光纖通信技術

第1章   電信和光纖的介紹 1
1.1  電信 1
1.1.1   電信是什么 1
1.1.2   電信：點到點系統(tǒng)和網(wǎng)絡 1
1.1.3   運載信息能力 3
1.1.4   對光纖通信系統(tǒng)的需要 5
1.2   光纖通信系統(tǒng)：基本塊 6
1.2.1   基本框圖 6
1.2.2   光纖通信技術的作用 15
1.3  回顧與展望 15
1.3.1   歷史注釋 15
1.3.2   光纖工業(yè)的現(xiàn)狀與未來趨勢 18
1.3.3   關注發(fā)展 24
習題 24
參考文獻 25
第2章   光物理學：簡要概述 26
2.1   電磁波 26
2.2   光束（光線） 28
2.3   光子流 32
2.3.1   能級圖 32
2.3.2   光子 33
2.3.3   輻射與吸收 34
小結 36
習題 37
參考文獻 38
第3章   光纖—基礎篇 39
3.1   光纖如何對光進行傳導 39
3.1.1   階躍折射率光纖：基本結構 39
3.1.2   發(fā)射光：理解數(shù)值孔徑 42
3.2   衰減 45
3.2.1   彎曲損耗 45
3.2.2   散射 48
3.2.3   吸收 48
3.2.4   對總衰減的計算 49
3.2.5   對衰減進行測量 51
3.3   模間色散和色度色散 52
3.3.1   模式 52
3.3.2   模式（模間）色散 55
3.3.3   對模式色散問題的第一種解決
方案—漸變折射率光纖 57
3.3.4   對模式色散問題更好的解決
方案—單模光纖 59
3.3.5   色度色散 61
3.4   比特率和帶寬 63
3.4.1   比特率和帶寬定義 63
3.4.2   色散和比特率 64
3.5   查閱數(shù)據(jù)表單 65
3.5.1   從哪里開始 65
3.5.2   常規(guī)部分 65
3.5.3   光特性部分 66
3.5.4   幾何特性部分 69
3.5.5   環(huán)境說明部分 70
3.5.6   機械說明部分 70
3.5.7   其他特性 71
3.5.8   結論 72
小結 72
習題 74
參考文獻 76
第4章   光纖—深入篇 77
4.1   麥克斯韋方程 77
4.1.1   麥克斯韋方程組 77
4.1.2   對麥克斯韋方程的解釋 78
4.1.3   波方程 80
4.1.4   求解波方程 81
4.2   EM波的傳播 83
4.2.1   時間諧波EM場的波方程 83
4.2.2   EM波在一個有損介質中傳播 84
4.2.3   EM波在波導中傳播 86
4.3   再論全內反射 89
4.3.1   邊界條件 89
4.3.2   反射 90
4.4   再論模式 93
4.4.1   關于模式理論及其重要結果的
幾點說明 93
4.4.2   線性偏振模式 94
4.4.3   三類模式：導向模式. 輻射模
式和泄漏模式 98
4.4.4   相位和群速度 99
4.4.5   能量限制 100
4.4.6   截止波長（頻率） 101
4.4.7   計算機仿真 105
4.5   多模光纖中的衰減 105
4.5.1   一般方法 105
4.5.2   內部損耗 106
4.5.3   外部損耗—吸收 108
4.5.4   外部損耗—彎曲損耗 108
4.5.5   模式. 衰減和衰減常數(shù) 110
4.6   多模光纖中的色散 112
4.6.1   一般注釋 112
4.6.2   模間（模式）色散—更詳細
的討論 114
4.6.3   色度色散—材料色散 115
4.6.4   波導色散 121
4.6.5   多模光纖的帶寬 121
小結 124
習題 124
參考文獻 126
第5章   單模光纖—基礎篇 128
5.1   單模光纖如何工作 128
5.1.1   工作原理 128
5.1.2   高斯光束 129
5.1.3   纖芯. 包層和模場直徑 130
5.1.4   截止波長 132
5.2   衰減 132
5.2.1   彎曲損耗 132
5.2.2   散射 134
5.2.3   吸收 134
5.3   色散和帶寬 135
5.3.1   色度色散 135
5.3.2   傳統(tǒng)光纖. 色散偏移光纖和
色散平滑光纖 139
5.3.3   偏振模式色散 142
5.3.4   單模光纖的帶寬（比特率） 144
5.4   查閱數(shù)據(jù)表單 145
5.4.1   常規(guī)部分 145
5.4.2   規(guī)格部分 148
小結 150
習題 151
參考文獻 152
第6章   單模光纖—深入篇 153
6.1   模場 153
6.1.1   高斯模型和真實的模場分布 153
6.1.2   截止波長和V值 155
6.2   再論單模光纖中的衰減 157
6.3   克服單模光纖中的色散 162
6.3.1   色度色散 162
6.3.2   克服色度色散 163
6.3.3   用色散補償光纖對色度色散
進行補償 164
