信关键技术12

1.4.1 激光器技术12

1.4.2 捕获、瞄准、跟踪技术13

1.4.3 调制、接收技术13

1.4.4 空间环境（尤其是空间辐射环境）适应性技术15

1.4.5 小型、轻量、低功耗一体化设计和制造技术15

1.5 通信链路分析15

本章小结16

习题与思考题16

第2章 通信用光源18

2.1 光源性能的基本要求与类型18

2.1.1 光纤通信对光源性能的基本要求18

2.1.2 一般光源的类型与应用特点19

2.2 半导体光源20

2.2.1 半导体光源的发光机理20

2.2.2 粒子数反转分布22

2.2.3 激光振荡和光学谐振腔22

2.3 半导体激光器的工作原理24

2.3.1 P-N结半导体激光器的结构和原理24

2.3.2 异质结半导体激光器25

2.3.3 半导体激光器的发光波长26

2.4 半导体激光器工作特性26

2.5 其他激光器28

2.5.1 分布反馈式激光器28

2.5.2 量子阱激光器29

2.5.3 光纤锁模激光器30

2.5.4 垂直腔面发射激光器30

2.6 发光二极管31

2.7 光源与光纤的耦合32

2.8 半导体光源在系统中的应用34

本章小结34

习题与思考题35

第3章 光通信信道36

3.1 光纤的结构与类型36

3.1.1 光纤的结构37

3.1.2 光纤的分类37

3.2 光在光纤中的传输40

3.2.1 几何光学的光纤传输40

3.2.2 光波动理论的传输方程42

3.3 光纤传输的基本特性43

3.3.1 光纤损耗43

3.3.2 光纤色散45

3.3.3 光纤的非线性48

3.3.4 非线性折射率波动效应与非线性受激散射48

3.3.5 光纤标准与在系统中的应用50

3.4 光缆53

3.4.1 常用光缆的典型结构54

3.4.2 光缆的制造与分类55

3.5 光纤特性的测量55

3.5.1 单模光纤模场直径的测量56

3.5.2 光纤损耗的测量56

3.5.3 光纤色散与宽带的测量57

3.6 大气吸收和散射对空间光通信的影响59

3.6.1 大气吸收59

3.6.2 散射59

3.6.3 能见度、透明度和大气透过率的关系62

3.6.4 空间光通信激光光谱透过率计算63

3.7 大气湍流对光通信的影响66

3.7.1 大气湍流基础理论67

3.7.2 激光在湍流中的传输69

3.7.3 飞机与地面问激光通信激光湍流数值仿真70

3.8 云层影响73

3.9 气动光学效应74

3.9.1 气动光学基础74

3.9.2 机载光通信附面层影响的分析80

3.10 海水光学信道83

3.10.1 海水的光学性质83

3.10.2 散射和吸收83

3.10.3 海水信道的能量传输模型84

3.10.4 海水中脉冲信号的时间扩展85

本章小结85

习题与思考题86

第4章 光检测器与光放大器88

4.1 光检测器的工作机理与类型88

4.1.1 光敏二极管88

4.1.2 PIN光敏二极管89

4.1.3 雪崩光敏二极管89

4.1.4 光电检测器的特性89

4.2 光放大器的分类与指标92

4.2.1 光放大器的分类92

4.2.2 光放大器的重要指标93

4.3 掺铒光纤放大器94

4.3.1 工作原理94

4.3.2 掺铒光纤放大器的构成和特性95

4.3.3 掺铒光纤放大器的泵浦方式97

4.3.4 掺铒光纤放大器的优点99

4.3.5 掺铒光纤放大器的应用99

4.4 宽带掺铒光纤放大器的最新进展100

4.4.1 增益移位掺铒光纤放大器101

4.4.2 铒镱共掺光纤放大器102

4.4.3 多段级联掺铒光纤放大器103

4.5 掺镨光纤放大器104

4.5.1 掺镨光纤放大器的放大原理104

4.5.2 掺镨光纤放大器的结构105

4.6 半导体光放大器106

4.7 拉曼光纤放大器107

4.7.1 光纤的受激拉曼散射及其应用108

4.7.2 拉曼光纤放大器的放大机理108

4.7.3 拉曼光纤放大器的结构及特点109

4.7.4 拉曼光纤放大器的优点与缺点109

