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第1章 导论1

1.1 光纤通信的发展与现状1

1.2 通信系统的信号与调制4

1.2.1 模拟信号与数字信号4

1.2.2 调制格式6

1.3 信号复用与数字传递方式7

1.3.1 数字信号的复用方法与PDH系统7

1.3.2 同步数字转移模式(STM)9

1.3.3 异步转移模式(ATM)10

1.4 光纤通信系统及其应用12

1.5 光纤系统的基本组成13

1.5.1 光纤光缆13

1.5.2 光发送机14

1.5.3 光接收机15

练习题16

第2章 光纤的结构与导波特性18

2.1 光纤的导光原理与结构特性的射线分析18

2.1.1 阶跃光纤19

2.1.2 渐变光纤20

2.2 阶跃光纤的模式理论21

2.2.1 电磁波在光纤中传播的基本方程21

2.2.2 光在光纤中传播的导波方程22

2.2.3 阶跃光纤中的光场23

2.2.4 阶跃光纤的本征值方程与模式24

2.2.5 单模光纤26

2.3 单模光纤的色散29

2.3.1 光纤色散引起的脉冲展宽及对通信容量的影响29

2.3.2 材料色散30

2.3.3 波导色散31

2.3.4 色散位移和非零色散光纤32

2.3.6 偏振色散33

2.3.5 高阶色散33

2.4 光纤损耗34

2.4.1 衰减系数34

2.4.2 衰减机理35

2.5 光纤的非线性效应37

2.5.1 非线性折射率与自相位调制37

2.5.2 受激非弹性散射38

2.5.3 参量过程与四波混频39

2.6 光纤光缆设计与制造40

2.6.1 光纤的结构设计与制造40

2.6.2 光缆的结构设计与制造42

练习题44

第3章 光波系统中光信号的传输特性46

3.1 色散影响下光信号的传输特性46

3.1.1 光脉冲传输的基本方程46

3.1.2 光脉冲参数与色散展宽47

3.2 光纤带宽与色散对通信能力的限制51

3.2.1 宽谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率52

3.2.2 窄谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率52

3.2.3 光纤与光纤系统的带宽54

3.3 光纤非线性影响下光信号的传输特性56

3.3.1 光脉冲在非线性色散光波系统中传输的基本方程56

3.3.2 光波系统中光脉冲信号的传输状态57

3.4 非线性光波系统中的自相位调制和频率啁啾58

练习题62

第4章 光波系统互连技术与器件64

4.1 光纤连接器64

4.1.1 光纤连接损耗及影响因素64

4.1.2 光纤连接器的结构67

4.2 光纤耦合器69

4.2.1 光纤耦合器的基本原理与结构69

4.2.2 光纤耦合器的特性72

4.2.3 其他类型耦合器75

4.3 波分复用/解复用器与光滤波器76

4.3.2 WDM/DWDM的结构原理78

4.4 光波导调制与开关器件83

4.4.1 相位调制器84

4.4.2 强度调制器和光开关85

练习题87

第5章 光源与光发送机88

5.1 半导体光源的物理基础88

5.1.1 发射与吸收速率88

5.1.2 PN结的形成及其能带结构90

5.1.3 载流子的复合发光效率与寿命94

5.1.4 制造异质结的化合物半导体95

5.2 发光二极管96

5.2.1 输出功率与效率96

5.2.2 输出光谱特性97

5.2.4 LED的类型与结构98

5.2.3 响应速率与带宽98

5.3 半导体激光二极管100

5.3.1 粒子数反转与光增益100

5.3.2 光学谐振腔与激光器的阈值条件101

5.3.3 激光器的结构103

5.3.4 有源层的导波特性与激光腔的振荡模式105

5.3.5 单纵模半导体激光器107

5.4.1 L--I转换输出特性110

5.4 半导体激光器的输出特性110

5.4.2 调制特性113

5.4.3 噪声特性115

5.5 光发送机118

5.5.1 光源的调制118

5.5.2 光源的驱动电路119

5.5.3 光源与光纤的耦合123

练习题125

6.1.1 光检测器的物理基础127

第6章 光检测器与光接收机127

6.1 光电二极管127

6.1.2 PN光电二极管130

6.1.3 PIN光电二极管130

6.1.4 雪崩光电二极管131

6.2 光接收机的电路结构与特性134

6.2.1 光接收机的前端135

6.2.2 光接收机的线性通道136

6.2.3 数据重建电路137

6.2.4 集成光接收机138

6.3 光接收机的噪声139

6.3.1 光接收机的噪声源139

6.3.2 PIN光接收机的信噪比141

6.3.3 APD光接收机的信噪比142

6.4 数字光接收机的灵敏度144

6.4.1 光接收机的误码率144

6.4.2 数字光接收机的最小平均接收功率146

6.4.3 光接收机的极限灵敏度148

6.4.4 光接收机灵敏度的恶化149

6.5 光中继器与分插复用器152

6.5.1 光中继器152

6.5.2 分插复用器153

练习题154

第7章 光放大器156

7.1 光放大器的原理与一般特性156

7.1.1 光放大器的原理156

7.1.2 光增益谱宽与放大器带宽157

7.1.3 增益饱和与饱和输出功率157

7.1.4 放大器噪声159

7.1.5 光放大器在光波系统中的应用160

7.2 半导体光放大器161

7.2.1 工作原理161

7.2.2 放大器特性163

7.2.3 放大器应用164

7.3 光纤喇曼放大器165