6.3.4   色散補償光柵 168
6.3.5   色散補償：系統(tǒng)的觀點 170
6.3.6   克服偏振模式色散 171
6.3.7   偏振相關損耗 176
6.3.8   簡短的總結 176
6.4   單模光纖中的非線性效應 177
6.4.1   非線性折射效應 178
6.4.2   四波混合 182
6.4.3   受激散射 184
6.5   光纖設計的趨勢 186
小結 187
習題 189
參考文獻 190
第7章   制纖. 制纜和安裝 192
7.1   制纖 192
7.1.1   兩個主要階段 192
7.1.2   氣相沉積法 194
7.1.3   涂敷層 200
7.2   光纖光纜 201
7.2.1   光纜 201
7.2.2   查閱數(shù)據(jù)表單 223
7.3   安裝—放置光纜 224
7.3.1   分類 224
7.3.2   安裝過程 225
小結 226
習題 227
參考文獻 227
第8章   光纜連接與測試 229
8.1   接合 229
8.1.1   連接損耗 229
8.1.2   接合過程 233
8.1.3   結論 237
8.2   連接器 237
8.2.1   連接器的基本結構 238
8.2.2   主要特性 239
8.2.3   連接器類型的過去. 現(xiàn)在和未來 241
8.2.4   標準 244
8.2.5   查閱數(shù)據(jù)表單 244
8.2.6   端接過程 245
8.2.7   插座. 適配器和專用連接器 245
8.2.8   測試和測量 246
8.3   安裝硬件 248
8.3.1   為什么安裝硬件 248
8.3.2   硬件系統(tǒng)及部件 250
8.3.3   結論 260
8.4   局域網(wǎng)的安裝設計 260
8.4.1   鏈路考慮—功率預算和上升
時間預算（帶寬） 261
8.4.2   局域網(wǎng) 265
8.4.3   局域網(wǎng)的布線 267
8.4.4   基本的建議 269
8.4.5   塑料（聚合物）光纖 271
8.5   測試. 故障診斷及測量 271
8.5.1   測試儀器 272
8.5.2   我們需要測試什么 279
8.5.3   網(wǎng)絡衰減測試 280
8.5.4   網(wǎng)絡帶寬測試 282
8.5.5   連接器和接合測試 282
8.5.6   故障診斷 284
小結 285
習題 286
參考文獻 287
第9章   光源和發(fā)送器—基礎篇 289
9.1   發(fā)光二極管 289
9.1.1   半導體的光輻射 289
9.1.2   綜合考慮 293
9.1.3   查閱數(shù)據(jù)表單—LED的特性 298
9.2   激光二極管 307
9.2.1   工作原理 307
9.2.2   超發(fā)光二極管 320
9.3   查閱激光二極管特性數(shù)據(jù)表單 320
9.3.1   寬域激光二極管 320
9.3.2   查閱分布反饋激光二極管的
數(shù)據(jù)表單 327
小結 332
習題 334
參考文獻 338
第10章   光源和發(fā)送器—深入篇 339
10.1   再論半導體 339
10.1.1   本征半導體：費米能級和
載流子數(shù) 339
10.1.2   摻雜半導體 341
10.1.3   p-n結 342
10.1.4   偏移 344
10.1.5   對帶隙的進一步研究 345
10.2   激光二極管的效率 347
10.2.1   輸入輸出關系 348
10.2.2   三種效率 349
10.2.3   再論激光二極管工作效率 353
10.3   激光二極管的特征 357
10.3.1   閾值電流與工作電流 357
10.3.2   輻射波長和光譜寬度 359
10.3.3   輻射模式 361
10.3.4   激光器調制 363
10.3.5   啁啾現(xiàn)象 369
10.3.6   噪聲 369
10.4   發(fā)送器組件 371
10.4.1   發(fā)送器的功能框圖和典型電路 371
10.4.2   封裝與可靠性 380
10.4.3   查閱發(fā)送器的數(shù)據(jù)表單 383
10.4.4   外部調制器 388
小結 396
習題 397
參考文獻 401
第11章   接收器 403
11.1   光電二極管 403
11.1.1   p-n光電二極管是如何工作的 403
11.1.2   功率關系 405
11.1.3   帶寬 409
11.1.4   p-i-n光電二極管 412
11.1.5   雪崩光電二極管 414
11.1.6   MSM光電探測器 417
11.2   查閱光電二極管的數(shù)據(jù)表單 418
11.2.1   p-i-n光電二極管的數(shù)據(jù)表單 418
11.2.2   雪崩光電二極管的數(shù)據(jù)表單 424
11.2.3   硅光電二極管 425
11.2.4   結論 426
11.3   再論光電探測器 426
