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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 通信系统信号的编码与调制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）与SDH/SONET系统8

1.3.3 异步转移模式10

1.4 光纤系统的基本组成11

1.4.1 光纤光缆11

1.4.2 光发送机12

1.4.3 光接收机13

1.5 光纤通信网络及其发展14

练习题15

第2章 光纤的结构与导波特性17

2.1 光纤的导光原理与结构特性的射线分析17

2.1.1 阶跃光纤18

2.1.2 渐变光纤19

2.2 阶跃光纤的模式理论20

2.2.1 电磁波在光纤中传播的基本方程20

2.2.2 光在光纤中传播的导波方程21

2.2.3 阶跃光纤中的光场22

2.2.4 阶跃光纤的本征值方程与模式23

2.2.5 单模光纤25

2.3 光纤的双折射现象和偏振特性27

2.3.1 双折射光纤的参数与类型27

2.3.2 光纤的线双折射28

2.3.3 光纤的圆双折射33

2.4 光纤的色散特性34

2.4.1 光纤色散的形成机制和类别34

2.4.2 光纤色散的表示方法和技术指标35

2.4.3 单模光纤的色度色散35

2.4.4 单模光纤的偏振色散39

2.4.5 高阶色散41

2.4.6 光纤色散的调整与新型单模光纤41

2.5 光纤损耗44

2.5.1 衰减系数44

2.5.2 衰减机理45

2.6 光纤的非线性效应47

2.6.1 非线性折射率与自相位调制47

2.6.2 受激非弹性散射48

2.6.3 参量过程与四波混频49

2.7 光纤光缆设计与制造51

2.7.1 光纤的结构设计与制造51

2.7.2 光缆的结构设计与制造52

2.7.3 光纤的技术参数54

2.8 光子晶体光纤55

2.8.1 光子晶体光纤的概念55

2.8.2 折射率引导型光子晶体光纤55

2.8.3 光子带隙引导型光子晶体光纤56

2.8.4 光子晶体光纤的制备56

2.8.5 光子晶体光纤的损耗57

2.8.6 光子晶体光纤的色散58

练习题60

第3章 光源与光发送机62

3.1 半导体光源的物理基础62

3.1.1 发射与吸收速率62

3.1.2 PN结的形成及其能带结构64

3.1.3 载流子的复合发光效率与寿命67

3.1.4 制造异质结的化合物半导体68

3.2 发光二极管69

3.2.1 输出功率与效率70

3.2.2 输出光谱特性71

3.2.3 响应速率与带宽71

3.2.4 LED的类型与结构72

3.3 半导体激光二极管73

3.3.1 粒子数反转与光增益73

3.3.2 光学谐振腔与激光器的阈值条件75

3.3.3 激光器的结构76

3.3.4 有源层的导波特性与激光腔的振荡模式78

3.3.5 单纵模半导体激光器80

3.4 半导体激光器的输出特性83

3.4.1 L-I转换输出特性83

3.4.2 调制特性85

3.4.3 噪声特性88

3.5 光发送机90

3.5.1 光源的调制91

3.5.2 光源的驱动电路92

3.5.3 光源与光纤的耦合96

3.6 光纤激光器98

3.6.1 线形掺铒光纤激光器98

3.6.2 环形掺铒光纤激光器99

练习题102

第4章 光检测器与光接收机104

4.1 光电二极管104

4.1.1 光检测器的物理基础104

4.1.2 PN光电二极管106

4.1.3 PIN光电二极管107

4.1.4 雪崩光电二极管108

4.2 光接收机的电路结构与特性111

4.2.1 光接收机的前端111

4.2.2 光接收机的线性通道112

4.2.3 数据重建电路113

4.2.4 集成光接收机114

4.3 光接收机的噪声115

4.3.1 光接收机的噪声源115

4.3.2 PIN光接收机的信噪比117

4.3.3 APD光接收机的信噪比118

4.4 数字光接收机的灵敏度120

4.4.1 光接收机的误码率120

4.4.2 数字光接收机的最小平均接收功率122

4.4.3 光接收机的极限灵敏度124

4.4.4 光接收机灵敏度的恶化125

4.5 光中继器与分插复用器127

4.5.1 光中继器127

4.5.2 分插复用器128

练习题130

第5章 光放大器131

5.1 光放大器的原理与一般特性131

5.1.1 光放大器的原理131

5.1.2 光增益谱宽与放大器带宽132

5.1.3 增益饱和与饱和输出功率133

5.1.4 放大器噪声134

5.1.5 光放大器在光波系统中的应用135

5.2 半导体光放大器136

5.2.1 工作原理136

5.2.2 放大器特性138

5.2.3 放大器应用139

5.3 光纤喇曼放大器140

5.3.1 FRA的工作原理与增益带宽140

5.3.2 FRA的耦合工作方程和增益饱和142

5.3.3 FRA的性能及其应用143

5.4 光纤布里渊放大器143

5.4.1 FBA的工作原理与增益带宽144

5.4.2 FBA的耦合工作方程和增益饱和145

5.4.3 FBA的性能及其应用146

5.5 掺铒光纤放大器147

