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第1章 绪论1

1.1光纤信息处理的内涵1

1.1.1信息与信号1

1.1.2光纤通信技术2

1.1.3光纤信息处理3

1.1.4学科归属4

1.2光学理论体系4

1.3信息论在光学中的应用6

1.3.1信息熵6

1.3.2信息量7

1.3.3信道容量7

1.3.4光学信息论8

1.4本书内容安排9

第2章 光纤通信器件12

2.1半导体器件基础12

2.1.1电子能级跃迁过程12

2.1.2半导体的能带结构13

2.1.3 PN结形成与电压偏置13

2.2半导体激光器14

2.2.1 F-P腔型半导体激光器14

2.2.2改进结构的激光器18

2.2.3半导体激光器的基本特性21

2.3光滤波器22

2.3.1 F-P腔型光滤波器22

2.3.2马赫-曾德尔干涉型光滤波器24

2.3.3声光可调滤波器24

2.3.4磁光可调滤波器25

2.3.5光栅滤波器26

2.3.6介质膜滤波器26

2.4半导体光放大器27

2.4.1半导体光放大器类型27

2.4.2增益饱和特性28

2.4.3光脉冲放大特性29

2.4.4交叉饱和效应32

2.5发光二极管33

2.5.1普通发光二极管33

2.5.2超辐射发光二极管34

2.6光电检测器34

2.6.1光电二极管的工作原理34

2.6.2 PIN光电二极管35

2.6.3雪崩光电二极管38

2.6.4 PIN光电二极管和APD的比较40

2.7光通信磁光器件41

2.7.1光隔离器41

2.7.2光环行器44

2.7.3法拉第旋转镜45

第3章 光纤收发端机48

3.1光纤通信系统概述48

3.1.1光纤通信系统组成48

3.1.2光发射机与光调制48

3.1.3光纤线路与光中继器49

3.1.4光接收机50

3.2直接调制的光纤发射机50

3.2.1数字光发射机组成50

3.2.2光发送模块电路51

3.2.3直接调制特性55

3.3间接光调制技术58

3.3.1电光调制58

3.3.2电吸收调制59

3.3.3声光调制60

3.3.4磁光调制61

3.4光接收机63

3.4.1数字光接收机组成63

3.4.2信噪比分析66

3.4.3误码率与灵敏度计算67

3.5以太网光纤收发器69

3.5.1光纤以太网简介69

3.5.2光纤收发器功能与分类71

3.5.3光纤收发器的应用72

3.5.4光纤收发器关键技术73

第4章 光纤导光原理77

4.1光纤类型77

4.1.1光纤的结构与分类77

4.1.2 ITU-T建议的光纤分类79

4.2多模光纤的光线分析79

4.2.1光纤传输分析方法79

4.2.2阶跃型多模光纤81

4.2.3渐变型多模光纤82

4.3光纤导模的电磁场分析85

4.3.1光纤中导波光模式85

4.3.2导波光的模式表示85

4.3.3归一化频率86

4.4光纤的传输特性87

4.4.1光纤损耗87

4.4.2光纤色散89

4.4.3光纤非线性91

4.5新型光纤及其应用94

4.5.1光子晶体光纤94

4.5.2塑料光纤97

4.5.3磁光光纤99

第5章 光纤耦合理论105

5.1光脉冲的包络波动方程105

5.1.1频域波动方程105

5.1.2本征方程与色散108

5.1.3微扰波动方程110

5.2光纤光栅的光场耦合特性110

5.2.1光纤光栅的分类与制作111

5.2.2光纤光栅的耦合模分析115

5.2.3磁光光纤布拉格光栅118

5.3光纤非线性光控光机理125

5.3.1介质的非线性极化125

5.3.2单个光波的非线性传输126

5.3.3多波长光的非线性耦合128

5.3.4多束同频光的非线性耦合130

5.4光栅非线性的磁控作用132

5.4.1磁光非线性耦合模方程132

5.4.2圆偏振光的线性耦合133

5.4.3圆偏振光的非线性耦合135

5.4.4双稳态效应及非线性整形效应139

第6章 光纤干涉结构142

6.1法布里-珀罗干涉仪142

6.1.1光纤F-P腔的结构类型142

6.1.2光纤FPI的传感特性143

6.1.3磁光光栅F-P结构145

6.2马赫-曾德尔干涉仪151

6.2.1光纤耦合器152

6.2.2光纤型马赫-曾德尔干涉仪154

6.2.3马赫-曾德尔调制器155

6.3萨格纳克干涉仪158

6.3.1萨格纳克效应与非线性光纤环形镜158

6.3.2基于自相位调制的非线性光纤环形镜159

6.3.3基于交叉相位调制的非线性光纤环形镜161

6.3.4非线性光纤环形镜的应用162

6.4迈克尔逊干涉仪163

6.4.1迈克尔逊干涉结构163

6.4.2基于磁光光纤布拉格光栅的迈克尔逊干涉仪特性164

第7章 光纤放大技术169

7.1光放大器分类169

7.1.1按工作介质分类169

7.1.2按工作原理分类170

7.2掺铒光纤放大器171

7.2.1掺铒光纤放大器的理论模型171

