光纖通信：普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材

第1章　光纖的基本理論　1
1.1　光纖的射線光學分析　1
1.1.1　光纖的結構和分類　1
1.1.2　多模階躍折射率光纖的射線光學理論分析　3
1.1.3　漸變折射率光纖　5
1.2　階躍折射率光纖的波動光學理論　6
1.2.1　波動方程　6
1.2.2　波動方程的解和光纖中的模式　7
1.3　漸變折射率光纖的理論分析　21
1.3.1　平方律折射率分布光纖的波動理論解法　21
1.3.2　WKBJ法的基本思想　24
1.4　光纖的損耗　25
1.4.1　引起光纖損耗的因素　25
1.4.2　光纖的損耗特性曲線――損耗譜　26
1.5　光纖的色散　26
1.5.1　光纖色散的概念　26
1.5.2　光纖色散的表示法　28
1.5.3　光纖色散的種類　28
1.6　光纖中的非線性光學效應　29
1.6.1　受激散射效應　29
1.6.2　折射率擾動　30
1.7　單模光纖　31
1.7.1　單模光纖的結構特點　31
1.7.2　單模光纖的基本分析　31
1.7.3　單模光纖的特性參數(shù)　32
1.7.4　單模光纖的分類　34
1.8　光纖的制造工藝和光纜的構造　35
1.8.1　光纖的制造工藝　35
1.8.2　光纜的構造　36
1.9　小結　39
習題　40
第2章　光源和光發(fā)射機　41
2.1　激光原理的基礎知識　41
2.1.1　原子的能級和晶體中的能帶　41
2.1.2　能級的躍遷　43
2.1.3　光增益區(qū)的形成　44
2.2　半導體激光器　45
2.2.1　基本原理　45
2.2.2　結構理論　48
2.2.3　典型分類　55
2.2.4　模式概念　61
2.2.5　基本性質　65
2.3　半導體發(fā)光二極管　71
2.3.1　工作原理　71
2.3.2　結構和分類　71
2.3.3　主要性質　72
2.4　光源的調制原理　73
2.4.1　光源的兩種調制方式　73
2.4.2　光源的直接調制　74
2.4.3　LD數(shù)字調制過程的瞬態(tài)分析　75
2.4.4　光源的間接調制　79
2.5　光發(fā)射機和外調制器　80
2.5.1　激光器的實用組件　80
2.5.2　光發(fā)射機的組成　81
2.5.3　波導調制器和電吸收調制器　84
2.6　小結　85
習題　86
第3章　光接收機　88
3.1　光接收機簡介　88
3.1.1　光接收機的組成　88
3.1.2 光接收機的性能指標　89
3.2　光電檢測器　90
3.2.1　PN結的光電效應　90
3.2.2　PIN光電二極管　91
3.2.3　雪崩光電二極管　95
3.3　放大電路及其噪聲　98
3.3.1　噪聲的數(shù)學處理　99
3.3.2　放大器輸入端的噪聲源　101
3.3.3　場效應管和雙極晶體管的噪聲源　103
3.3.4　前置放大器的設計　106
3.4　光接收機靈敏度的計算　107
3.4.1　靈敏度計算的一般方法　107
3.4.2　光電檢測過程的統(tǒng)計分布和靈敏度的精確計算　108
3.4.3　靈敏度的高斯近似計算　110
3.4.4　S.D.Personick高斯近似計算公式　112
3.5　光接收機的組成模塊　120
3.5.1　碼間干擾問題與均衡濾波電路　121
3.5.2　接收機的動態(tài)范圍和自動增益控制電路　123
3.5.3　再生電路　125
3.6　小結　128
習題　130
第4章　光纖通信系統(tǒng)　132
4.1　模擬光纖通信　132
4.2　數(shù)字光纖通信系統(tǒng)　134
4.3　SDH系統(tǒng)　137
4.3.1　SDH/Sonet技術的產生　137
4.3.2　SDH技術的特點　138
4.4　數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的總體設計　141
4.4.1　總體考慮　141
4.4.2　再生段的設計　143
4.5　數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的性能指標　147
4.5.1　誤碼性能　147
4.5.2　抖動、漂移性能　150
4.6　光纖放大器及其在光纖通信系統(tǒng)中的應用　153
4.6.1　摻鉺光纖放大器　154
4.6.2　喇曼光纖放大器　160
4.7　小結　163
習題　163
第5章　無源光器件和WDM技術　165
5.1　無源器件的幾個常用性能參數(shù)　165
5.2　光纖和波導型無源光器件　166
5.2.1　光連接器和光耦合器　166
5.2.2　偏振控制器　169
5.2.3　光纖布拉格光柵　170
