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第1章　概述1

1.1　光纤通信技术发展1

1.1.1　光纤通信的优点3

1.1.2　光传送网的关键技术5

1.1.3　通信网络的分层结构7

1.2　光波基础8

1.2.1 光的本质8

1.2.2　均匀介质中的光波10

1.2.3　相速度和折射率13

1.2.4　群速度和群折射率13

1.3　光与介质的相互作用15

1.3.1　斯奈尔定律和全反射15

1.3.2　内／外反射、抗反射膜和电介质镜16

1.3.3　光多次干涉和谐振22

1.3.4　古斯-汉森相移和分光镜25

1.3.5　相干26

1.3.6　衍射28

1.3.7　偏振31

1.3.8　双折射——光在各向异性介质中的传输33

1.3.9　非线性光学效应36

1.4　平面介质波导37

1.4.1　波导条件37

1.4.2　单模和多模波导39

复习思考题39

习题40

第2章　光纤和光缆42

2.1　光纤结构和类型42

2.1.1　多模光纤42

2.1.2　单模光纤45

2.1.3　光纤制造工艺46

2.2　光纤传输原理46

2.2.1　传输条件46

2.2.2　光纤模式48

2.2.3　单模光纤的基本特性54

2.3　光纤传输特性57

2.3.1　衰减57

2.3.2　色散58

2.3.3　光纤比特率65

2.3.4　光纤带宽67

2.3.5　非线性光学效应71

2.4　单模光纤的进展和应用74

2.4.1　G.652标准单模光纤74

2.4.2　G.653色散移位光纤76

2.4.3　G.654衰减最小光纤76

2.4.4　G.655非零色散光纤77

2.4.5　G.656宽带全波光纤77

2.4.6　G.657接入网用光纤78

2.4.7　色散补偿光纤79

2.5　光纤的选择80

2.6　光缆81

2.6.1　对光缆的基本要求81

2.6.2　光缆结构和类型82

2.6.3　海底光缆84

2.7　光纤传输特性测量87

2.7.1　损耗测量87

2.7.2　带宽测量89

2.7.3　色散测量89

复习思考题90

习题91

第3章　光纤通信器件92

3.1　连接器92

3.1.1　连接损耗92

3.1.2　活动连接器结构和特性93

3.1.3　接头95

3.1.4　连接方法的比较96

3.2　耦合器96

3.2.1　T形耦合器96

3.2.2　熔拉双锥星形耦合器97

3.2.3　阵列波导光栅（AWG）星形耦合器97

3.3　可调谐光滤波器98

3.3.1　法布里-珀罗（F-P）滤波器99

3.3.2　马赫-曾德尔（M-Z）滤波器102

3.3.3　布拉格（Bragg）光栅滤波器104

3.3.4　阵列波导光栅（AWG）滤波器105

3.3.5　调谐滤波器性能比较107

3.4　波分复用／解复用器108

3.4.1　棱镜复用／解复用器108

3.4.2　衍射光栅解复用器109

3.4.3　阵列波导光栅（AWG）复用／解复用器110

3.4.4　马赫-曾德尔（M-Z）干涉滤波器复用／解复用器111

3.5　调制器112

3.5.1 电光调制器（MZM）113

3.5.2 电吸收波导调制器（EAM）117

3.5.3　QPSK光调制器118

3.6　光开关120

3.6.1　MEMS微机械光开关120

3.6.2　电光开关121

3.6.3 热光开关（TOS）122

3.6.4　磁光开关122

3.7　光隔离器124

3.7.1　磁光块状光隔离器124

3.7.2　磁光波导光隔离器126

3.8　光环行器129

3.9　光分插复用器（OADM）130

3.9.1　一般概念130

3.9.2　阵列波导光栅（AWG）光分插复用器130

3.9.3　可重构光分插复用器（ROADM）132

3.9.4　波长选择交换（WSS）ROADM134

3.10　波长转换器135

3.11　偏振复用器件137

复习思考题138

习题138

第4章　光源和光发射机139

4.1　概述139

4.2　发光机理140

4.2.1 原理140

4.2.2　受激发射条件142

4.2.3　光增益144

4.2.4　激光器起振的阈值条件145

4.2.5　激光器起振的相位条件147

4.3　半导体激光器149

4.3.1　异质结半导体激光器149

4.3.2　量子限制激光器150

4.3.3　分布反馈激光器152

4.4　波长可调半导体激光器155

4.4.1　耦合腔波长可调半导体激光器155

4.4.2　衍射光栅PIC波长可调激光器159

4.4.3 阵列波导光栅（AWG）PIC波长可调激光器160

4.5　垂直腔表面发射激光器163

4.6　半导体激光器的特性164

4.6.1　半导体激光器的基本特性164

4.6.2　模式特性169

4.6.3　调制响应169

4.6.4　噪声173

4.7　高速光发射机174

复习思考题175

习题176

第5章　光探测和光接收机177

5.1　光探测原理177

5.2　光电探测器178

5.2.1　PIN光电二极管178

5.2.2　雪崩光电二极管181

5.2.3　响应带宽182

5.2.4　新型APD结构184

5.2.5　MSM光电探测器186

5.2.6　单行载流子光电探测器（UTC-PD）187

5.2.7　波导光电探测器（WG-PD）189

5.2.8　行波探测器（TW-PD）190

5.3　数字光接收机192

5.3.1　光电转换和前置放大器193

5.3.2　线性放大器194

5.3.3　数据恢复195

5.4　接收机信噪比（SNR）196

5.4.1 噪声机理196

5.4.2　PIN光接收机197

5.4.3　APD接收机198