7.2.2掺铒光纤放大器的光路结构173

7.2.3掺铒光纤放大器的基本性能参数174

7.2.4掺铒光纤放大器的应用特点178

7.3光纤拉曼放大器181

7.3.1光纤拉曼放大器的工作原理与特点181

7.3.2光纤拉曼放大器的理论模型182

7.3.3光纤拉曼放大器的性能参数184

7.4光纤参量放大器186

7.4.1四波混频参量过程186

7.4.2四波混频的矢量耦合理论187

7.4.3各向同性光纤参量放大器的增益特性192

7.4.4随机双折射光纤参量放大器的增益特性194

7.4.5参量放大的多信道应用特性195

7.5几种光纤放大器的特点比较196

第8章 光交换技术199

8.1光交换概述199

8.1.1光交换分类199

8.1.2光开关200

8.2波分复用技术206

8.2.1波分复用的概念206

8.2.2复用/解复用器件207

8.2.3波分复用系统的基本结构211

8.2.4群速色散补偿技术212

8.3光交换节点技术215

8.3.1光交叉连接器215

8.3.2光分插复用器216

8.3.3路由与波长分配218

8.4光交换网络技术219

8.4.1光传送网络219

8.4.2光分组交换225

8.4.3光突发交换232

8.4.4三种光交换网络的比较235

8.5自动交换光网络236

8.5.1自动交换光网络概述236

8.5.2自动交换光网络的体系结构238

8.5.3自动交换光网络的控制平面242

8.5.4自动交换光网络业务244

第9章 全光再生技术246

9.1光再生概述246

9.1.1信号劣化与光再生246

9.1.2全光3R再生器结构247

9.1.3光再生实现机制247

9.2光时钟恢复技术248

9.2.1 F-P梳状滤波方案248

9.2.2半导体激光器自脉动方案250

9.2.3光纤参量振荡器方案251

9.2.4光锁相环方案256

9.3光判决门258

9.3.1基于频谱展宽/滤波原理的光判决门258

9.3.2基于非线性光纤环形镜的光判决门261

9.3.3基于高阶四波混频的光判决门262

9.4基于四波混频的全光3R再生技术264

9.4.1光纤参量振荡器理论模型264

9.4.2全光3R再生系统仿真265

9.4.3磁光光纤四波混频再生实验267

9.5多波长全光再生技术270

9.5.1多波长再生的意义270

9.5.2多波长再生技术方案271

第10章 光纤缓存技术276

10.1光缓存概述276

10.1.1光缓存器的研究意义276

10.1.2光缓存器性能指标277

10.2光纤延迟线缓存技术278

10.2.1光纤延迟线原理与分类278

10.2.2光纤延迟线产品简介278

10.2.3光纤延迟线在光分组交换中的应用280

10.2.4光纤延迟线缓存器的实现方案281

10.3慢光延迟283

10.3.1慢光延迟原理283

10.3.2光控光慢光技术284

10.4光纤慢光技术285

10.4.1基于受激布里渊散射的慢光技术285

10.4.2基于受激拉曼散射的慢光技术287

10.4.3基于掺铒光纤中相干布居数振荡的慢光技术288

10.4.4基于光纤参量放大的慢光技术288

第11章 光纤射频传输290

11.1模拟基带直接光强调制290

11.2副载波复用光波系统292

11.2.1副载波复用光纤传输系统292

11.2.2副载波复用光波系统性能参数293

11.2.3 CATV光纤传输系统指标要求296

11.3混合光纤同轴电缆网298

11.3.1混合光纤同轴电缆网的结构299

11.3.2双向HFC传输系统频谱分配300

11.3.3双向HFC网络功能301

11.3.4 HFC网络管理304

11.4光正交频分复用技术306

11.4.1正交频分复用技术306

11.4.2相干检测光正交频分复用技术310

11.4.3直接检测光正交频分复用技术312

11.5光载无线技术315

11.5.1移动通信系统简介315

11.5.2光载无线技术原理316

11.5.3光载无线系统的关键技术317

11.5.4光载无线的主要应用319

第12章 光纤传感技术322

12.1光纤传感概述322

12.1.1光纤传感系统322

12.1.2传感信息与光调制323

12.1.3光纤传感器发展趋势326

12.2光纤光栅传感技术326

12.2.1光纤光栅传感器特点327

12.2.2光纤布拉格光栅传感原理327

12.2.3长周期光纤光栅传感技术329

12.3光纤光栅传感信号解调技术330

12.3.1边缘滤波法331

12.3.2调谐滤波法333

12.3.3干涉扫描法334

12.4掺铒光纤光栅的磁场响应实验336

12.4.1掺铒光纤光栅336

12.4.2实验装置与测量结果336

12.4.3等效费尔德常数的计算338

12.4.4光栅透射率的偏振依赖性339

12.5光纤光栅传感应用340

附录 缩略语表343

参考文献352