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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 三种基本的光纤通信系统6

1.1.3 光纤接入网技术介绍6

1.1.4 三代网络技术比较8

1.1.5 光传送网的关键技术10

1.1.6 通信网络的分层结构12

1.2 光波基础14

1.2.1 光的本质14

1.2.2 均匀介质中的光波15

1.2.3 相速度和折射率19

1.2.4 群速度和群折射率20

1.3 光与介质的相互作用22

1.3.1 斯奈尔定律和全反射22

1.3.2 内／外反射、抗反射膜和电介质镜23

1.3.3 光多次干涉和谐振30

1.3.4 古斯-汉森相移和分光镜33

1.3.5 相干35

1.3.6 衍射37

1.3.7 偏振41

1.3.8 双折射—光在各向异性介质中的传输43

1.3.9 非线性光学效应47

1.4 平面介质波导48

1.4.1 波导条件48

1.4.2 单模和多模波导49

复习思考题50

习题51

第2章 光纤和光缆54

2.1 光纤结构和类型54

2.1.1 多模光纤55

2.1.2 单模光纤58

2.1.3 光纤制造工艺58

2.2 光纤传输原理59

2.2.1 传输条件59

2.2.2 光纤模式61

2.2.3 单模光纤的基本特性68

2.3 光纤传输特性71

2.3.1 衰减71

2.3.2 色散73

2.3.3 比特速率81

2.3.4 带宽83

2.3.5 非线性光学效应88

2.4 单模光纤的进展和应用91

2.4.1 G.652标准单模光纤91

2.4.2 G.653色散移位光纤91

2.4.3 G.654衰减最小光纤92

2.4.4 G.655非零色散光纤92

2.4.5 全波光纤93

2.4.6 色散补偿光纤94

2.5 光纤的选择95

2.6 光缆97

2.6.1 对光缆的基本要求97

2.6.2 光缆结构和类型99

2.6.3 海底光缆101

2.7 光纤传输特性测量104

2.7.1 损耗测量104

2.7.2 带宽测量106

2.7.3 色散测量107

复习思考题108

习题108

第3章 光纤通信器件110

3.1 连接器110

3.1.1 连接损耗110

3.1.2 活动连接器结构和特性111

3.1.3 接头113

3.1.4 连接方法的比较114

3.2 耦合器115

3.3 可调谐光滤波器117

3.3.1 法布里-珀罗滤波器118

3.3.2 马赫-曾德尔滤波器122

3.3.3 光栅滤波器124

3.3.4 光纤环路谐振带通滤波器127

3.3.5 调谐滤波器性能比较128

3.4 波分复用／解复用器129

3.4.1 棱镜解复用器129

3.4.2 光栅解复用器130

3.4.3 介质薄膜干涉滤波器解复用器133

3.4.4 熔拉双锥耦合波分复用器135

3.5 调制器136

3.5.1 电光调制器137

3.5.2 声光调制器143

3.5.3 电吸收波导调制器145

3.6 光开关146

3.6.1 机械光开关147

3.6.2 波导光开关148

3.7 光隔离器153

3.8 光环行器155

3.9 分插复用器156

3.10 波长转换器157

3.11 交叉连接器158

复习思考题159

习题160

第4章 光源和光发射机161

4.1 概述161

4.2 发光机理162

4.2.1 发光机理162

4.2.2 受激发射条件165

4.2.3 光增益167

4.2.4 激光器起振的阈值条件169

4.2.5 激光器起振的相位条件171

4.3 器件结构174

4.3.1 异质结半导体激光器174

4.3.2 量子限制激光器174

4.3.3 分布反馈激光器177

4.4 波长可调谐半导体激光器180

4.5 垂直腔表面发射激光器185

4.6 半导体激光器的特性186

4.6.1 半导体激光器的基本特性187

4.6.2 模式特性192

4.6.3 调制响应192

4.6.4 半导体激光器噪声196

4.7 光发射机设计198

4.7.1 驱动电路198

4.7.2 可靠性201

4.8 光频稳定及其控制202

4.9 对激光器的保护204

4.9.1 光源慢启动保护204

4.9.2 激光器过流保护205

4.9.3 反向冲击电流保护205

4.9.4 焊接和静电保护206

4.10 光纤激光器206

4.10.1 掺铒光纤激光器206

4.10.2 光纤光栅分布反馈式（DFB）激光器207

复习思考题208

习题208

第5章 光探测及光接收机210

5.1 光探测原理210

5.2 光电二极管212

5.2.1 PIN光电二极管212

5.2.2 雪崩光电二极管214

5.2.3 响应带宽216

5.2.4 新型APD结构218

5.2.5 MSM光电探测器221

5.3 数字光接收机221

5.3.1 光电变换和前置放大222

5.3.2 线性放大223

5.3.3 数据恢复225

5.4 接收机信噪比（SNR）226

5.4.1 噪声机理226

5.4.2 PIN光接收机227

5.4.3 APD接收机228

5.5 接收机误码率和灵敏度232

