光纤通信原理与技术

　　本书系统地介绍光纤通信系统基本组成单元的相关基础知识和技术，包括光纤传输理论和特性、光纤的制作和光缆的结构，各种光无源器件，光通信用光源和光发送机，光检测器和光接收机，以及电时分复用、波分复用、光时分复用、光码分复用以及副载波复用等多信道复用系统及相关技术；介绍几种主要的光放大器的原理和相关技术，包括半导体激光放大器、掺铒光纤放大器及喇曼光纤放大器；介绍相干光通信、光孤子通信、全光交换、全光波长转换和MOEMS光开关等光纤通信新技术和新器件。本书可作为通信专业、电子信息专业本科的教学用书，也可供从事光纤通信工程的科技人员参考。

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第1章  绪论  1
1.1  光纤通信技术的发展概况  1
1.2  光纤通信的特点和应用  3
1.3  光纤通信系统的分类  5
1.4  光纤通信系统的基本组成  6
习题  7
第2章  光纤传输理论及特性  8
2.1  光纤的射线理论分析  8
2.1.1  阶跃折射率分布光纤  8
2.1.2  渐变折射率分布光纤  9
2.2  光纤的波动光学理论  10
2.2.1  麦克斯韦方程组  10
2.2.2  波动方程  11
2.2.3  阶跃光纤的波动方程  12
2.2.4  模式方程  13
2.2.5  线偏振模  15
2.2.6  阶跃折射率光纤中的功率流  16
2.2.7  单模光纤  18
2.3  光纤的色散  19
2.3.1  色散的定义及对通信容量的限制  19
2.3.2  材料色散  20
2.3.3  波导色散  20
2.3.4  单模光纤的波导色散  22
2.3.5  偏振模色散  22
2.3.6  高阶色散  23
2.4  光纤的损耗  23
2.4.1  光纤的衰减系数  23
2.4.2  衰减机理  24
2.5  光纤、光缆的制造  25
2.5.1  光纤制造工艺  25
2.5.2  光缆的结构  28
习题  30
第3章  光通信用无源器件  31
3.1  光纤连接器  31
3.1.1  连接器的技术指标及改进方法  31
3.1.2  连接器的结构  34
3.2  光纤耦合器  35
3.2.1  光纤耦合器的技术参数  36
3.2.2  光纤耦合器的工作原理  36
3.3  复用器/解复用器  40
3.3.1  波分复用器/解复用器的性能指标  40
3.3.2  波分复用器/解复用器  41
3.3.3  光分插复用器(OADM)  51
3.4  偏振控制器  52
3.5  光隔离器与环行器  54
3.5.1  原理及结构  54
3.5.2  光隔离器的性能  57
3.5.3  光环行器  60
习题  60
第4章  光发送机  62
4.1  半导体光源的物理基础  62
4.2  发光二极管  64
4.2.1  工作原理  64
4.2.2  基本结构  64
4.2.3  LED的特性  65
4.3  半导体激光器  66
4.3.1  光学谐振腔与激光器的阈值条件  66
4.3.2  半导体激光器的结构  68
4.3.3  半导体激光器的特性  69
4.4  单纵模激光器  70
4.4.1  分布反馈激光器  71
4.4.2  分布Bragg反射激光器(DBR-LD)  73
4.4.3  光纤光栅外腔半导体激光器  74
4.5  光发送机  77
4.5.1  调制方法  78
4.5.2  控制电路  82
4.5.3光源与光纤的耦合及组件  84
4.5.4  线路编码  85
习题  89
第5章  光接收机  90
5.1  光电检测器  90
5.1.1  半导体光电检测器的物理基础  90
5.1.2  PN光电二极管  91
5.1.3  PIN光电二极管  92
5.1.4  雪崩光电二极管(APD)  93
5.2  光接收机的电路  95
5.2.1  前置放大器  95
5.2.2  线性通道  96
5.2.3  数据重建电路  96
5.2.4  自动增益控制  96
5.3  光接收机的噪声  97