5.4.4　光信噪比（OSNR）和信噪比（SNR）的关系201

5.5　接收机误码率和灵敏度202

5.5.1　比特误码率202

5.5.2　最小平均接收光功率205

5.5.3　光电探测器的量子限制207

5.6　灵敏度下降机理207

5.7　光接收机209

5.7.1　光接收机性能209

5.7.2　电子载流子（UTC）光接收机210

5.7.3　阵列波导光栅（AWG）PIC多信道光接收机210

5.7.4　107 Gb/s WG-PIN行波放大PIC光接收机211

复习思考题213

习题213

第6章　光放大器215

6.1　一般概念215

6.1.1　增益频谱和带宽216

6.1.2　增益饱和217

6.1.3　放大器噪声217

6.1.4　光放大器应用219

6.2　半导体光放大器220

6.2.1　放大器设计220

6.2.2　行波光放大器特性222

6.2.3　半导体光放大器的应用225

6.3　光纤拉曼放大器226

6.3.1　分布式光纤拉曼放大器的工作原理和特性227

6.3.2　光纤拉曼放大器对系统性能的影响232

6.3.3　光纤拉曼放大技术应用232

6.4　掺铒光纤放大器233

6.4.1　掺铒光纤结构234

6.4.2　工作原理及其特性235

6.4.3　掺铒光纤放大器的优点240

6.4.4　EDFA的应用240

6.4.5　实用EDFA构成241

6.5　光放大器系统应用242

6.5.1　前置放大器242

6.5.2　放大器级联244

复习思考题247

习题248

第7章　光纤传输系统249

7.1　概述249

7.1.1　调制249

7.1.2　编码254

7.1.3　复用257

7.2　光调制257

7.2.1　模拟强度光调制257

7.2.2　数字强度光调制258

7.3　电复用光纤传输系统259

7.3.1　频分复用光纤传输系统259

7.3.2　微波副载波复用（SCM）光纤传输系统261

7.3.3 电时分复用的典型应用——SDH光纤传输系统265

7.4　光复用光纤传输系统270

7.4.1　波分复用（WDM）光纤传输系统271

7.4.2　光时分复用（OTDMA）光纤传输系统272

7.4.3　光码分复用（OCDM）光纤传输系统275

7.5　相干光波通信系统277

7.5.1　相干检测277

7.5.2　信噪比（SNR）279

7.5.3　相干解调方式280

7.5.4　相干系统光调制282

7.5.5　相位噪声和相位分集接收285

7.5.6　强度噪声和平衡混频接收287

7.5.7　极化匹配和极化控制288

7.5.8　相干实验系统289

7.6　光孤子通信实验系统290

7.6.1　基本概念290

7.6.2　通信实验系统291

7.7　高速光纤传输系统292

7.7.1　先进光调制制式293

7.7.2　超强FEC纠错297

7.7.3　高速光纤传输系统302

复习思考题305

习题306

第8章　系统设计308

8.1　系统结构和限制308

8.1.1　系统结构308

8.1.2　损耗限制系统312

8.1.3　色散限制系统312

8.2　功率预算313

8.2.1　陆地系统功率预算313

8.2.2　海底光缆系统功率预算315

8.3　功率代价因素317

8.3.1　光纤模式噪声317

8.3.2　色散引起的脉冲展宽318

8.3.3　激光器模式分配噪声319

8.3.4　LD的频率啁啾322

8.3.5　反射噪声324

8.4　带宽设计326

8.5　单信道光纤通信系统设计328

8.5.1　模拟系统设计328

8.5.2　数字系统设计331

8.6　DWDM系统工程设计333

8.6.1　中心频率和信道间隔334

8.6.2　线性串话334

8.6.3　非线性串话337

8.6.4　光放大器系统设计340

8.6.5　光功率预算342

8.6.6　网络管理343

8.6.7　网络保护和生存对策344

8.6.8　网络互连344

8.6.9　DWDM网络信道数计算345

复习思考题346

习题346

第9章　色散限制、补偿和管理348

9.1　色散引起脉冲展宽348

9.1.1　基本传输方程349

9.1.2 高斯脉冲输入349

9.2　色散对系统性能的限制352

9.2.1　对系统比特速率的限制352

9.2.2　对系统传输距离的限制354

9.3 电子色散补偿355

9.4　前补偿技术357

9.4.1　预啁啾补偿357

9.4.2　FSK调制补偿358

9.4.3　双二进制编码359

9.4.4　半导体光放大器产生啁啾补偿359

9.4.5　光纤引入啁啾360

9.5　负色散光纤补偿360

9.5.1　传统负色散光纤（DCF）补偿360

9.5.2　光子晶体光纤（PCF）补偿362

9.6　光滤波器补偿363

9.6.1　法布里-玻罗干涉滤波器363

9.6.2　马赫-曾德尔干涉滤波器364

9.6.3　光纤光栅滤波器364

9.7　相位共轭补偿368

9.8　宽带系统色散补偿369

9.8.1　光时分复用系统色散补偿369

9.8.2　波分复用系统色散补偿370

9.9　色散管理372

9.9.1　长距离系统色散管理372

9.9.2　动态色散管理373

复习思考题375

习题375

附录A　部分习题答案376

附录B 电磁波频率与波长的换算379

附录C　dBm与mW换算表379

附录D dB值和功率比（dB=101g（P2/P1））380

附录E　百分损耗（％）与分贝（dB）损耗换算表380

附录F PDH与SDH速率等级380

附录G △λ和△ν的关系382

附录H　物理常数382

附录I ITU-T关于WDM系统波长安排383

附录J　名词术语索引385

附录K　例题目录405

参考文献407