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第1章 绪论1

1.1光通信技术的发展1

1.1.1光通信器件的发展2

1.1.2光纤通信系统的演进3

1.2光通信基础5

1.2.1复接与分插5

1.2.2准同步数字体系与同步数字体系6

1.2.3数字光纤通信系统7

1.3光通信技术优势和特点9

1.4光通信技术未来展望10

习题11

第2章 光纤波导理论基础12

2.1光纤的基本结构与分类12

2.1.1光纤的基本结构与导波原理12

2.1.2全反射相移、穿透深度和Goos-Hanchen位移16

2.1.3光纤折射率分布的类型21

2.1.4单模光纤与多模光纤23

2.2光波导的一般理论24

2.2.1光波导的一般理论与性质24

2.2.2模式27

2.3阶跃折射率光纤32

2.3.1概述32

2.3.2矢量模34

2.3.3标量法与线偏振模37

2.3.4阶跃折射率光纤的模式求解40

2.4单模光纤63

2.4.1概述63

2.4.2单模光纤的基本性质64

2.4.3功率限制因子、模场直径与有效面积67

习题72

第3章 光纤传输特性75

3.1光纤损耗75

3.1.1光纤损耗概述75

3.1.2光纤损耗的种类及特点76

3.1.3弯曲损耗80

3.1.4光纤损耗性能的改善技术82

3.2光纤色散83

3.2.1色散概述83

3.2.2光脉冲的色散展宽89

3.2.3单模光纤中的色散97

3.2.4光纤的分类与ITU-T建议101

3.3光纤中的非线性效应105

3.3.1非线性传输方程106

3.3.2自相位调制113

3.3.3交叉相位调制117

3.3.4四波混频122

3.3.5受激非弹性散射127

3.3.6光纤中的光学孤立子130

习题133

第4章 光纤制造技术与特种光纤135

4.1光纤制造技术及光缆135

4.1.1光纤制造技术135

4.1.2光缆139

4.2特种光纤141

4.2.1特种光纤概述141

4.2.2保偏光纤142

4.2.3稀土掺杂光纤144

4.2.4色散补偿光纤146

4.2.5光子晶体光纤147

4.2.6大模场面积光纤150

4.2.7多芯光纤与少模光纤152

习题157

第5章 无源光器件158

5.1概述158

5.2基本无源光器件158

5.2.1连接器158

5.2.2衰减器161

5.2.3隔离器164

5.2.4光环行器167

5.2.5波分复用器168

5.3光纤耦合器170

5.3.1 X型（2×2）光纤耦合器的基本工作原理171

5.3.2 X型（2×2）光纤耦合器制作方法172

5.3.3 X型（2×2）光纤耦合器的指标172

5.3.4光纤熔融拉锥耦合器的应用实例173

5.3.5光纤熔融拉锥耦合器用于波分复用174

5.3.6光纤熔融拉锥耦合器用于构成马赫-曾德尔干涉仪176

5.4 PLC光耦合器177

5.4.1 PLC光耦合器的分类178

5.4.2 1×NPLC光分路器的工作原理178

5.4.3 PLC光分路器的制作工艺180

5.4.4 PLC光分路器主要指标181

5.5阵列波导光栅182

5.5.1 AWG的发展现状182

5.5.2 AWG的基本工作原理183

5.5.3 AWG的性能指标183

5.6光开关184

5.6.1光开关的分类185

5.6.2光开关的特性参数186

5.6.3液晶光开关187

5.6.4 MEMS光开关188

习题190

第6章 光纤光栅的研究与应用191

6.1引言191

6.1.1光纤光栅的发展历程191

6.1.2光纤光栅的主要应用193

6.2光纤光栅的分类和工作原理194

6.2.1光纤光栅的分类194

6.2.2光纤光栅的工作原理197

6.3光纤光栅的制作方法198

6.3.1光纤光栅制作的基本条件198

6.3.2短周期光纤光栅的制作方法199

6.3.3长周期光纤光栅的制作方法202