5.5.1 掺铒光纤放大器的工作原理与增益谱特性147

5.5.2 EDFA的小信号增益与饱和特性149

5.5.3 EDFA的高速与带宽多信道放大特性152

5.5.4 EDFA的系统应用154

练习题156

第6章 光无源器件158

6.1 光纤连接器158

6.1.1 光纤连接损耗及影响因素158

6.1.2 光纤连接器的结构161

6.2 光纤耦合器162

6.2.1 光纤耦合器的基本原理与结构163

6.2.2 光纤耦合器的特性165

6.2.3 其他类型耦合器167

6.3 可调光滤波器169

6.3.1 可调光滤波器的类型和特性169

6.3.2 F-P干涉型可调光滤波器（FPTF）170

6.3.3 M-Z可调光滤波器175

6.3.4 电光可调滤波器（EOTF）177

6.3.5 声光可调光滤波器（AOTF）178

6.3.6 可调有源光滤波器179

6.4 光纤光栅及其应用180

6.4.1 光纤光栅的结构和制作方法181

6.4.2 光纤光栅的导光原理与布拉格光栅182

6.4.3 非均匀光纤光栅185

6.5 波分复用/解复用187

6.5.1 波分复用器的功能与特性187

6.5.2 结构和原理190

6.6 光波导调制器196

6.6.1 光调制器原理和类型197

6.6.2 相位调制器198

6.6.3 强度调制器199

6.6.4 半导体光调制器200

6.7 光开关201

6.7.1 光开关的功能和特性201

6.7.2 光开关的结构原理与特性202

6.7.3 光开关阵列204

6.7.4 微电子机械开关系统207

6.8 光隔离器和环形器209

6.8.1 光隔离器209

6.8.2 光环形器211

练习题212

第7章 光波系统中光信号的传输理论214

7.1 色散影响下光信号的传输特性214

7.1.1 光脉冲传输的基本方程214

7.1.2 光脉冲参数与色散展宽215

7.2 光纤带宽与色散对通信能力的限制219

7.2.1 宽谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率219

7.2.2 窄谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率220

7.2.3 光纤与光纤系统的带宽222

7.3 光信号传输的色散补偿技术223

7.3.1 色散补偿技术的意义223

7.3.2 色散补偿原理224

7.3.3 高速大容量光波系统中的色散补偿226

7.4 光纤非线性影响下光信号的传输特性227

7.4.1 光脉冲在非线性色散光波系统中传输的基本方程227

7.4.2 光波系统中光脉冲信号的传输状态228

7.5 非线性光波系统中的自相位调制和频率啁啾230

7.6 全光3R再生中继器234

7.6.1 全光3R再生中继原理234

7.6.2 再放大235

7.6.3 再定时235

7.6.4 再整形238

7.6.5 全光3R再生中继器的结构组成与系统应用239

练习题240

第8章 直接检测光波通信系统的设计与性能241

8.1 单信道点到点数字光波通信系统的组成与通信功能241

8.2 光纤损耗和色散对系统性能的限制242

8.2.1 损耗限制光波系统243

8.2.2 色散限制光波系统244

8.2.3 点到点电信商业光波系统245

8.3 光波系统的设计246

8.3.1 光波系统的功率预算246

8.3.2 光波系统的上升时间预算247

8.3.3 光波系统的色散预算248

8.4 光接收机灵敏度恶化和系统功率代价249

8.4.1 模噪声的影响249

8.4.2 色散展宽的影响250

8.4.3 模分配噪声的影响251

8.4.4 频率啁啾的影响251

8.5 光放大系统的设计与性能252

8.5.1 光前置放大器ASE噪声对系统性能的影响253

8.5.2 级联在线光放大系统的性能255

练习题260

第9章 相干光波通信系统262

9.1 相干检测原理与特性262

9.1.1 零差检测263

9.1.2 外差检测263

9.1.3 信噪比264

9.2 调制格式265

9.2.1 ASK调制格式265

9.2.2 PSK调制格式267

9.2.3 FSK调制格式267

9.3 解调方案268

9.3.1 外差同步解调268

9.3.2 外差异步解调269

9.3.3 零差同步解调270

9.3.4 零差异步解调271

9.4 相干光接收机的误码率与灵敏度272

9.4.1 同步ASK接收机272

9.4.2 同步PSK接收机273

9.4.3 同步FSK接收机274

9.4.4 异步ASK接收机274

9.4.5 异步FSK接收机275

9.4.6 异步DPSK接收机275

9.5 相干光接收机灵敏度恶化与系统设计考虑276

9.5.1 相位噪声276

9.5.2 强度噪声277

9.5.3 偏振失配278

9.5.4 光纤色散279

9.6 相干光波系统的性能280

9.6.1 异步外差系统280

9.6.2 同步外差系统280

9.6.3 零差系统281

9.6.4 现场实验系统281

练习题281

第10章 光孤子通信系统283

10.1 光孤子及其特性283

10.1.1 非线性薛定谔方程283