5.2.4　Mach-Zahnder濾波器　171
5.2.5　非線性環(huán)路鏡　172
5.3　光學無源器件　174
5.3.1　偏振分束器　174
5.3.2　光隔離器　175
5.3.3　光環(huán)行器　176
5.3.4　自聚焦透鏡　177
5.3.5　F-P腔濾波器　178
5.3.6　光柵　179
5.4　波分復用、解復用器件　180
5.4.1　光柵型復用、解復用器　180
5.4.2　干涉膜濾波器型復用、解復用器件　182
5.4.3　陣列波導光柵型復用、解復用器　183
5.5　光開關　185
5.5.1　機械光開關　185
5.5.2　微機械光開關　186
5.5.3　熱光開關　187
5.5.4　其他類型的光開關　188
5.6　WDM光纖傳輸系統(tǒng)　190
5.6.1　波分復用(WDM)、密集波分復用(DWDM)和光頻分復用(OFDM)　191
5.6.2　波分復用系統(tǒng)的構成　191
5.6.3　WDM系統(tǒng)的標稱波長　193
5.6.4　波分復用系統(tǒng)的管理技術　195
5.6.5　大容量WDM實驗系統(tǒng)的示例　196
5.7　小結　197
習題　198
第6章　光網(wǎng)絡　200
6.1　光網(wǎng)絡的發(fā)展與演變　200
6.2　光傳送網(wǎng)(OTN)　202
6.2.1　光傳送網(wǎng)的分層結構　202
6.2.2　光交叉連接(OXC)節(jié)點的結構　203
6.2.3　光分插復用器的結構和WDM環(huán)形網(wǎng)　207
6.2.4　IP over WDM技術　210
6.3　自動交換光網(wǎng)絡(ASON)　212
6.3.1　ASON的體系結構　212
6.3.2　ASON的控制平面　214
6.3.3　ASON的三種連接　216
6.3.4　ASON的特點　217
6.4　光突發(fā)交換網(wǎng)　218
6.4.1光突發(fā)交換的網(wǎng)絡結構和節(jié)點結構　218
6.4.2　OBS的MAC層和封裝技術　220
6.4.3　OBS的協(xié)議　221
6.4.4　光突發(fā)交換與自動交換光網(wǎng)絡　221
6.5　城域光網(wǎng)絡　222
6.5.1　城域光網(wǎng)絡概況　222
6.5.2　城域網(wǎng)的技術選擇　224
6.6　接入光網(wǎng)絡　232
6.6.1　光纖接入網(wǎng)的定義和概況　232
6.6.2　有源光網(wǎng)絡　233
6.6.3　點到多點的無源光網(wǎng)絡　233
6.6.4　光電混合接入網(wǎng)　237
6.6.5　光纖到戶(FTTH)　238
6.7　小結　239
習題　240
第7章　擴大容量和增加功能的新光通信技術　242
7.1　色散補償　242
7.1.1　概述　242
7.1.2　色散補償原理　244
7.1.3　色散補償光纖　245
7.1.4　啁啾光纖光柵法　246
7.1.5　預啁啾技術　247
7.1.6　色散支持傳輸法　248
7.1.7　頻譜反轉法　248
7.1.8　色散管理光孤子傳輸　248
7.1.9　偏振模色散補償技術　249
7.2　光時分復用技術　250
7.2.1　概述　250
7.2.2　光時分復用原理　250
7.2.3　光時分復用關鍵技術　251
7.2.4　光時分復用網(wǎng)絡　255
7.3　光分組交換　258
7.3.1　概述　258
7.3.2　光分組的編碼和組裝　260
7.3.3　光分組交換節(jié)點結構　261
7.3.4　光同步技術　266
7.3.5　沖突解決方案　266
7.3.6　光邏輯器件　267
7.3.7　對光分組網(wǎng)前景的展望　268
7.4　量子通信　269
7.4.1　概述　269
7.4.2　量子通信的理論基礎　269
7.4.3　量子通信的典型方式　270
7.4.4　量子密碼術　271
7.4.5　量子通信的特點　272
7.5　小結　272
習題　273
第8章　光纖通信測量　274
8.1　測量的標準　274
8.2　光纖特性的測量　275
8.2.1　光纖衰減常數(shù)的測量　275
8.2.2　單模光纖色散的測量　278
8.2.3　單模光纖的偏振模色散的測量　279
8.3　光器件的測量　282
8.3.1　半導體光源的測量　283
8.3.2　半導體光檢測器的測量　287
8.3.3　無源光器件的測量　290
8.4　光纖通信系統(tǒng)的測量　292
8.4.1　系統(tǒng)誤碼性能的測量　292
8.4.2　系統(tǒng)抖動性能的測量　296
8.4.3　系統(tǒng)光接口性能的測量　302
8.5　小結　306
習題　306
參考文獻　308