光纖通信：普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材

第1章　光纖的基本理論　1
1.1　光纖的射線光學(xué)分析　1
1.1.1　光纖的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)　1
1.1.2　多模階躍折射率光纖的射線光學(xué)理論分析　3
1.1.3　漸變折射率光纖　5
1.2　階躍折射率光纖的波動(dòng)光學(xué)理論　6
1.2.1　波動(dòng)方程　6
1.2.2　波動(dòng)方程的解和光纖中的模式　7
1.3　漸變折射率光纖的理論分析　21
1.3.1　平方律折射率分布光纖的波動(dòng)理論解法　21
1.3.2　WKBJ法的基本思想　24
1.4　光纖的損耗　25
1.4.1　引起光纖損耗的因素　25
1.4.2　光纖的損耗特性曲線――損耗譜　26
1.5　光纖的色散　26
1.5.1　光纖色散的概念　26
1.5.2　光纖色散的表示法　28
1.5.3　光纖色散的種類(lèi)　28
1.6　光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)　29
1.6.1　受激散射效應(yīng)　29
1.6.2　折射率擾動(dòng)　30
1.7　單模光纖　31
1.7.1　單模光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　31
1.7.2　單模光纖的基本分析　31
1.7.3　單模光纖的特性參數(shù)　32
1.7.4　單模光纖的分類(lèi)　34
1.8　光纖的制造工藝和光纜的構(gòu)造　35
1.8.1　光纖的制造工藝　35
1.8.2　光纜的構(gòu)造　36
1.9　小結(jié)　39
習(xí)題　40
第2章　光源和光發(fā)射機(jī)　41
2.1　激光原理的基礎(chǔ)知識(shí)　41
2.1.1　原子的能級(jí)和晶體中的能帶　41
2.1.2　能級(jí)的躍遷　43
2.1.3　光增益區(qū)的形成　44
2.2　半導(dǎo)體激光器　45
2.2.1　基本原理　45
2.2.2　結(jié)構(gòu)理論　48
2.2.3　典型分類(lèi)　55
2.2.4　模式概念　61
2.2.5　基本性質(zhì)　65
2.3　半導(dǎo)體發(fā)光二極管　71
2.3.1　工作原理　71
2.3.2　結(jié)構(gòu)和分類(lèi)　71
2.3.3　主要性質(zhì)　72
2.4　光源的調(diào)制原理　73
2.4.1　光源的兩種調(diào)制方式　73
2.4.2　光源的直接調(diào)制　74
2.4.3　LD數(shù)字調(diào)制過(guò)程的瞬態(tài)分析　75
2.4.4　光源的間接調(diào)制　79
2.5　光發(fā)射機(jī)和外調(diào)制器　80
2.5.1　激光器的實(shí)用組件　80
2.5.2　光發(fā)射機(jī)的組成　81
2.5.3　波導(dǎo)調(diào)制器和電吸收調(diào)制器　84
2.6　小結(jié)　85
習(xí)題　86
第3章　光接收機(jī)　88
3.1　光接收機(jī)簡(jiǎn)介　88
3.1.1　光接收機(jī)的組成　88
3.1.2 光接收機(jī)的性能指標(biāo)　89
3.2　光電檢測(cè)器　90
3.2.1　PN結(jié)的光電效應(yīng)　90
3.2.2　PIN光電二極管　91
3.2.3　雪崩光電二極管　95
3.3　放大電路及其噪聲　98
3.3.1　噪聲的數(shù)學(xué)處理　99
3.3.2　放大器輸入端的噪聲源　101
3.3.3　場(chǎng)效應(yīng)管和雙極晶體管的噪聲源　103
3.3.4　前置放大器的設(shè)計(jì)　106
3.4　光接收機(jī)靈敏度的計(jì)算　107
3.4.1　靈敏度計(jì)算的一般方法　107
3.4.2　光電檢測(cè)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)分布和靈敏度的精確計(jì)算　108
3.4.3　靈敏度的高斯近似計(jì)算　110
3.4.4　S.D.Personick高斯近似計(jì)算公式　112
3.5　光接收機(jī)的組成模塊　120
3.5.1　碼間干擾問(wèn)題與均衡濾波電路　121
3.5.2　接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和自動(dòng)增益控制電路　123
3.5.3　再生電路　125
3.6　小結(jié)　128
習(xí)題　130
第4章　光纖通信系統(tǒng)　132
4.1　模擬光纖通信　132
4.2　數(shù)字光纖通信系統(tǒng)　134
4.3　SDH系統(tǒng)　137
4.3.1　SDH/Sonet技術(shù)的產(chǎn)生　137
4.3.2　SDH技術(shù)的特點(diǎn)　138
4.4　數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)　141
4.4.1　總體考慮　141
4.4.2　再生段的設(shè)計(jì)　143
4.5　數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)　147
4.5.1　誤碼性能　147
4.5.2　抖動(dòng)、漂移性能　150
4.6　光纖放大器及其在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用　153
4.6.1　摻鉺光纖放大器　154
4.6.2　喇曼光纖放大器　160
4.7　小結(jié)　163
習(xí)題　163
第5章　無(wú)源光器件和WDM技術(shù)　165
5.1　無(wú)源器件的幾個(gè)常用性能參數(shù)　165
5.2　光纖和波導(dǎo)型無(wú)源光器件　166
5.2.1　光連接器和光耦合器　166
5.2.2　偏振控制器　169
5.2.3　光纖布拉格光柵　170
5.2.4　Mach-Zahnder濾波器　171
5.2.5　非線性環(huán)路鏡　172
5.3　光學(xué)無(wú)源器件　174
5.3.1　偏振分束器　174
5.3.2　光隔離器　175
5.3.3　光環(huán)行器　176
5.3.4　自聚焦透鏡　177
5.3.5　F-P腔濾波器　178