10.1.2 NSE的解及其性质284

10.1.3 暗孤子286

10.2 光纤损耗与光孤子能量补偿放大287

10.2.1 损耗导致的脉冲展宽与面积定理287

10.2.2 光纤损耗的补偿放大与全光中继288

10.2.3 延长放大器间距的预加重方法290

10.3 光纤孤子系统的通信容量及其限制因素291

10.3.1 ASE噪声与光孤子系统的通信容量291

10.3.2 孤子相互作用与通信容量293

10.3.3 光孤子源频率啁啾的影响295

10.3.4 自感应受激喇曼散射与孤子自频移的影响296

10.4 光纤孤子的传输控制298

10.4.1 ASE限制的频域滤波控制298

10.4.2 光孤子传输的时域控制300

10.5 光纤孤子通信系统的组成与实验进展302

练习题304

第11章 多信道光波系统305

11.1 光时分复用多信道光波系统305

11.1.1 复用系统结构原理305

11.1.2 系统复用关键单元技术306

11.1.3 OTDM技术系统应用实验309

11.2 波分复用多信道光波系统309

11.2.1 复用系统结构组成和传输过程310

11.2.2 复用系统的技术要求310

11.2.3 复用系统的应用312

11.2.4 DWDM应用实验系统313

11.3 WDM多信道信号传输性能314

11.3.1 线性串音315

11.3.2 非线性串音316

11.4 副载波复用光波系统319

11.4.1 模拟SCM光波系统320

11.4.2 相干SCM光波系统323

11.4.3 多波长SCM光波系统326

11.5 光码分复用多信道光波系统327

11.5.1 OCDM系统原理327

11.5.2 OCDM系统组成与信号传输过程329

11.5.3 OCDM系统关键单元技术329

11.5.4 OCDMA实验系统示例330

11.6 多信道光孤子系统332

11.6.1 多信道光孤子通信系统的特点332

11.6.2 多信道光孤子的碰撞长度332

练习题333

第12章 光电混合网335

12.1 光网络及其发展335

12.1.1 光网络的基本概念335

12.1.2 光网络的基本构成336

12.1.3 光网络的发展337

12.2 光网络技术特征与分类337

12.2.1 按网径大小和地域分类337

12.2.2 按网络结构分类338

12.2.3 按媒质接入控制（MAC）子层特征分类339

12.2.4 按通信业务类型与应用分类339

12.3 光纤局域网340

12.3.1 基本概念和发展简史340

12.3.2 局域网的标准体系341

12.4 SDH网络344

12.4.1 基本概念和技术特点344

12.4.2 速率与帧结构345

12.4.3 复用映射结构346

12.4.4 网络系统组成351

12.5 ATM网络357

12.5.1 基本概念和技术特点357

12.5.2 信元结构358

12.5.3 复用与交换359

12.5.4 ATM协议参考模型361

12.5.5 ATM交换网络体系结构362

12.6 光纤以太网365

12.6.1 以太网标准和技术发展365

12.6.2 10M以太网标准与10M光纤以太网367

12.6.3 交换式以太网372

12.6.4 高速光纤以太网374

12.6.5 光纤以太网的应用378

练习题380

第13章 WDM全光传送网382

13.1 光交换原理与结构382

13.1.1 光交换基本概念382

13.1.2 空分光交换384

13.1.3 时分光交换385

13.1.4 波分光交换387

13.1.5 码分光交换388

13.1.6 光分组交换389

13.1.7 复合光交换389

13.2 光传送网的体系结构390

13.2.1 光传送网的分层结构390

13.2.2 光传送网的层间适配392

13.2.3 波长通道和虚波长通道393

13.3 节点功能与结构394

13.3.1 OXC394

13.3.2 OADM400

13.3.3 利用OXC和OADM构建的光网络示例402

13.4 路由与波长分配404

13.4.1 基本概念404

13.4.2 路由算法404

13.4.3 波长分配算法405

13.5 网络的保护与恢复406

13.5.1 基本概念407

13.5.2 光传送网中的保护方法409

13.5.3 光传送网中的恢复方法412

练习题414

第14章 新一代光网络416

14.1 传统传送网结构的缺陷和发展方向416

14.2 自动交换光网络ASN417

14.2.1 ASON的体系结构418

14.2.2 ASON传送平面418

14.2.3 ASON控制平面419

14.2.4 ASON管理平面421

14.2.5 ASON中的路由问题422

14.2.6 ASON的路由技术424

14.3 光分组交换网络426

14.3.1 光分组交换光网络概述426

14.3.2 光分组和交换节点结构428

14.3.3 冲突解决方案430

14.4 光突发交换网络433

14.4.1 光突发交换网络基本原理434

14.4.2 光突发交换网络的关键技术435

14.4.3 光突发交换网络的实验系统举例439

练习题440

英汉缩略名词对照441

参考文献449