7.3.1 FRA的工作原理与增益带宽165

7.3.2 FRA的耦合工作方程和增益饱和167

7.3.3 FRA的性能及其应用168

7.4 光纤布里渊放大器169

7.4.1 FBA的工作原理与增益带宽169

7.4.2 FBA的耦合工作方程和增益饱和170

7.4.3 FBA的性能及其应用171

7.5 掺铒光纤放大器172

7.5.1 掺铒光纤放大器的工作原理与增益谱特性172

7.5.2 EDFA的小信号增益与饱和特性174

7.5.3 EDFA的高速与多信道放大特性177

7.5.4 EDFA的系统应用179

练习题181

8.1.1 点到点连接182

第8章 直接检测光波系统的设计与性能182

8.1 光波系统的结构182

8.1.2 广播和分配网183

8.1.3 局域网184

8.2 光纤损耗和色散对系统性能的限制187

8.2.1 损耗限制光波系统187

8.2.2 色散限制光波系统188

8.2.3 点到点电信商业光波系统189

8.3 光波系统的设计190

8.3.1 光波系统的功率预算190

8.3.2 光波系统的上升时间预算191

8.3.3 光波系统的色散预算192

8.4 光接收机灵敏度恶化和系统功率代价193

8.4.1 模噪声的影响193

8.4.2 色散展宽的影响194

8.4.4 频率啁啾的影响195

8.4.3 模分配噪声的影响195

8.5 光放大系统的设计与性能197

8.5.1 光前置放大器ASE噪声对系统性能的影响197

8.5.2 级联在线光放大系统的性能199

练习题205

第9章 相干光波通信系统207

9.1 相干检测原理与特性207

9.1.1 零差检测208

9.1.2 外差检测208

9.1.3 信噪比209

9.2 调制格式210

9.2.1 ASK调制格式210

9.2.2 PSK调制格式212

9.2.3 FSK调制格式212

9.3 解调方案213

9.3.1 外差同步解调213

9.3.2 外差异步解调214

9.3.3 零差同步解调215

9.3.4 零差异步解调216

9.4 相干光接收机的误码率与灵敏度217

9.4.1 同步ASK接收机217

9.4.2 同步PSK接收机218

9.4.3 同步FSK接收机219

9.4.4 异步ASK接收机219

9.4.5 异步FSK接收机220

9.4.6 异步DPSK接收机221

9.5 相干光接收机灵敏度恶化与系统设计考虑221

9.5.1 相位噪声221

9.5.2 强度噪声223

9.5.3 偏振失配224

9.5.4 光纤色散224

9.6.2 同步外差系统225

9.6.1 异步外差系统225

9.6 相干光波系统的性能225

9.6.3 零差系统226

9.6.4 现场试验系统227

练习题227

第10章 多信道光波系统229

10.1 多信道光波系统的复用方案229

10.2 WDM光波系统231

10.2.1 高速大容量点到点通信231

10.2.2 多信道广播与分配网232

10.2.3 多路接入局域网234

10.3 WDM多信道光波系统的解复用与信道串音236

10.3.1 信道选择光滤波器的参数设计和选择能力236

10.3.2 直接光解复用光放大WDM系统中的串音237

10.3.3 相干解复用密集WDM系统中的串音239

10.4.1 受激喇曼散射(SRS)241

10.4 WDM多信道光波系统的非线性串音241

10.4.2 受激布里渊散射(SBS)242

10.4.3 交叉相位调制(XPM)243

10.4.4 四波混频(FWM)243

10.5 副载波复用(SCM)光波系统244

10.5.1 模拟SCM光波系统245

10.5.2 相干SCM光波系统248

10.5.3 多波长SCM光波系统252

10.6 码分复用(CDM)光波系统252

练习题254

第11章 光纤孤子通信系统256

11.1 光孤子及其特性256

11.1.1 非线性薛定谔方程256

11.1.2 NSE的解及其性质257

11.1.3 暗孤子259

11.2 光纤损耗与光孤子能量补偿放大260

11.2.1 损耗导致的脉冲展宽与面积定理261

11.2.2 光纤损耗的补偿放大与全光中继262

11.2.3 延长放大器间距的预加重方法264

11.3 光纤孤子系统的通信容量及其限制因素265

11.3.1 ASE噪声与光孤子系统的通信容量265

11.3.2 孤子相互作用与通信容量267

11.3.3 光孤子源频率啁啾的影响269

11.3.4 自感应受激喇曼散射与孤子自频移的影响270

11.4 光纤孤子的传输控制272

11.4.1 ASE限制的频域滤波控制272

11.4.2 光孤子传输的时域控制274

11.5 多信道光孤子系统276

11.5.1 多信道光孤子通信系统的特点276

11.5.2 多信道光孤子的碰撞长度277

11.6 光纤孤子通信系统的组成与实验进展278

练习题283

12.1 通信网结构的发展285

第12章 光波通信网新技术285

12.2 节点间连接和光纤链路的全光化287

12.3 光传送网结构分层与WDM网的物理通道288

12.3.1 物理网结构分层288

12.3.2 光通道层的波长路由291

12.3.3 波长通道与波长变换291

12.4 光交叉连接设备293

12.4.1 OXC的功能和技术要求294

12.4.2 OXC的基本结构294

12.4.3 OXC与DXC结构的关系与性能比较298

12.5 波长变换技术299

12.5.1 光电混合波长变换技术300

12.5.2 全光波长变换技术301

12.5.3 四波混频FWM波长变换器303

练习题304

参考文献305