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1光纤通信概论1

1.1光纤通信技术的演进1

1.2信号及调制4

1.2.1脉冲编码调制4

1.2.2基本信息速率6

1.2.3调制码型8

1.3光通信系统10

2光纤13

2.1概述13

2.2光线在光纤中的传输15

2.2.1阶跃光纤中的光线分析15

2.2.2梯度光纤中的光线分析17

2.2.3平面光波导19

2.3光纤的波动理论24

2.3.1波动方程24

2.3.2归一化变量25

2.3.3贝塞尔方程的场解26

2.3.4特征方程29

2.3.5线偏振模及其特性29

2.3.6传播常数β与归一化频率V的关系31

2.3.7光纤中的功率流32

2.3.8单模光纤33

2.4光纤的损耗特性37

2.4.1材料的吸收损耗39

2.4.2光纤的散射损耗40

2.4.3辐射损耗40

2.5光纤的色散特性及带宽41

2.5.1群时延和时延差42

2.5.2材料色散和波导色散43

2.5.3高斯脉冲在单模光纤中的传播48

2.5.4偏振模色散49

2.5.5模间色散50

2.5.6光纤的传输带宽51

2.6单模光纤中的非线性效应52

2.6.1媒质中的非线性效应53

2.62光纤中的受激散射效应53

2.6.3非线性折射率调制效应55

2.6.4光脉冲在光纤中的传输方程58

2.7光纤光栅59

2.7.1基本工作原理59

2.7.2耦合模理论及布拉格光栅的滤波特性60

2.7.3啁啾光纤光栅63

2.7.4长周期光纤光栅64

2.7.5抽样光栅65

2.7.6光纤光栅在光纤通信中的应用66

2.8无源光器件67

2.8.1光纤的连接与光纤连接器68

2.8.2光纤分路器及耦合器68

2.8.3GRIN透镜连接器70

2.8.4光隔离器和光环行器70

2.8.5光开关70

2.9聚合物光纤与光子晶体光纤简介73

2.9.1聚合物光纤73

2.9.2光子晶体光纤74

习题77

3光源与光发送机79

3.1半导体中的光发射80

3.1.1光的吸收与发射80

3.1.2半导体的光发射83

3.2发光二极管87

3.2.1发光二极管的结构87

3.2.2发光二极管的主要特性89

3.3半导体激光器的工作原理与结构92

3.3.1半导体激光器的工作原理92

3.3.2半导体激光器的结构97

3.4半导体激光器的工作特性103

3.4.1P—I特性103

3.4.2模式特性与线宽106

3.4.3调制特性107

3.4.4波长调谐特性112

3.4.5噪声特性113

3.4.6半导体激光器的安全使用115

3.5光发送机115

3.5.1光载波的调制116

3.5.2发光二极管驱动电路117

3.5.3激光二极管驱动电路119

3.6光源与光纤的耦合121

3.7光源的外调制技术122

3.8光子集成光源127

习题129

4光检测器与光接收机130

4.1概述130

4.2光检测器131

4.2.1光检测器的工作原理131

4.2.2光检测器的主要工作特性136

4.2.3高带宽光检测器140

4.3光接收机的噪声140

4.3.1光接收机中的噪声源140

4.3.2接收机等效电路及放大器电路噪声142

4.3.3光检测器噪声143

4.3.4背景噪声146

4.3.5光检测器信噪比147

4.3.6等效噪声功率148

4.4模拟接收机的噪声及信噪比149

4.4.1均方信号电流149

4.4.2等效噪声带宽150

4.4.3信噪比及接收灵敏度151

4.5数字接收机的噪声分析152

4.5.1概述152

4.5.2数字接收机的分析模型153

4.5.3信号分析153

4.5.4放大器电路噪声155

4.5.5光检测器噪声155

4.5.6输入输出脉冲形状及I1、I2、I3、Σ1值157

4.6光接收机前置放大器161

4.6.1高阻抗前置放大器162

4.6.2互阻抗放大器168

4.6.3动态范围170

4.7数字接收机的误码率和接收灵敏度171

4.7.1数字接收机的误码率171

4.7.2数字接收机的接收灵敏度175

4.7.3光前置放大器接收机177

4.7.4影响灵敏度的其他因素178

4.7.5数字接收机的灵敏度极限——量子极限179

4.8数字接收机中的定时提取与判决再生180

4.8.1定时提取181

4.8.2判决再生181

习题183

5光放大器185

5.1概述185

5.1.1半导体光放大器186

5.1.2掺铒光纤放大器187

5.1.3光纤拉曼放大器188

5.1.4光放大器在光通信系统中的应用189

5.2光放大器基本特性190

5.2.1增益和带宽191

5.2.2饱和输出功率192

5.2.3噪声特性193

5.2.4光放大器存在的问题196

5.3半导体光放大器197

5.3.1基本工作原理197

5.3.2增益特性197

5.3.3功率输出特性200

5.3.4带宽特性200

5.3.5噪声特性201

5.3.6多信道放大特性202

5.3.7半导体光放大器的应用203

5.4掺铒光纤放大器206

5.4.1基本工作原理207

5.4.2增益特性208

5.4.3功率输出特性211

5.4.4噪声特性212

5.4.5多信道放大特性216

5.4.6宽带EDFA218

5.4.7EDFA的应用220

5.5光纤拉曼放大器224

5.5.1耦合方程组224

5.5.2增益特性226

5.5.3噪声特性227

5.5.4宽带拉曼放大器234

5.5.5拉曼放大器的应用237

习题239

6光纤通信系统241

6.1数字光纤通信系统241

6.1.1光纤传输系统最适合于传输数字信号241

6.1.2数字光纤通信系统的基本结构242

6.1.3线路码型243

6.1.4前向纠错（FEC）245

6.1.5数字光纤通信系统的性能247

6.1.6数字光纤通信系统的主要性能指标测试252

6.2系统设计考虑255

6.2.1工作波长的选择255

6.2.2元件的选择255

6.2.3损耗限制系统的计算——功率预算法256

6.2.4色散限制系统的计算——上升时间预算258

6.3模拟光纤通信系统262

6.3.1模拟调制技术262

6.3.2基带直接强度调制（D-IM）264

6.3.3副载波复用强度调制（SCM-IM）265

6.4相干光纤通信系统271

6.4.1基本原理272

6.4.2调制与解调技术273

6.4.3相干光纤通信的优点及关键技术274

6.4.4相干光纤通信系统实例275

6.5光纤孤子通信275

6.5.1基本原理275

6.5.2损耗管理孤子系统278

6.5.3色散管理孤子系统279

6.6波分复用光纤通信系统280

6.6.1概述280

6.6.2WDM光传送系统结构282

6.6.3光滤波器284

6.6.4波分复用/解复用器285

6.6.5光源技术290

6.6.6光纤技术291

6.6.7色散补偿技术292

6.6.8调制码型296

6.6.9WDM光传送系统现状299

6.6.10WDM的发展301

习题303

7光网络305

7.1通信网技术的演进305

7.1.1概述305

7.1.2通信网的结构307

7.1.3通信网的演进309

7.2SDH光同步数字传送网311

7.2.1帧结构和复用映射结构311

7.2.2自愈环313

7.2.3SDH网络315

7.3WDM光传送网317

7.3.1光传送网的分层结构318

7.3.2光网络的结构及波长路由319

7.3.3节点设备321

7.3.4IP over WDM网技术327

7.3.5WDM光网络概况328

7.4光接入网330

7.4.1光接入网的参考配置331

7.4.2光接入网的应用类型332

7.4.3无源光网络333

7.4.4HFC接入网341

附录344

主要参考资料345