5.5.1 比特误码率232

5.5.2 最小平均接收光功率236

5.5.3 光电探测器的量子限制238

5.6 灵敏度下降机理239

5.7 光接收机的性能241

复习思考题242

习题242

第6章 光放大器244

6.1 一般概念244

6.1.1 增益频谱和带宽245

6.1.2 增益饱和246

6.1.3 放大器噪声247

6.1.4 光放大器应用249

6.2 半导体光放大器250

6.2.1 放大器设计250

6.2.2 行波光放大器特性253

6.2.3 半导体光放大器的应用256

6.3 光纤拉曼放大器257

6.3.1 分布式拉曼放大器的工作原理和特性258

6.3.2 拉曼放大器对系统性能的影响263

6.3.3 拉曼放大技术应用264

6.4 光纤布里渊放大器265

6.5 掺铒光纤放大器267

6.5.1 掺铒光纤结构267

6.5.2 工作原理及其特性268

6.5.3 掺铒光纤放大器的优点275

6.5.4 EDFA的应用276

6.5.5 实用EDFA构成277

6.5.6 掺镨光纤放大器278

6.6 光放大器系统应用278

6.6.1 前置放大器279

6.6.2 放大器级联281

复习思考题285

习题285

第7章 光纤传输系统287

7.1 概述287

7.1.1 调制287

7.1.2 编码295

7.1.3 复用298

7.2 光调制299

7.2.1 模拟强度光调制299

7.2.2 数字强度光调制300

7.3 电复用光纤传输系统301

7.3.1 频分复用光纤传输系统301

7.3.2 微波副载波复用（SCM）光纤传输系统305

7.3.3 SDH光纤传输系统—电时分复用的典型应用310

7.4 光复用光纤传输系统316

7.4.1 波分复用（WDM）光纤传输系统317

7.4.2 光时分复用（OTDMA）光纤传输系统319

7.4.3 光码分复用（OCDM）光纤传输系统326

7.5 相干光波通信系统328

7.5.1 相干检测329

7.5.2 信噪比（SNR）331

7.5.3 相干解调方式332

7.5.4 相干系统光调制334

7.5.5 相位噪声和相位分集接收338

7.5.6 强度噪声和平衡混频接收340

7.5.7 极化匹配和极化控制341

7.5.8 相干实验系统342

7.6 光纤孤子通信实验系统343

7.6.1 基本概念343

7.6.2 光孤子通信实验系统组成344

复习思考题345

习题345

第8章 系统设计348

8.1 系统结构和限制348

8.1.1 系统结构348

8.1.2 损耗限制系统352

8.1.3 色散限制系统353

8.2 功率预算355

8.2.1 陆地系统功率预算355

8.2.2 海底光缆系统功率预算356

8.3 功率代价因素360

8.3.1 光纤模式噪声360

8.3.2 色散引起的脉冲展宽361

8.3.3 激光器模式分配噪声363

8.3.4 LD的频率啁啾366

8.3.5 反射噪声368

8.4 带宽设计370

8.5 单信道光纤通信系统设计373

8.5.1 模拟系统设计374

8.5.2 数字系统设计377

8.6 DWDM系统工程设计380

8.6.1 中心频率和信道间隔380

8.6.2 线性串话381

8.6.3 非线性串话384

8.6.4 光放大器系统设计387

8.6.5 光功率预算390

8.6.6 网络管理391

8.6.7 网络保护和生存对策392

8.6.8 网络互联393

8.6.9 DWDM网络信道数计算393

复习思考题394

习题395

第9章 色散限制、补偿和管理397

9.1 色散引起脉冲展宽398

9.1.1 基本传输方程398

9.1.2 高斯脉冲输入399

9.2 色散对系统性能的限制402

9.2.1 对系统比特速率的限制402

9.2.2 对系统传输距离的限制404

9.3 后补偿技术406

9.4 前补偿技术406

9.4.1 预啁啾补偿407

9.4.2 FSK调制补偿408

9.4.3 双二进制编码409

9.4.4 半导体光放大器产生啁啾补偿409

9.4.5 光纤引入啁啾410

9.5 负色散DCF补偿410

9.6 光滤波器补偿412

9.6.1 法布里-玻罗干涉滤波器413

9.6.2 马赫-曾德尔干涉滤波器413

9.6.3 光纤光栅滤波器414

9.7 相位共轭补偿418

9.8 镜像相位阵列补偿419

9.9 宽带系统色散补偿421

9.9.1 光时分复用系统色散补偿421

9.9.2 波分复用系统色散补偿422

9.10 色散管理425

9.10.1 长距离系统色散管理425

9.10.2 动态色散管理426

复习思考题428

习题428

附录A 部分习题答案430

附录B 电磁波频率与波长的换算433

附录C1 dBm与mW换算表434

附录C2 dB值和功率比（dB＝10lg（P2/P1））435

附录C3 百分损耗（％）与分贝（dB）损耗换算表436

附录D PDH与SDH速率等级437

附录E △λ和△v的关系439

附录F 物理常数440

附录G ITU-T关于WDM系统波长安排441

附录H 名词术语索引443

附录I 例题目录463

参考文献466