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第1章 光通信网络的特点1

1.1 光网的特点1

1.2 长途网络3

1.3 波分复用（WDM）网络4

1.4 网络结构7

1.5 光网保护10

1.5.1 保护方案10

1.5.2 环形保护12

1.6 光网元14

1.6.1 光WDM终端复用器14

1.6.2 光WDM分插复接器16

1.6.3 光WDM交叉连接19

参考文献21

第2章 光纤24

2.1 引言24

2.2 波导特性25

2.2.1 基本概念与参数25

2.2.2 阶跃折射率光纤的基本方程式31

2.2.3 渐变折射率光纤41

2.3 光纤材料44

2.3.1 硅酸盐玻璃44

2.3.2 塑料45

2.4 基本光学特性46

2.4.1 损耗46

2.4.2 色散49

2.4.3 偏振54

2.5 非线性光学特性56

2.5.1 受激散射过程57

2.5.2 三阶非线性参数过程63

2.5.3 光敏性67

2.6 光纤中的脉冲传播69

2.6.1 脉冲包络波动方程的推导69

2.6.2 包络波动方程的解：孤子72

参考文献74

第3章 发射机77

3.1 引言77

3.2 理论79

3.2.1 单模运行的速率方程79

3.2.2 材料性能83

3.2.3 稳态特性90

3.2.4 小信号调制特性92

3.2.5 噪声特性96

3.3 半导体激光器的基本结构设计99

3.4 单模激光器结构102

3.4.1 耦合模理论105

3.4.2 折射率耦合DFB激光器的基本性能107

3.4.3 改进的DFB激光器结构111

3.4.4 增益耦合式激光器112

3.4.5 DFB激光器的模拟112

3.5 可调谐激光器120

3.5.1 外腔激光器（ECL）120

3.5.2 热调谐120

3.5.3 多区域DFB激光器120

3.5.4 分布布喇格反射DBR激光器121

3.5.5 可调式双波导激光器（TTG）121

3.5.6 平行耦合激光器（OCL）122

3.5.7 Y形激光器123

3.5.8 超结构光栅DBR激光器或取样光栅激光器（SSG激光器）123

3.5.9 弯曲波导DFB激光器（BWL）124

参考文献124

第4章 光电探测器127

4.1 引言127

4.2 PIN光电二极管127

4.2.1 PIN光电二极管的原理128

4.2.2 PIN光电二极管特性129

4.2.3 边入射PIN光电二极管138

4.2.4 金属—半导体—金属光电二极管140

4.3 雪崩光电二极管（APD）142

4.3.1 APD的特性143

4.3.2 APD的噪声144

4.3.3 改进噪声特性的结构146

4.4 光电二极管147

4.4.1 硅光电二极管147

4.4.2 铟镓砷（InGaAs）光电二极管149

4.5 光接收机153

4.5.1 传统光接收机153

4.5.2 特殊光接收机156

4.5.3 光电集成电路（OEIC）光接收机157

4.6 结论160

参考文献160

第5章 光放大器164

5.1 引言164

5.2 光纤放大器165

5.2.1 掺铒光纤放大器165

5.2.2 其他光纤放大器188

5.3 半导体光放大器189

5.3.1 化合物半导体材料中的光增益189

5.3.2 异质结器件基本结构191

5.3.3 速率方程、饱和特性、噪声指数194

5.3.4 光反射效应（增益抖动）198

5.3.5 增益钳位199

5.3.6 半导体光放大器在通信系统中的一般应用201

5.3.7 数字传输系统201

5.3.8 波分复用系统205

5.3.9 模拟传输系统205

5.3.10 其他应用207

参考文献208

第6章 无源与有源玻璃集成光学器件214

6.1 引言214

6.2 无源功率分波器216

6.2.1 分波器及其基本功能216

6.2.2 波导模计算218

6.2.3 锥形结构和分支结构226

6.2.4 弯曲波导228

6.2.5 2×2分束器229

6.2.6 P×N星形耦合器231

6.2.7 玻璃中的离子交换232

6.2.8 特征方法236

6.2.9 商业器件的性能与可靠性241

6.3 集成光学镱／铒玻璃放大器244

6.3.1 引言244

6.3.2 镱／铒共掺杂速率方程246

6.3.3 传输方程248

6.3.4 功率传递方程249

6.3.5 镱铒共掺杂增强粒子数反转252

6.3.6 有效反转系数255

6.3.7 共掺杂波导区的增益257

6.3.8 高浓度稀土元素的不利效应261

6.3.9 工艺与器件266

6.4 集成光学铒／镱玻璃激光振荡器273

6.4.1 连续波（CW）运行274

6.4.2 实验孤子与Q开关运行279

参考文献281

第7章 波长选择器件285

7.1 引言285

7.2 器件规范289

7.3 法布里—珀罗干涉仪滤波器290

7.4 介质干涉滤波器296

7.5 光纤光栅298

7.6 基于光栅的解复用器300

7.7 基于相阵列（PHASAR）的器件307

7.7.1 引言307

7.7.2 工作原理307

7.7.3 工艺技术309

7.7.4 器件特性310

7.7.5 波长路由特性316

7.7.6 多波长发射机与接收机317

7.7.7 多波长分插复用器与交叉连接器319

7.8 铌酸锂集成声光器件323

7.8.1 引言323

7.8.2 基本结构单元324

7.8.3 可调波长滤波器328

7.8.4 波长选择开关与分插复用器331

7.8.5 在WDM系统中的应用333

7.8.6 展望335

参考文献336

第8章 光开关341

8.1 引言341

8.2 应用342

8.2.1 光组件特性与测试342

8.2.2 测试方法344

8.2.3 通信345

8.3 技术350

8.3.1 非干涉仪型开关352

8.3.2 干涉仪型开关362

8.4 总结366

参考文献367

第9章 全光时分复用技术368

9.1 全光TDM技术的作用368

9.2 全光TDM系统的关键技术370

9.2.1 超短光脉冲产生技术370

9.2.2 全光型的复用器与解复用器（MUX/DEMUX）技术377

9.2.3 光时钟提取技术389

9.2.4 高速光波形测量393

9.3 OTDM与OTDM/WDM传输的验证396

9.3.1 100Gb/s～400Gb/s的OTDM传输实验397

9.3.2 400Gb/s到3Tb/s的OTDM/WDM传输实验401

参考文献404

第10章 光混合集成电路411

10.1 引言411

10.2 混合集成的关键技术413

10.2.1 混合集成的平台413

10.2.2 无源对准技术417

10.2.3 用于混合集成的光电器件技术421

10.3 混合集成对光通信技术的影响425

10.3.1 混合集成技术的应用425

10.3.2 用于光纤终端用户系统的光模块426

10.3.3 用于WDM的光模块432

10.3.4 高速应用领域的光电混合模块438

10.4 展望446

10.5 总结448

参考文献449

第11章 单片集成452

11.1 引言452

11.2 波导454

11.3 集成模斑尺寸变换器457

11.4 单片集成激光器460

11.4.1 垂直激光器—波导耦合460

11.4.2 激光—波导对接耦合462

11.4.3 激光器—HBT集成466

11.5 集成接收机467

11.6 串扰472

11.6.1 电串扰472

11.6.2 光串扰475

11.6.3 热串扰475

11.7 光电集成化的流行态势476

11.8 展望482

参考文献484

作者介绍489

缩写词表499