11.3.1   光電二極管中的噪聲源 426
11.3.2   信噪比和噪聲等效功率 431
11.3.3   靈敏度和量子限 434
11.4   接收部件 440
11.4.1   接收器的功能框圖和典型電路 440
11.4.2   判別電路的設計 446
11.4.3   查閱接收器的數(shù)據(jù)表單 450
11.4.4   光電集成電路 454
小結 455
習題 457
參考文獻 462
第12章   光纖網(wǎng)絡元件 464
12.1   光纖網(wǎng)絡概述 464
12.1.1   點到點鏈路 464
12.1.2   網(wǎng)絡 466
12.2   光纖網(wǎng)絡的收發(fā)器 475
12.2.1   發(fā)送器 475
12.2.2   接收器 483
12.3   半導體光放大器 486
12.3.1   光放大器概述 486
12.3.2   SOA的工作原理 488
12.3.3   SOA的增益 489
12.3.4   SOA的帶寬 494
12.3.5   串音 496
12.3.6   偏振相關增益 497
12.3.7   噪聲 498
12.3.8   查閱SOA數(shù)據(jù)表單 501
12.3.9   SOA應用 502
12.3.10   SOA的優(yōu)缺點  502
12.4   摻鉺光纖放大器 502
12.4.1   如何產(chǎn)生放大 502
12.4.2   C-波段和L-波段 505
12.4.3   摻鉺光纖的增益和噪聲 505
12.4.4   EDFA模塊的元件 510
12.4.5   查閱EDFA的數(shù)據(jù)表單 529
12.4.6   其他類型的光纖放大器 536
小結 537
習題 540
參考文獻 543
第13章   光纖網(wǎng)絡的無源元件. 交換機
和功能模塊 546
13.1   耦合器/分離器 546
13.1.1   熔接雙錐漸細耦合器—工作原理 546
13.1.2   查閱數(shù)據(jù)表單 549
13.1.3   FBT耦合器：如何做WDM
耦合器 556
13.1.4   相位不匹配 560
13.2   波分多路復用器和多路分解器 561
13.2.1   WDM MUX/DEMUX和耦合器 562
13.2.2   WDM MUX和DEMUX：它們
如何工作 563
13.2.3   WDM MUX/DEMUX應用—
增/刪和路由器 573
13.3   濾波器 574
13.3.1   光濾波器：它們是什么 574
13.3.2   固定濾波器 576
13.3.3   可調諧濾波器 578
13.4   隔離器. 環(huán)形器和衰減器 583
13.4.1   隔離器 583
13.4.2   環(huán)形器 588
13.4.3   衰減器 589
13.5   光交換機和功能模塊 591
13.5.1   光交換機 591
13.5.2   波長轉換器 595
13.5.3   功能模塊 597
13.5.4   結論 600
小結 600
習題 601
參考文獻 602
第14章   光纖網(wǎng)絡介紹 605
14.1   傳輸什么數(shù)據(jù)和怎么傳輸數(shù)據(jù) 605
14.1.1   傳輸語音. 視頻和數(shù)據(jù) 605
14.1.2   電話網(wǎng) 606
14.1.3   計算機網(wǎng)絡 615
14.1.4   有線電視 620
14.2   光纖網(wǎng)絡結構的基本要素 624
14.2.1   網(wǎng)絡. 協(xié)議和服務 624
14.2.2   開放系統(tǒng)互連參考模型 624
14.2.3   SONET網(wǎng)絡和分層 629
14.2.4   ATM網(wǎng)絡和分層 632
14.2.5   光纖網(wǎng)絡的分層結構 634
14.2.6   光層 636
14.3   網(wǎng)絡管理和光纖網(wǎng)絡的未來 640
14.3.1   網(wǎng)絡管理的功能 640
14.3.2   如何實現(xiàn)網(wǎng)絡管理 641
14.3.3   光纖網(wǎng)絡生存性（網(wǎng)絡保護
和恢復） 642
14.3.4   結論：光纖網(wǎng)絡的未來 648
小結 650
習題 654
參考文獻 658
第15章   結論 662
15.1   帶寬：業(yè)界的“圣杯” 662
15.2   部署新光纖線路 662
15.3   光纖：難題很多, 要尋求解決方案 663
15.4   光纖器件 664
15.5   波分復用：滿足驚人的需求 666
15.6   網(wǎng)絡 666
15.7   無線通信和光纖網(wǎng)絡 667
小結 668
參考文獻 668
附錄A   常量表. 10的冪表. 國際單位制
表. 分貝單位和希臘字母表 671
附錄B   本書中使用的縮寫. 簡寫. 符號
和單位 674
附錄C   參考文獻精選 683
附錄D   產(chǎn)品. 服務和標準 693