5.3.6　光柵　179
5.4　波分復(fù)用、解復(fù)用器件　180
5.4.1　光柵型復(fù)用、解復(fù)用器　180
5.4.2　干涉膜濾波器型復(fù)用、解復(fù)用器件　182
5.4.3　陣列波導(dǎo)光柵型復(fù)用、解復(fù)用器　183
5.5　光開(kāi)關(guān)　185
5.5.1　機(jī)械光開(kāi)關(guān)　185
5.5.2　微機(jī)械光開(kāi)關(guān)　186
5.5.3　熱光開(kāi)關(guān)　187
5.5.4　其他類(lèi)型的光開(kāi)關(guān)　188
5.6　WDM光纖傳輸系統(tǒng)　190
5.6.1　波分復(fù)用(WDM)、密集波分復(fù)用(DWDM)和光頻分復(fù)用(OFDM)　191
5.6.2　波分復(fù)用系統(tǒng)的構(gòu)成　191
5.6.3　WDM系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)　193
5.6.4　波分復(fù)用系統(tǒng)的管理技術(shù)　195
5.6.5　大容量WDM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示例　196
5.7　小結(jié)　197
習(xí)題　198
第6章　光網(wǎng)絡(luò)　200
6.1　光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與演變　200
6.2　光傳送網(wǎng)(OTN)　202
6.2.1　光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)　202
6.2.2　光交叉連接(OXC)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)　203
6.2.3　光分插復(fù)用器的結(jié)構(gòu)和WDM環(huán)形網(wǎng)　207
6.2.4　IP over WDM技術(shù)　210
6.3　自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)　212
6.3.1　ASON的體系結(jié)構(gòu)　212
6.3.2　ASON的控制平面　214
6.3.3　ASON的三種連接　216
6.3.4　ASON的特點(diǎn)　217
6.4　光突發(fā)交換網(wǎng)　218
6.4.1光突發(fā)交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)　218
6.4.2　OBS的MAC層和封裝技術(shù)　220
6.4.3　OBS的協(xié)議　221
6.4.4　光突發(fā)交換與自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)　221
6.5　城域光網(wǎng)絡(luò)　222
6.5.1　城域光網(wǎng)絡(luò)概況　222
6.5.2　城域網(wǎng)的技術(shù)選擇　224
6.6　接入光網(wǎng)絡(luò)　232
6.6.1　光纖接入網(wǎng)的定義和概況　232
6.6.2　有源光網(wǎng)絡(luò)　233
6.6.3　點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)　233
6.6.4　光電混合接入網(wǎng)　237
6.6.5　光纖到戶(hù)(FTTH)　238
6.7　小結(jié)　239
習(xí)題　240
第7章　擴(kuò)大容量和增加功能的新光通信技術(shù)　242
7.1　色散補(bǔ)償　242
7.1.1　概述　242
7.1.2　色散補(bǔ)償原理　244
7.1.3　色散補(bǔ)償光纖　245
7.1.4　啁啾光纖光柵法　246
7.1.5　預(yù)啁啾技術(shù)　247
7.1.6　色散支持傳輸法　248
7.1.7　頻譜反轉(zhuǎn)法　248
7.1.8　色散管理光孤子傳輸　248
7.1.9　偏振模色散補(bǔ)償技術(shù)　249
7.2　光時(shí)分復(fù)用技術(shù)　250
7.2.1　概述　250
7.2.2　光時(shí)分復(fù)用原理　250
7.2.3　光時(shí)分復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)　251
7.2.4　光時(shí)分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)　255
7.3　光分組交換　258
7.3.1　概述　258
7.3.2　光分組的編碼和組裝　260
7.3.3　光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)　261
7.3.4　光同步技術(shù)　266
7.3.5　沖突解決方案　266
7.3.6　光邏輯器件　267
7.3.7　對(duì)光分組網(wǎng)前景的展望　268
7.4　量子通信　269
7.4.1　概述　269
7.4.2　量子通信的理論基礎(chǔ)　269
7.4.3　量子通信的典型方式　270
7.4.4　量子密碼術(shù)　271
7.4.5　量子通信的特點(diǎn)　272
7.5　小結(jié)　272
習(xí)題　273
第8章　光纖通信測(cè)量　274
8.1　測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)　274
8.2　光纖特性的測(cè)量　275
8.2.1　光纖衰減常數(shù)的測(cè)量　275
8.2.2　單模光纖色散的測(cè)量　278
8.2.3　單模光纖的偏振模色散的測(cè)量　279
8.3　光器件的測(cè)量　282
8.3.1　半導(dǎo)體光源的測(cè)量　283
8.3.2　半導(dǎo)體光檢測(cè)器的測(cè)量　287
8.3.3　無(wú)源光器件的測(cè)量　290
8.4　光纖通信系統(tǒng)的測(cè)量　292
8.4.1　系統(tǒng)誤碼性能的測(cè)量　292
8.4.2　系統(tǒng)抖動(dòng)性能的測(cè)量　296
8.4.3　系統(tǒng)光接口性能的測(cè)量　302
8.5　小結(jié)　306
習(xí)題　306
參考文獻(xiàn)　308