5.3.1  光接收机的噪声源  97
5.3.2  光接收机的信噪比(SNR)  99
5.4  数字光接收机的灵敏度  100
5.4.1  误码率  100
5.4.2  最小接收光功率  102
5.4.3  量子限  102
5.4.4  光接收机灵敏度的恶化  103
5.5  数字光纤通信系统的设计  104
5.5.1  功率预算  105
5.5.2  上升时间预算  105
5.5.3  色散预算  106
习题  107
第6章  多信道光通信系统  108
6.1  时分复用系统  108
6.1.1  时分复用的概念  108
6.1.2  色散补偿技术  111
6.2  波分复用系统  116
6.2.1  波分复用(WDM)原理与结构  116
6.2.2  WDM系统光纤选型  120
6.2.3  光纤中的非线性效应及解决方案  121
6.2.4  光交叉波分复用器(Interleaver)  125
6.3  光码分复用(OCDM)  134
6.3.1  光正交码  135
6.3.2  光编/解码器  137
6.3.3  OCDM其他技术  140
6.3.4  OCDM在光纤局域网中的应用  140
6.3.5  OCDM的特点  141
6.4  光时分复用(OTDM)技术  141
6.4.1  光时分复用(OTDM)的概念  141
6.4.2  全光时分复用  142
6.4.3  全光时分解复用  144
6.4.4  超短光脉冲源  145
6.4.5  全光时钟提取  146
6.4.6  OTDM的应用前景  146
6.5  副载波复用光波系统  147
6.5.1  副载波复用光波系统的基本原理  147
6.5.2  副载波调制光波系统的性能分析  148
习题  150
第7章  光放大器  151
7.1  光放大器的原理与一般特性  151
7.1.1  光放大器的原理  151
7.1.2  光增益谱宽与带宽  152
7.1.3  增益饱和  153
7.1.4  放大器噪声  153
7.2  半导体光放大器  154
7.2.1  放大器原理  154
7.2.2  放大器特性  156
7.3  掺铒光纤放大器(EDFA)  158
7.3.1  EDFA原理与特性  158
7.3.2  EDFA的小信号增益与饱和特性  160
7.3.3  EDFA的实现  162
7.3.4  EDFA的应用  163
7.3.5  自动增益控制技术  164
7.3.6  增益平坦技术  168
7.4  光纤喇曼放大器(RFA)  171
7.4.1  喇曼增益谱  171
7.4.2  喇曼阈值  172
7.4.3  光纤喇曼放大器的结构与理论分析  173
7.4.4  光纤喇曼放大器的特点及应用  176
习题  177
第8章  光纤通信新技术  178
8.1  相干光通信技术  178
8.1.1  相干光通信的概念  178
8.1.2  相干光通信技术的基本原理  178
8.1.3  光发射机  180
8.1.4  光接收机  181
8.1.5  误码率和接收机灵敏度  183
8.1.6  相干光通信系统中的几个技术问题  184
8.2  光孤子通信  188
8.2.1  光孤子的物理概念  188
8.2.2  光孤子通信原理  191
8.2.3  光孤子通信的一些典型系统  194
8.3  光交换与光交叉连接技术  196
8.3.1  光交换技术  196
8.3.2  光交叉连接技术  198
8.4  全光波长转换技术  199
8.4.1  波长转换技术在全光网络中的作用  200
8.4.2  波长转换技术  201
8.4.3  全光波长转换技术  202
8.5  MOEMS光开关  208
8.5.1  传统光开关  208
8.5.2  MOEMS器件特点  209
8.5.3  MOEMS光开关的基本原理及特点  210
8.5.4  典型的MOEMS光开关的基本原理及特点  211
8.5.5  MOEMS材料、工艺、组装技术  214
习题  216
附录  英文缩写对照表  217
参考文献  221