6.3.4逐点写入法制作光纤光栅的意义和进展204

6.4光纤光栅的特性206

6.4.1短周期光纤光栅的光谱特性206

6.4.2短周期光纤光栅的时延特性210

6.4.3长周期光纤光栅的光谱特性212

6.5光纤光栅的应用和展望213

6.5.1光纤光栅色散补偿213

6.5.2基于光纤光栅的各类器件214

6.5.3光纤光栅传感214

6.5.4光纤光栅主要新技术和发展前景215

习题216

第7章 激光器217

7.1激光的物理基础217

7.1.1光纤通信系统对光源的要求217

7.1.2激光218

7.1.3激光器的工作原理219

7.1.4激光器的基本组成226

7.2半导体激光器228

7.2.1半导体材料的光电子学特性229

7.2.2 F-P腔半导体激光器238

7.2.3动态单纵模激光器247

7.2.4发光二极管253

7.3光纤激光器256

7.3.1光纤激光器的主要特点和分类257

7.3.2光纤激光器的工作原理和基本结构261

7.3.3稀土掺杂光纤激光器264

7.3.4光纤激光器的研究方向和应用前景269

习题274

第8章 电光调制器与光探测器275

8.1电光调制器275

8.1.1单晶铌酸锂线性电光特性276

8.1.2电光相位调制器278

8.1.3马赫-曾德尔调制器279

8.1.4高速电光调制器的设计286

8.2光探测器288

8.2.1概述289

8.2.2光探测器的基础理论289

8.2.3光探测器的材料体系292

8.3光电二极管的典型结构292

8.3.1 PIN光电二极管292

8.3.2 MSM光探测器294

8.3.3 APD光电二极管295

8.4高速光探测器296

8.4.1单行载流子光电二极管296

8.4.2边入射及倏逝耦合波导光电二极管297

8.4.3行波光探测器298

8.5光探测器新材料299

8.5.1石墨烯光探测器299

8.5.2小结303

习题303

第9章 光纤放大器及其应用305

9.1使用光纤放大器的必要性305

9.2半导体光放大器306

9.2.1半导体光放大器的结构和特点306

9.2.2半导体光放大器的主要性能参数309

9.2.3半导体光放大器的应用313

9.3掺铒光纤放大器317

9.3.1掺铒光纤放大器的发明和历史意义317

9.3.2掺铒光纤放大器的基本理论基础317

9.3.3掺铒光纤放大器的基本结构320

9.3.4掺铒光纤放大器的主要特性参数321

9.3.5级联放大器324

9.4拉曼光纤放大器327

9.4.1拉曼光纤放大器的发明和特点327

9.4.2拉曼光纤放大器的原理328

9.4.3拉曼光纤放大器的主要特性329

9.4.4拉曼光纤放大器的现状331

9.5总结和展望332

9.5.1光放大器的问题与发展332

9.5.2全光再生的进展333

习题334

第10章 光纤测量336

10.1光纤损耗测量336

10.1.1剪断法337

10.1.2插入法337

10.1.3背向散射法338

10.2光纤色散测量340

10.2.1相移法341

10.2.2干涉法342

10.2.3脉冲时延法343

10.3光纤截止波长测量344

10.3.1传输功率法344

10.3.2模场直径法345

10.4光纤模场直径测量345

10.4.1远场扫描法347

10.4.2可变孔径法348

10.4.3近场扫描法349

10.5光纤偏振模色散测量350

10.5.1斯托克斯参数评价法350

10.5.2偏振态法351

10.5.3干涉法352

10.5.4固定分析法353

10.6光纤折射率分布测量354

10.7实验报告355

10.7.1 OTDR测量光纤损耗实验报告355

10.7.2光纤通信软件仿真实验报告355

习题356

附录A 模式正交性的证明357

附录B 正向模与反向模关系的证明359

附录C 矢量模场求解过程360

附录D 矢量模表达式363

参考文献366