4.7.5 拉曼光纤放大器的应用110

本章小结111

习题与思考题111

第5章 光学网络器件112

5.1 光纤连接器和接头112

5.1.1 光纤连接器112

5.1.2 接头114

5.2 光耦合器114

5.2.1 耦合器类型115

5.2.2 基本结构115

5.2.3 主要特性116

5.3 光隔离器和光环行器117

5.3.1 光隔离器117

5.3.2 光环形器119

5.4 光调制器119

5.5 光开关120

5.6 光滤波器122

5.6.1 法布里-珀罗滤波器122

5.6.2 马赫-曾德干涉滤波器123

5.6.3 阵列波导光栅123

5.6.4 光纤光栅滤波器124

5.7 波长变换器125

5.7.1 全光波长变换简介125

5.7.2 SOA型全光波长变换126

5.7.3 半导体激光器型全光波长变换131

5.7.4 光纤光栅外腔波长变换器132

本章小结134

习题与思考题135

第6章 光纤通信系统136

6.1 光纤通信常用线路编码136

6.1.1 扰码136

6.1.2 分组码——mBnB码137

6.1.3 插入码139

6.2 模拟光纤通信系统140

6.2.1 调制方式140

6.2.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统142

6.2.3 副载波复用光纤传输系统144

6.3 数字光纤通信系统150

6.3.1 准同步数字分级结构150

6.3.2 同步数字分级结构152

6.3.3 系统的性能指标和可靠性158

6.3.4 系统的总体考虑与设计164

6.3.5 系统的色散补偿技术168

6.3.6 中继距离和传输速率169

本章小结170

习题与思考题171

第7章 光通信新技术172

7.1 光时分复用技术172

7.2 光波分复用技术173

7.2.1 WDM工作原理173

7.2.2 WDM系统的基本结构174

7.2.3 WDM系统的主要特点175

7.2.4 WDM光网络175

7.3 光交换技术177

7.3.1 空分光交换178

7.3.2 时分光交换178

7.3.3 波分光交换178

7.3.4 波长交换179

7.4 光孤子通信180

7.4.1 孤子的形成180

7.4.2 光孤子通信系统180

7.5 光接入网181

7.5.1 光接入网概述181

7.5.2 无源光网络182

7.5.3 光纤混合网185

本章小结187

习题与思考题188

第8章 光通信仿真189

8.1 仿真与建模189

8.2 光纤通信系统的仿真190

8.2.1 光纤通信系统仿真软件的现状190

8.2.2 系统主要模块的数学模型191

8.2.3 发射系统模型191

8.2.4 光纤传输模型192

8.2.5 光接收机模型192

8.2.6 掺铒光纤放大器的模型194

8.3 光纤通信系统仿真实验194

8.3.1 系统级仿真194

8.3.2 10Gbit／s普通单模光纤传输80km的仿真195

本章小结195

第9章 空间光通信的捕获、对准、跟踪196

9.1 ATP系统中的捕获技术197

9.1.1 捕获过程198

9.1.2 捕获方式199

9.1.3 扫描方式200

9.1.4 捕获概率分析201

9.2 ATP系统中的跟踪技术202

9.2.1 跟踪探测器的等效噪声角（NEA）202

9.2.2 瞄准误差与系统突发概率的关系203

本章小结203

习题与思考题204

第10章 空间光通信的光学系统205

10.1 激光器205

10.2 探测器206

10.3 激光通信的波长选择207

10.4 回转结构及方式208

10.4.1 回转反射镜方式208

10.4.2 回转望远镜209

10.4.3 回转组件方式209

10.5 分光方式209

10.6 望远镜结构形式212

10.7 材料选择214

10.7.1 反射镜材料214

10.7.2 透镜材料215

本章小结215

习题与思考题216

参考文献217